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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Kernreaktor-Brennstabstützgitter,
und mehr im einzelnen auf Stützgitter,
die Mischflügel
aufweisen.
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Brennelemente
für Kernreaktoren
sind im allgemeinen aus einer Anordnung von länglichen Brennstäben gebildet,
die mittels einer skelettartigen Tragkonstruktion, die eine Mehrzahl
von in Längsrichtung
beabstandeten Stützgitter,
ein unteres Endstück
und ein oberes Endstück
aufweist, in seitlich beabstandeter Anordnung gehalten. Das Brennelementenskelett
weist auch Führungsrohre
und Instrumentierungsrohre auf, wobei es sich um längliche rohrförmige Teile
handelt, die symmetrisch zwischen den Brennstabstellen verteilt
und sich mit diesen erstreckend positioniert sind. Die Führungsrohre
und Instrumentierungsrohre sind fest mit den Stützgittern verbunden, um die
mechanische Verbindung zwischen den anderen Skelettteilen herzustellen.
Die Stützgitter
bilden jeweils eine Anordnung von Brennstabstützöffnungen oder Zellen und haben
einen Umfang, der nach einer einer Anzahl abwechselnder geometrischer
Formen konfiguriert ist, die durch die Reaktortrennauslegung vorgegeben
ist. Kernbrennstabgitter für
kommerzielle Druckwasserreaktoren, bei denen quadratische Brennelemente
eingesetzt werden, können
typischerweise zwischen 14 und 17 Zellen pro Seite haben. Andere
polygonale Anordnungsauslegungen werden ebenfalls eingesetzt, wie
beispielsweise die hexagonale Anordnung, die im US-Patent 5 303
276, ausgegeben am 12. April 1994, dargestellt ist.
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Jedes
innere Gitter bildende Bauteil ist über eine Hälfte seiner Breite entlang
seiner Schnittlinien mit den anderen Gitter bildenden Bauteilen
der Anordnung geschlitzt. Die Bauteile sind an den Schnittlinien
zusammengesetzt und greifen ineinander, wobei der Schlitz in einem
Bauteil in den gegenüberliegenden
Schlitz des kreuzenden Bauteils in eierkistenartiger Weise passt.
Diese Eierkostenkonstruktion ergibt ein gutes Verhältnis von
Festigkeit zu Gewicht ohne starke Behinderung der Kühlmittelströmung, die
durch das Gitter in einem arbeitenden Kernreaktor hindurchpassiert.
Die Gitter bildenden Bauteile weisen typischerweise vorspringende
Federn und Noppen zum ergreifen und abstützen der Brennelemente innerhalb
einiger der Gitteröffnungen
auf. Die Federn erzeugen axiale, seitliche und drehmäßige Wiederstände gegen
eine Brennstabbewegung während
des Reaktorbetriebs unter der Kraft der Kühlmittelströmung, während seismischer Störungen,
oder im Fall eines äußeren Schlags.
Diese Abstandsgitter dienen auch als seitliche Führungen beim Einsetzen und
Herausnehmen der Brennelemente aus dem Reaktor.
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Eine
der Betriebsbeschränkungen
bei gegenwärtigen
Reaktoren wird durch das Einsetzen von Filmsieden auf den Oberflächen der
Brennstäbe verursacht.
Das Phänomen
wird üblicherweise
als Abweichung vom Kernsieden (DNB) bezeichnet und wird durch den
Brennstababstand, den Systemdruck, den Wärmefluß, die Kühlmittelendhalpie und die Kühlmittelgeschwindigkeit
beeinflusst. Wenn DNB auftritt, erfolgt ein schneller Temperaturanstieg
des Brennstabs aufgrund der verringerten Wärmeübertragung, die unter diesen
Bedingungen als Resultat des gasförmigen Films stattfindet, der
sich auf Teilen der Brennstaboberfläche bildet, was letztlich in
einem Bruch des Brennstabs resultieren kann, wenn es weiter fortschreitet.
Daher müssen,
um einen Sicherheitsfaktor aufrecht zu erhalten, Kernreaktoren mit
einem Wärmeflusspegel
betrieben werden, der etwas niedriger als derjenige ist, bei welchem
DNB auftritt. Dieser Sicherheitsabstand wird üblicherweise als "thermischer Sicherheitsabstand" bezeichnet.
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Kernreaktoren
haben normalerweise Bereiche im Kern, die einen höheren Neutronenfluß und eine
höhere
Leistungsdichte als andere Regionen haben. Die Variation in Fluß und Leistungsdichte kann
durch eine Anzahl von Faktoren verursacht werden, von denen einer
das Vorhandensein von Steuerstabkanälen im Kern ist. Wenn die Steuerstäbe herausgezogen
werden, füllen
sich diese Kanäle
mit Kühlmittel,
einem Moderator, der die örtliche
Moderationskapazität
steigert und daher die im angrenzenden Brennstoff erzeugte Leistung
steigert. In diesen Bereichen hoher Leistungsdichte, die als heiße Kanäle bekannt
sind, ist eine höhere
Rate des Enthalpieanstiegs vorhanden als in anderen Kanälen. Diese
heißen
Kanäle
setzen die maximalen Betriebsbedingungen für den Reaktor fest und begrenzen
die Leistungsmenge, die erzeugt werden kann, da in diesen Kanälen der
kritische thermische Sicherheitsabstand zuerst erreicht wird.
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Im
Stand der Technik wurde versucht, die Schwankung der Leistungsdichte über dem
Kern zu verringern und dadurch die DNB-Leistung zu steigern, in
dem Kühlmittelströmungs-Ablenkflügel als integraler
Teil der Brennstabstützgitter
vorgesehen wurden. Die Flügel
verbessern die Leistung durch Steigerung der Wärmeübertragung zwischen den Brennstä ben und
dem Kühlmittel
stromab der Flügel stellen.
Dieser Versuch der Leistungsverbesserung hat in unterschiedlichem
Maße Erfolg,
je nach Flügelauslegung
und Auslegung der anderen Gitterkomponenten, welche die Wirksamkeit
der Flügel
beeinträchtigen
können.
Zum Maximieren des Vorteils der Flügel müssen die Größe, die Form, der Biegungswinkel,
und der Ort der Flügel
optimiert werden. Die Flügel
sind besonders vorteilhaft in den an die heißen Kanäle angrenzenden Bereichen,
welche die Brennstabpositionen angrenzend an die Steuerstabführungsrohrpositionen
sind. Es ist auch wünschenswert,
die verbleibenden Gitterkomponenten, d.h. die Gitterstreifen einschließlich der
Federn, Noppen und Schweißungen
zu optiminieren, um die in der Nähe der
Flügel
erzeugte Turbulenz zu reduzieren. Andere Ziele der Optimierung von
Brennstabgitterkonstruktionen umfassen das Minimieren des Gitterdruckabfalls
und das Maximieren der Gitterfestigkeit.
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In
der Vergangenheit haben Konstrukteure von Kernbrennstabgittern meistens
gleichförmige Kühlmittelmischflügelmuster über die
gesamte Stützgitterkonstruktion
angewendet. Eine andere herkömmliche
Konstruktion benutzt ein Spiegelbildmuster in benachbarten Hälften des
Gitters, um 180° Phasenversetzt.
Bei manchen dieser Konstruktionen sind kühlmittelströmungsinduzierte Vibrationen
aufgetreten, was Scheuern der Brennstäbe verursachen und ihre Langzeitleistung
beeinträchtigen
kann. Dementsprechend wird eine verbesserte Gitterkonstruktion gewünscht, welche
die DNB-Leistung verbessert und Vibrationen verringert, die von
hydraulischer Turbulenz erzeugt werden, die von den Gittermischflügeln hervorgerufen
wird. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Verbesserung einer
solchen Konstruktion, so dass sie einen minimalen Druckabfall und
eine verbesserte mechanische Festigkeit zeigt.
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Die
EP-A-0 656 631 beschreibt ein Stützgitter
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Stützgitter, wie es im Anspruch
1 angegeben ist.
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Eine
bevorzugte Konstruktion überwindet
einige der bei der Verwendung herkömmlicher kerntechnischer Stütztgitterkonstruktionen
erfahrenen Schwierigkeiten durch Schaffen eines schraubenlinienförmigen Kühlmittelströmungsmusters
in drei oder mehr symmetrischen Bereichen über dem Gitter, die hydraulisch
mit Bezug auf das Zentrum des Gitters ausbalanciert sind. Der Umfang
des Gitters ist als gleichseitiges Polygon geformt, und die symmetrischen
Bereiche sind durch den Umfang und zwischen dem Mittelpunkt der
Umfangssegmente und der Mitte des Gitters verlaufende Linien begrenzt. Das
Innere des Gitters ist aus einem Gitterwerk gebildet, dessen Bauteile
Zellen bilden, durch welche die Brennstäbe, Steuerstabführungsrohre,
und Instrumentierungsrohre abgestützt werden. Bei einer Ausführungsform
verlaufen die Kühlmittelmischflügel von mindestens
einigen der oberen Wände
aus, welche die Brennstäbe
abstützen.
Abgesehen von ihrer Orientierung ist das Mischflügelmuster in jedem Bereich identisch.
Die Orientierung des Musters ist von Bereich zu Bereich um "N" Grad um das Zentrum des Gitters gedreht,
wobei "N" gleich 360 geteilt
durch die Anzahl von Segmenten ist, welche den Gitterumfang ausmachen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
schützen
die Wände
der Zellen, welche die Steuerstabführungsrohre und die Instrumentierungsrohre
umgeben, keine Mischflügel
ab und sind an der Stelle ihrer Mitte zwischen Schnittstellen mit
benachbarten Wänden
entlang ihrer Höhe
mit einer konkaven Einbuchtung ausgebildet, welche im wesentlichen
der außenseitigen
Krümmung
der Steuerstabführungsrohre bzw.
der Instrumentierungsrohre angepasst ist. Die Ausbuchtungsstellen
ermöglichen
die Verwendung von Führungsrohr-
und Instrumentierungsrohrdurchmessern, die größer als die Nennweite der Zellen sind.
Jede Zelle ist an einer Stelle zwischen ihrem oberen und unteren
Ende an der Schnittstelle ihrer Gitterstreifen geschweißt, um ihre
Druckfestigkeit zu verbessern.
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Daher
erzeugt die Kombination von drehbaren und symmetrischen Merkmalen
der Kühlmittelmischflügelmuster
ausbalancierte hydraulische Kräfte,
die auf die Brennelementenbauteile wirken, welche die Antischwingungseigenschaften
des Stützgitters
verbessern. Zusätzlich
verbessert die mechanische Anordnung nach dieser Erfindung die Festigkeit des
Gitters, während
Steuerstabführungsrohre
und Instrumentierungsrohre mit größerem Durchmesser als die Brennstäbe aufgenommen
werden können.
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Diese
und andere Ziele und Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
erschließen
sich dem Fachmann beim Lesen der folgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit den Zeichnungen, in denen illustrative Ausführungsformen der Erfindung
gezeigt und beschrieben sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Während die
Beschreibung mit Patentansprüchen
abschließt,
die in spezifischer Weise dem Gegenstand der Erfindung ausdrücken und
besonders beanspruchen, wird davon ausgegangen, dass die Erfindung
aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den anliegenden
Zeichnungen besser verstanden wird, in denen zeigt:
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1 eine
Draufsicht der Gitterstützbaugruppe
nach dieser Erfindung, welche das Mischflügelmuster in einer gleichseitigen
quatrilateralen Vierbereichsanordnung zeigt,
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2 eine
Draufsicht auf einen vergrößerten Teil
der mittleren Zelle nach 1,
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3 eine
Seitenansicht eines der inneren Streifen der die Zellen des Stütztgitters
bildenden Gitterbaugruppe,
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4 eine
Seitenansicht des Umfangsstreifens, der die in 3 dargestellten
Gitterstreifen umgibt,
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5 eine
Seitenansicht des Umfangsstreifens an einer Eckstelle,
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6 eine
teilweise Seitenansicht des Gitterstreifens nach 3,
der von den schneidenden Gitterbauteilen getrennt ist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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In
einem typischen Kernreaktor wird Wärme im Kern des Reaktorbehälters als
Ergebnis von Kernspaltung erzeugt. Die Wärme wird zur Erzeugung von Dampf
verwendet, der wiederum Turbinen-Generatoren zur Erzeugung von Elektrizität antreibt.
In einem Druckwasserkernreaktor wird die Wärme im Kern auf einen Kühlmittel-Moderator übertragen, üblicherweise
boriertes Wasser, welches unter Druck zu einem Dampferzeuger transportiert
wird, der das Kühlmittel in
Wärmeübertragungsbeziehung
mit einem Sekundärmedi um
setzt. Das Sekundärmedium
wird zu Dampf verdampft, der zum Antrieb der Turbinen-Generatoren benutzt
wird.
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Der
Kernbrennstoff innerhalb des Kerns ist typischerweise in zylindrischen
länglichen
Stäben gekapselt,
die oftmals als Brennstäbe
bezeichnet werden. Die Brennstäbe
werden in einer polygonalen Anordnung gehalten und verlaufen in
einer bevorzugten Ausführungsform
in Längsrichtung über eine
Länge von
etwa 4,27 m (14 Fuß).
Die Anordnung wird allgemein als Brennelement bezeichnet und ist
durch eine obere und eine untere Düse begrenzt und wird durch
Brennstabstützgitter
in Position und in geeigneter Weise beabstandet gehalten, die an
beabstandeten Stellen entlang der Längenausdehnung des Brennelements
befestigt sind.
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Zwischen
die Brennstäbe
innerhalb des Brennelements eingestreut sind Steuerstabführungsrohre
und Instrumentierungsrohre, die symmetrisch am Ort von Brennstabstellen
angeordnet sind und zum Führen
der Steuerstäbe
benutzt werden sowie als Leitungen für die Instrumentierung innerhalb
des Kerns dienen. Die Steuerstäbe
werden zur Steuerung des Spaltprozesses durch Absorbieren von Neutronen
im Kern benutzt, die sonst mit dem Kernbrennstoff reagieren würden. Die
Steuerstäbe
sind in den und aus dem Kern durch die Führungsrohre beweglich, um den
Reaktivitätspegel
zu steuern.
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Das
Kühlmittel
innerhalb des Kerns, das aus einem Bereich unterhalb des Brennstoffs
nach oben durch jedes Brennelement hindurch und aus seiner Düse herausströmt, enthält einen
Moderator wie beispielsweise Bor, der die Geschwindigkeit der Neutronen
verlangsamt, um die Effizienz des Spaltprozesses zu steigern. Wenn
die Steuerstäbe
aus dem Kern herausgezogen werden, füllen sich die entsprechenden
Führungsrohre
mit dem Kühlmittel-Moderator, was die
Spaltreaktionen in dem Brennstoff in den diese Führungsrohre umgebenden Zellen
erhöht.
Ein detaillierteres Verständnis
des Betriebs eines Druckwasserkernreaktors erhält man aus dem US-Patent Nr.
5 303 276, ausgegeben am 12. April 1994, mit dem Titel "FUEL ASSEMBLY INCLUDING
DEFLECTIVE VANES FOR DEFLECTING A COMPONENT OF THE FLUID STREAM
FLOWING PAST SUCH A FUEL ASSEMBLY."
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1 zeigt
eine Draufsicht eines Brennelementenstützgitters 10, das
die Merkmale dieser Erfindung aufweist und einen Umfang 12 hat,
der in Gestalt eines gleichseitigen vierseitigen Polygons bzw. Quadrats
gebildet ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Konzepte
dieser Erfindung auch auf Brennstabstützgitter Anwendung finden können, die unterschiedlich
geformte Umfänge
haben, wie beispielsweise das in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 5 303 276 gezeigten hexagonalen
Brennelement. Die in 1 gezeigte Gitterbaugruppe ist
aus einer gleichmäßig beabstandeten
parallelen Anordnung von Gitterstreifen 14 aufgebaut, die
sich mit einer ähnlichen,
orthogonal positionierten, gleichmäßig beabstandeten parallelen
Anordnung von Gitterstreifen 16 schneiden. Die Gitteranordnung
ist mit einem peripheren Streifen 20 verschweißt, der
den Umfang des Gitters bildet. Die Wände der Streifen bilden zwischen
den Schnittstellen mit entsprechenden orthogonalen Streifen Zellen,
durch welche die Brennstäbe,
Führungsrohre
und Instrumentierungsrohre hindurchverlaufen.
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1 zeigt
eine 17 × 17-Anordnung
von Zellen, obwohl es sich versteht, dass die Anwendung der Prinzipien
dieser Erfindung nicht von der Anzahl der Brennstäbe in einem
Brennelement beeinflusst wird. Die Gitterstreifen, welche die orthogonalen Bauteile 14 und 16 in 1 bilden,
sind von im wesentlichen identischer Ausbildung und sind in den 3 und 6 besser
mit der Bezugsziffer 18 dargestellt. Während die Gitterstreifen 14 und
16 im wesentlichen identisch sind, sollte angemerkt werden, dass
die Ausbildung einige Gitterstreifen 16 von anderen Gitterstreifen 16 sowie
einige Gitterstreifen 14 von anderen Gitterstreifen 14 abweicht,
um Führungsrohr-
und Instrumentierungsrohrstellen zu entsprechen. Die Bezugszahl 42 in 1 identifiziert diejenigen
Zellen, welche Brennstäbe
abstützen,
und die Bezugszahl 43 zeigt die Zellen, die an Führungsrohren
und Instrumentierungsrohren befestigt sind. 3 bietet
die beste Darstellung der orthogonalen Schnittstellen zwischen Gitterstreifen 14 und 16.
Die meisten Wände
der Zellen, die Brennstäbe
aufnehmen, sind mit einer Anzahl von gestanzten vorspringenden Segmenten
ausgebildet, die mittels geeigneter Matrizen geformt werden, wie
sie in der Industrie bekannt sind und verwendet werden. Die oberen
und unteren gestanzten Segmente 26 sind in einer Richtung
ausgebaucht und bilden Noppen zum Abstützen der Brennstäbe gegen
gegenüberliegende
diagonale Federn, welche von der gegenüberliegenden Zellenwand vorspringen.
Der verbleibende mittig positionierte ausgestanzte Abschnitt 28 in
der gleichen Wand wie die zuvor beschriebene Noppen ist in der entgegengesetzten
Richtung in die benachbarte Zelle ausgebaut und bildet eine diagonale
Feder zum Andrücken
des Brennstabs gegen Noppen 26, die in jene benachbarte
Zelle von deren gegenüberliegender
Wand vorspringen. Die bevorzugte Ausbildung der diagonalen Feder
ist besser ersichtlich aus der US-Patentanmeldung Serial No. 08/887,016
(US-A-6 144 716).
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Mischflügel 32 verlaufen
von den oberen Rändern
der Gitterstreifen an einigen der Segmente aus, welche die Wände der
Zellen 42 bilden, durch welche die Brennstäbe hindurchpassieren.
Gemäß dieser
Erfindung sind die Mischflügel
in einem vorgegebenen Muster angeordnet, das besser unter Bezugnahme
auf 1 verständlich
ist und nachstehend mehr im einzelnen beschrieben wird.
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Die
Zellen 34 stützen
die Führungsrohre
und Instrumentierungsrohre ab, durch welche die Steuerstäbe und die
kerninterne Instrumentierung verlaufen. Die Zellen 34 weichen
von den Brennstabstützzellen 42 darin
ab, dass sie keine Stützelemente 26 oder 28 haben,
die in ihr Inneres vorspringen, und keine von ihren Wänden betragenden
Mischflügel 32. Die
Zellen 34 weichen weiter darin ab, dass sei einen konkaven
ausgebauchten Abschnitt 36 in der Mitte der Zellenwände haben,
der vom unteren zum oberen Ende des Gitterstreifens verläuft. Die
Krümmung des
konkaven Abschnitts ist im wesentlichen der Umfangskrümmung des
entsprechenden Führungsrohrs oder
Instrumentierungsrohrs, dem es zugeordnet ist, im wesentlichen angepasst.
Die ausgebauchten Gitterstellen ermöglichen die Aufnahme von Führungsrohren
und Instrumentierungsrohren mit größerem Durchmesser als die Brennstäbe, was
einen größeren Spielraum
für die
Steuerstabbewegung und die Instrumentierungsbewegung ermöglicht.
Dieses Merkmal ist besonders wichtig in heutigen Wettbewerbsmärkten, wo
der Bedarf für
größere Brennstoffökonomie
längere
Brennstoffabbrennzyklen erfordert, die einige kleinere Verzugserscheinungen
innerhalb der Brennelemente verursachen kann. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
sind die Führungsrohre
und Instrumentierungsrohre an mindestens einigen der ausgebauchten
Bereiche in jeder Zelle 34 angeschweißt. Die Führungsrohr- und Instrumentierungsrohrzellen 34 weichen
außerdem von
den Brennstoffstellen dahingehend ab, dass sie einen rechteckig
eingeschnittenen Abschnitt 40 an der unteren Seite des
ausgebauchten Bereichs haben, der die Schweißfläche für die Befestigung einer Hülse bereitstellt,
welche das Instrumentierungsrohr abstützt.
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Schweißlaschen 30 sind
an jeder Schnittstelle der Zellenwände in der Mitte der Höhe der Zelle ausgestanzt
und ausgebogen und verschweißt,
um die Druckfestigkeit der Gitterbaugruppe zu verbessern. Jeder
Streifen 18 endigt an dem Umfangsstreifen 20,
mit dem er ebenfalls verschweißt
ist.
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6 zeigt
einen Teil des Gitterstreifens 18, der die Wand einer einzigen
Zelle bildet und sich gerade über
die Position erstreckt, wo er sich mit dem entsprechenden angrenzenden
orthogonalen Gitterstreifen schneiden würde, an dem er befestigt wäre. Die
Streifen 18 sind an den Schnittstellen, wo sie mit den
in der orthogonalen Richtung verlaufenden Streifen zusammentreffen,
mit Schlitzen 44 versehen, die in manchen Fällen von
der Unterkante des Streifens bis zur halben Höhe verlaufen. Die orthogonal
positionierten Streifen sind mit ähnlichen Schlitzen 44 versehen,
die von ihrer Oberkante über
die Hälfte
des Streifens abwärts
verlaufen. Die Streifen sind dann mit ihren Schlitzen zusammengefügt, wobei
an jeder Schnittstelle ein Schlitz über den anderen gleitet, um ein
Eierkistenmuster zu bilden, das die Schnittstellen verriegelt und
die Zellen definiert. 6 zeigt nicht die Schweißlaschen 30,
die oben mit Bezug auf 3 beschrieben worden sind.
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Die 4 und 5 zeigen
die Ausbildung des Umfangsstreifens 20. 4 zeigt
eine Seite des Umfangsstreifens 20, der Schutznasen 46 unterschiedlicher
Geometrien aufweist, die von der Ober- und der Unterkante des Streifens
wegragen und einwärts
gebogen sind. Die Schutznasen dienen zur Verhinderung eines Verhakens
der Brennelemente mit benachbarten Brennelementen, wenn sie in den Reaktorkern
eingeführt
oder daraus herausgezogen werden. Die Streifen sind an ihren Ecken 48 verjüngt und,
wie in 5 gezeigt ist, um die Ecken gebogen.
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Kurz
zusammengefasst, überwindet
diese Erfindung die strömungsinduzierten
Brennelementenschwingungen, die bei manchen herkömmlichen Mischflügelauslegungen
auftreten, durch Vorsehen eines hydraulisch ausbalancierten Mischflügelmusters über eine
zur Längsabmessung
des Brennelements orthogonalen Ebene, die ein Kraft-Moment- und
Drehmomentgleichgewicht aufgrund gleichförmig verteilter Hub- und Sogkräfte erzeugt.
Zusätzlich sind
innerhalb jeder einzelnen Gitterzelle an den Brennstabstützstellen
die ge neigten Gitterfedern an benachbarten Zellenwänden, die
in 3 mit dem Bezugszeichen 28 gezeigt sind,
in entgegengesetzten Richtungen geneigt, um irgendwelche unausgeglichenen
Drehmomente aufgrund der entlang der Federkanten wirkenden hydraulischen
Hubkräfte
zu minimieren. Diese Anordnung reduziert weiter das Potential zur
Erzeugung einer Drehvorspannung auf das Brennelement.
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Eine
Ausführungsform
zum Erreichen des hydraulisch ausbalancierten Flügelmusters nach dieser Erfindung
ist in 1 dargestellt, in der Anwendung auf eine quadratische
17 × 17
Brennelementenanordnung. Zum Zwecke der Definierung des Flügelmusters
ist das Gitter in vier Quadranten 50, 52, 54 und 56 unterteilt.
Jeder Quadrant ist durch den Umfang und Linien A, B, C, D definiert,
die zwischen dem Mittelpunkt jedes Umfangssegments und der Mitte des
Gitters gezogen sind. In jedem Quadrant sind die Flügel an den
Zellenecken über
den Brennstabstellen positioniert und verlaufen entlang Linien,
die parallel zu einer Linie W, X, Y bzw. Z verlaufen, die von der
Mitte des Gitters zu dem entsprechenden Eck des Quadranten verläuft und
daher benachbarte Paare der Quadrant definierenden Linien A, B,
C, D schneidet. Jeder Quadrant enthält die gleiche Anzahl von Flügeln. Das
Gesamtmuster in dieser Ausführungsform
bildet ein "X" über der Mittelachse des Trennelements.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform kann das Muster
in jedem Quadrant durch Drehen des gesamten Gitters in 90-Grad-Schritten
um seine Mitte repliziert werden. Dementsprechend ist das Muster
in 90-Grad-Schritten drehbar. Die Kombination von drehsymmetrischen
und symmetrischen Merkmalen dieses Musters erzeugt ein Gleichgewicht
der hydraulischen Kräfte,
die auf die Flügel
wirken, wodurch die Antischwingungseigenschaften des Gitters gesteigert
werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung
in der Anwendung auf eine quatrilaterale Brennelementenauslegung dargestellt.
Es versteht sich aber, dass die Erfindung in gleicher Weise bei
Brennelementegitterkonstruktionen mit gleichseitiger Polygonumfangsform
mit anderer Anzahl von Seiten wirken kann, als dies bei der bevorzugten
Ausführungsform
gezeigt ist, beispielsweise bei der hexagonalen Anordnung, die in
dem oben erwähnten
US-Patent Nr. 5 303 276 dargestellt ist. In diesem Fall würden die
Flügelanordnungsbereiche
durch den Umfang und vom Mittelpunkt der Umfangssegmente durch das
Zentrum des Gitters verlaufende Linien defi niert werden. Die Flügel würden immer
noch an den Brennstabstützstellen
positioniert werden und Linien folgen, die parallel zu einer Linie
verlaufen, die zwischen den entsprechenden Schnittstellen der Umfangssegmente
und der Mitte des Gitters verlaufen. In diesem Fall wäre die Anordnung
in "N"-Grad-Schritten drehbar,
wobei "N" gleich 360 geteilt
durch die Anzahl der Umfangssegmente ist. Daher kann die hydraulisch
ausbalancierte Flügelkonfiguration
nach dieser Erfindung auch bei anderen Gitterkonfigurationen angewendet
werden. In ähnlicher
Weise versteht es sich, dass, während
bei dieser Ausführungsform
das Flügelmuster
als an der Oberkante des Gitters an den Brennelementstützzellen
angeordnet ist, ein ähnliches
Ergebnis durch Flügel
erreicht werden könnte,
die an anderen Stellen entlang des Brennelements über einer
Ebene orthogonal zur Längsabmessung
des Brennelements angeordnet sind.
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Dementsprechend
schafft diese Erfindung ein verbessertes Tranelement mit einer Stützgitterauslegung
und einem Ablenkflügelmuster,
das die Reaktorkühlmittelströmung während des
Betriebs in einer Weise optimiert, welche die DNB-Leistung mit einem
Minimum an Schwingung verbessert, den Druckabfall reduziert und
die Gitterdruckfestigkeit verbessert. Das Gitter nach dieser Erfindung
ermöglicht
auch Führungsrohre
und Instrumentierungsrohre von größerem Durchmesser als die Brennstäbe, was
den Konstruktionsspielraum zwischen den Steuerstäben und den Führungsrohren
vergrößert und
die Wahrscheinlichkeit eines Verklemmens eines Steuerstabs oder
einer Instrumentierung vermindert.