DE7032434U - Halterung fuer kernreaktor-brennelemente. - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf Kernreaktor-Brennstoffzusammenbauten, insbesondere auf Brennstoffzusammenbauten oder -baugruppen derjenigen Gattung, bei welcher eine Mehrzahl von länglichen Brennstoffstäben, mit ihren Längsachsen parallel, in einem Bündel gehalten werden. Bei einem solchen Brennstoffelement-Zusammenbau ist bzw. sind ein oder mehrere Abstandsgitter zwischen den Enden des Zusammenbaus vorgesehen, welche dazu dienen, die Brennstoffstab-Bewegung innerhalb des Abstandsgitters zu begrenzen und die richtige Lage der Brennstoffstäbe im Zusammenbau relativ zueinander aufrechtzuerhalten.

Bei einer bereits vorhandenen Ausführungsform eines solchen Abstandsgitters werden die Brennstoffstäbe durch einander entgegenwirkende federnd nachgiebige Bauteile gehalten. Diese Anordnung bringt jedoch einen unstabilen "Massen-Feder"-Aufbau mit sich, bei welchem die Brennstoffstab-Bewegung solange fortbesteht, bis durch die resultierende Feder-Verformung oder -Deflektion eine genügend große Kraft entwickelt wird, um der Störung, Verlagerung oder Verformung entgegenzuwirken. Wie steif auch immer die Feder-Bauteile sind, so tritt doch eine mikroskopische Bewegung oszillierender Natur auf, wodurch ein Flächenfressen an den Brennstoffstäben entsteht, d.h. eine Abnutzung der Brennstoffstäbe an den Stellen des Kontaktes mit den federnden Bauteilen.

Bei einem Abstandsgitter anderer Ausführungsform werden die Brennstoffstäbe durch eine starre Halterung vermittels federnd nachgiebiger Bauteile gehalten, welche in Gegen-Relativzuordnung zu den starren Haltemitteln angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Federkraft der federnd nachgiebigen Bauteile so gewählt, daß sichergestellt wird, daß die Brennstoffstäbe nicht gegen die starren Haltemittel anstoßen, da dadurch ein Fressen in gefährlichem Ausmaß entstehen würde. Wenn auch ein Schwingen der Brennstoffstäbe innerhalb eines Abstandsgitters bei dieser Anordnung auf einem Mindestwert gehalten werden, so treten doch immer noch seitliche Schwingungen von Brennstoffstäben zwischen benachbarten Abstandsgittern im Zusammenbau auf. Durch solche Schwingungen entstehen Abreibungen zwischen dem Stab und den Haltemitteln mit sich daraus ergebendem Flächenfressen.

Gegenstand der Neuerung ist ein Abstandsgitter für einen Kernreaktor-Brennstoff-Zusammenbau mit einer Mehrzahl von länglichen Brennstoffstäben, welche, mit ihren Längsachsen zueinander parallel, in einem Bündel gehalten werden, welches Zellenaufbau hat und versehen ist mit Öffnungen oder Aussparungen, durch welche hindurch die Brennstoffstäbe sich erstrecken, mit drei im wesentlichen starren Haltebauteilen, die sich in jede der besagten Aussparungen hinein erstrecken, und mit federnd nachgiebigen Mitteln, welche in jede Aussparung in Gegen-Relativzuordnung mit besagten Haltebauteilen vorgesehen und so angeordnet sind, daß sie mit Vorspannung einen Brennstoffstab in der Aussparung gegen die Haltebauteile halten, wobei besagte Haltebauteile so angeordnet sind, daß mindestens einer der Haltebauteile den Brennstoffstab an einem Punkt oder einer Stelle kontaktberührt, welche in Längsrichtung mit Abstand in Bezug auf die Längsachse des Brennstoffstabes von den Punkten der Kontaktberührung der beiden andern Haltebauteile mit dem Brennstoffstabweg angeordnet oder gelegen sind, und wobei die Kontaktberührungsstellen der drei Haltebauteile mit dem Brennstoffstab in den Ecken eines Dreiecks vorgesehen sind.

Bei einer Ausführungsform der Neuerung wird durch die Drei-Punkt-Halterung, welche durch die drei starren Haltebauteile für jeden der Brennstoffstäbe erreicht wird, sichergestellt, daß jeder Brennstoffstab vollen Kontakt mit allen der drei starren Haltebauteile macht. Bei dieser Ausführungsform ist ein Paar vorgesehen, durch welches einer seitlichen Schwingbewegung der Brennstoffstäbe zwischen benachbarten Abstandsgittern entgegengewirkt wird, wodurch das Reibungs-Flächenfressen der Brennstoffstäbe an den starren Haltebauteilen auf ein Minimum gebracht wird. Durch diese Ausführungsform wird außerdem das Ausmaß der Störung begrenzt, welches von dem einen Zwischengitterabschnitt des Brennstoffzusammenbaus nach dem nächsten übermittelt wird und ein richtiges Fluchten der Brennstoffstäbe innerhalb der Abstandsgitter sichergestellt.

Ausführungsformen der Neuerung werden nunmehr anhand der die beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht mit teilweisem Schnitt auf ein Abstandsgitter gemäß der Neuerung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Abstandsgitters, teilweise im Schnitt, entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Einzelteil in isometrischer Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Abstandsgitters,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Teilstück auf eine zweite Ausführungsform des Abstandsgitters gemäß der Neuerung,

Fig. 5 einen Schnitt in einem tieferen Niveau des Abstandsgitters nach Fig. 4, während

Fig. 6 in isometrischer Darstellung einen Einzelteil des Abstandsgitters nach Fig. 4 wiedergibt.

Das Abstandsgitter (gemäß den Fign. 1 und 2) besteht aus einer mittleren Halte-Hülse 1 und einem äußeren kreisförmigen Band 2. Die mittlere Hülse 1 und das äußere Band 2 stehen miteinander über radiale Streben 3 in Verbindung, welche die Fläche des äußeren Bandes 2 in acht Sektoren 4 aufteilt. Jeder Sektor 4 enthält sechs rohrförmige Hülsen 5 an der oberen Stirnfläche des Gitters und sechs entsprechende rohrförmige Hülsen 6 an der unteren Stirnfläche des Gitters. Die Komponenten des Zusammenbaus, also die mittlere Hülse 1, das äußere Band 2, die radialen Streben 3 und die Hülsen 5 und 6 werden miteinander über Hartlöten oder Punktschweißen verbunden. Durch das Abstandsgitter wird eine seitliche Ortsfestlegung für einen Zusammenbau oder eine Gruppe von länglichen Brennstoffstäben 7 erreicht, welche in einem Bündel, mit ihren Längsachsen parallel zueinander, gehalten werden. Jedes der entsprechenden Paare von Hülsen 5 und 6 wird durch einen Brennstoffstab 7 durchsetzt, wenn auch aus Vereinfachungsgründen nur einige wenige der Brennstoffstäbe 7 in Fig. 1 dargestellt sind.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, sind zwei starre Haltebauteile 8 und ein starrer Rück-Haltebauteil 9 in jeder der oberen Hülsen 5 an- oder eingeformt. Der Haltebauteil 8 und der Rück-Haltebauteil 9 sind mit gleichem Abstand um 120° voneinander vorgesehen. In den unteren Hülsen 6 sind ein einziger starrer Haltebauteil 8 und zwei starre Rück-Halteteile 9, ebenfalls in gleichem Abstand um 120° voneinander vorgesehen, an- oder eingeformt. Doppel-Biege-Federn 10 sind über die Streben 3 zwischen den Hülsen 5 und 6 gefügt. Jede Biegefeder 10 ragt durch Schlitze 11 in den oberen Hülsen 5 unterhalb der Haltebaustücke 9 hindurch und greift in Aussparungen 12 in den oberen und unteren Kanten der radialen Streben 3 ein. Die Biegefedern 10 halten die Brennstoffstäbe 7 in Wirkverbindung mit den beiden starren Haltebauteilen 8 in den oberen Hülsen 5 und mit dem einzigen starren Bauteil 8 in den unteren Hülsen 6.

Die Brennstoffstäbe 7 machen normalerweise nicht Kontakt mit dem Rück-Halteteil 9, es sei denn, die Biegefedern 10 versagen, wenn die Haltebaustücke 9 dazu dienen, die Seitenbewegung der Brennstoffstäbe 7 weg von den starren Haltebauteilen 8 zu begrenzen.

Das Abstandsgitter, welches in den Fign. 4, 5 und 6 der Zeichnung dargestellt ist, setzt sich zusammen aus einem oberen Gitter-Zusammenbau 13 und einem unteren zugehörigen Gitterzusammenbau 14, beide von Rechteck-Gitterform. Die oberen und unteren Gitterzusammenbauten 13 und 14 sind beide aus dünnem Streifenmaterial hergestellt und werden durch ein oberes (nicht gezeigtes) Halteband zusammengehalten. Wiederum wird durch das Abstandsgitter eine seitliche Raumzuordnung für einen Zusammenbau oder einen Winkel von Brennstoffstäben 7 geschaffen, welche, mit ihren Längsachsen parallel, in einem Bündel gehalten werden. Die Gitteraufbauten 13 und 14 haben rechteckige Aussparungen 15, wobei die Brennstoffstäbe 7 sich in Längsrichtung durch entsprechende Aussparungen 15 in den beiden Gitteraufbauten 13 und 14 hindurcherstrecken. Die Streifen, welche die Gitteraufbauten 13 und 14 bilden, sind so ausgestaltet, daß sie starre Halteelemente 16 und starre Rück-Halteelemente 17 bilden, welche sich in jede der Aussparungen 15 hinein erstrecken. Doppel-Biege-Federn 18 erstrecken sich in Längsrichtung zwischen den oberen und den unteren Gitteraufbauten 13 und 14. Wie sich aus Fig. 6 ergibt, sind die Biegefedern 18 in Schlitze 19 in entsprechenden Seiten der Aussparungen 15 in den oberen und den unteren Gitteraufbauten 13 und 14 eingepaßt. Wie sich ebenfalls aus Fig. 6 ergibt, ist in der Aussparung 15a des oberen Gitteraufbaues 13 die zugeordnete Biegefeder 18 so vorgesehen, daß sie mit Vorspannung einen Brennstoffstab 7 in Wirkverbindung mit zwei starren Haltebauteilen 16 bringt, welche sich von entgegengesetzten Seiten aus in die Aussparung 15a hinein erstrecken. In der zugehörigen Aussparung 15a des unteren Gitteraufbaus 14 bringt die Biegefeder 18 den Brennstoffstab 7 mit Vorspannung in Wirkverbindung mit einem einzigen starren Haltebauteil 16 in der Seite der Aussparung 15a, welche sich gegenüber der Biegefeder 16 befindet.

Die Aussparung 15a in dem oberen Gitterzusammenbau 13 weist ein einziges Rück-Halteglied 17 auf der Seite der Aussparung, welche die Biegefeder 18 aufweist, auf. Die Aussparung 15a in dem unteren Gitterzusammenbau 14 hat zwei entgegengesetzt angeordnete Rück-Halteglieder 17. Außerdem berührt bei dieser Ausführungsform der Brennstoffstab 7 normalerweise nicht die Rück-Halteglieder 17, es sei denn, daß ein Versagen der Biegefeder 18 auftritt.

In den Aussparungen 15b, welche den Aussparungen 15a der oberen und der unteren Gitteraufbauten 13 und 14 benachbart sind, ist die Anordnung reversiert bzw. umgekehrt.

In der Aussparung 15b des oberen Gitteraufbaus 13 bringt die zugehörige Biegefeder den Brennstoffstab 7 mit Vorspannung in Wirkverbindung mit einem einzigen starren Haltebauteil 16, welcher der Biegefeder 18 gegenüberliegt. In der entsprechenden Aussparung 15b des unteren Gitteraufbaus 14 bringt die Biegefeder 18 unter Vorspannung den Brennstoffstab 7 in Wirkverbindung mit zwei starren Haltebauteilen 16, welche von entgegengesetzten Seiten der Aussparung 15b im unteren Gitteraufbau 14 vorragen. Die Aussparung 15b im oberen Gitter-Bauteil 13 weist zwei entgegengesetzt angeordnete Rück-Halteelemente 17 auf, während die Aussparung 15b in dem unteren Gitteraufbau 14 ein einziges Halte-Rückhalteelement 17 aufweist.

Die Neuerung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Schutzanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Neuerungsmerkmale, die im einzelnen - oder in Kombination - in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Claims (10)

1. Abstandsgitter für einen Kernreaktor-Brennstoff-Zusammenbau mit einer Mehrzahl von länglichen Brennstoffstäben, welche in einem Bündel mit ihren Längsachsen zueinander parallel gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsgitter einen Zellenaufbau aufweist und versehen ist mit Aussparungen oder Öffnungen, durch welche hindurch die Brennstoffstäbe sich erstrecken, mit drei im wesentlichen starren Haltebauteilen, die sich in jede der besagten Aussparungen hinein erstrecken, und mit federnd nachgiebigen Mitteln, welche in jede Aussparung in Gegen-Relativzuordnung mit besagten Haltebauteilen vorgesehen und so angeordnet sind, daß sie mit Vorspannung einen Brennstoffstab in der Aussparung gegen die Haltebauteile halten, wobei besagte Haltebauteile so angeordnet sind, daß mindestens einer der Haltebauteile den Brennstoffstab an einem Punkt oder einer Stelle kontaktberührt, welcher oder welche in Längsrichtung mit Abstand in Bezug auf die Längsachse des Brennstoffstabes von den Punkten der Kontaktberührung der beiden anderen Haltebauteilen mit den Brennstoffstab weg angeordnet oder gelegen ist, und wobei die Kontaktberührungsstellen der drei Haltebauteile mit dem Brennstoffstab in den Ecken eines Dreiecks vorgesehen sind.

2. Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten federnd nachgiebigen Mittel den Brennstoffstab an einer Stelle auf den Brennstoffstab, welcher zwischen der Kontaktstelle des einen Haltebauteils und den Kontaktstellen der beiden anderen Haltebauteile mit dem Brennstoffstab zwischengelegen ist, kontaktberührt, und daß die federnd nachgiebigen Mittel auf den Brennstoffstab in Oppositionsstellung zu den Haltebauteilen einwirken, um so den Brennstoffstab unter Vorspannung in Kontaktberührung in allen drei der Haltebauteile zu bringen und zu halten.

3. Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei übereinander liegende Schichten von rohrförmigen Hülsen vorgesehen sind, daß die Hülsen in jeder Schicht miteinander verbunden und die beiden Schichten von Hülsen in Längsrichtung mit Abstand im Abstandsgitter gehalten sind, daß die Brennstoffstäbe in einem Brennstoff-Zusammenbau je durch ein zugehöriges Paar von Hülsen hindurchführen, und zwar je einer in jeder Schicht, daß zwei in Umfangsrichtung voneinander Abstand aufweisende starre Haltebauteile so geformt sind, daß sie sich innerhalb der einen Hülse eines jeden Hülsenpaares erstrecken, daß ein einziger starrer Halteteil angeformt ist, welcher sich innerhalb der zweiten Hülse eines jeden Hülsenpaares erstreckt, derart, daß die beiden starren Haltebauteile in der einen Hülse und der einzige starre Halteteil in der zweiten Hülse eines jeden Hülsenpaares an den Ecken eines Dreiecks gelegen sind, und daß die federnd nachgiebigen Mittel in Zuordnung zu jeden Hülsenpaar so vorgesehen sind, daß sie in Oppositionsstellung auf die starren Haltebauteile einwirken, um so die Brennstoffstäbe mit Vorspannung gegen die starren Haltebauteile zu drücken.

4. Abstandsgitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen Mittel so angeordnet sind, daß sie auf die Brennstoffstäbe an einer Stelle einwirken, welche in Längsrichtung zwischen den beiden Haltebauteilen in der einen Hülse und dem einzigen Haltebauteil in der zweiten Hülse eines jeden Hülsenpaares gelegen ist.

5. Abstandsgitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen Mittel aus einer Biegefeder bestehen, welche in Längsrichtung zwischen den beiden Hülsen eines jeden Hülsenpaares vorgesehen ist, und daß die Biegefedern sich an die Brennstoffstäbe im Zwischenraum zwischen den beiden Hülsen eines jeden Hülsenpaares anlegen.

6. Abstandsgitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halteelement so angeformt ist, daß es sich innerhalb der einen Hülse eines jeden Hülsenpaares auf der abgewandten Seite der Hülse zu den starren Haltebauteilen darin erstreckt und zwei in Umfangsrichtung voneinander Abstand aufweisende Haltebauteile so geformt sind, daß sie sich innerhalb der zweiten Hülse eines jeden Hülsenpaares auf der entgegengesetzten Seite der zweiten Hülse zu den einzigen starren Haltebauteil darin erstreckt, und daß die Brennstoffstäbe auf Abstand von den Halteteilen in den Hülsen gehalten werden, wenn die Brennstoffstäbe in Kontaktberührung mit den Haltebauteilen in den Hülsen sind.

7. Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich zusammensetzt aus zwei übereinanderliegenden Gitteraufbauten, wobei jeder Gitteraufbau aus einer Mehrzahl von Streifenbauteilen besteht, die sich unter rechten Winkeln durchsetzen oder schneiden, um dadurch rechtwinklige Aussparungen in den Gitteraufbauten zu schaffen, daß die Brennstoffstäbe eines Brennstoffzusammenbaus sich je durch ein zugehöriges Paar von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten erstrecken, daß jedes Paar von Aussparungen federnd nachgiebige Mittel aufweist, die von der einen Seite derselben so einwirken, daß ein Brennstoffstab, der sich durch die Aussparungen hindurch erstreckt, mit Vorspannung gegen die andere Seite der Aussparungen gedrückt wird und in jedem Paar von Aussparungen zwei starre Haltebauteile sich in die Öffnung in einem der Gitteraufbauten erstrecken, und zwar je eine von jeder Seite der Aussparung benachbart den federnd nachgiebigen Mitteln, daß ein einziger starrer Haltebauteil sich in die Aussparung in dem andern der Gitteraufbauten von der entgegengesetzten Seite der Aussparung zu den federnden Mitteln hinein erstreckt, daß die beiden starren Haltebauteile und der einzige starre Haltebauteil mit dem zugehörigen Brennstoffstab an den Eckpunkten eines Dreiecks in Kontaktberührung sind, und daß die federnd nachgiebigen Mittel den Brennstoffstab mit Vorspannung gegen besagte starre Haltebauteile drücken.

8. Abstandsgitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen Mittel so angeordnet sind, daß sie auf den Brennstoffstab an einer Stelle in Längsrichtung zwischen den beiden starren Haltebauteilen in der einen Aussparung und dem einzigen starren Halteteil in der anderen Aussparung in jedem zugehörigen Paar von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten einwirken.

9. Abstandsgitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebigen Mittel aus einer Biegefeder bestehen, welche in Längsrichtung zwischen jedem zugehörigen Paar von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten verläuft, und daß die Biegefeder an die Brennstoffstäbe an einer Stelle im Zwischenraum zwischen den beiden Gitteraufbauten anliegen.

10. Abstandsgitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Halteteile in den zugehörigen Paaren von Aussparungen in den beiden Gitteraufbauten vorgesehen sind, um die Seitenbewegung der Brennstoffstäbe weg vom Kontakt mit den starren Haltebauteilen entgegen der Wirkung der federnd nachgiebigen Mittel zu begrenzen, daß ein einziger Halteteil vorgesehen ist, der sich in die Aussparung eines jeden Paares von Aussparungen erstreckt, welches die beiden starren Haltebauteile aufweist, daß dieser einzige Halteteil sich in die Aussparung, von der Seite der Aussparung her, welche die federnd nachgiebigen Mittel aufweist, erstreckt, daß die beiden Halteteile so vorgesehen sind, daß sie sich in die andere Aussparung des Paares von Aussparungen, welche das einzige starre Halteteil aufweist, erstrecken, daß die beiden Halteteile, welches sich in die Aussparung von der einen Seite der Aussparung benachbart der Seite der Aussparung, welche die federnd nachgiebigen Mittel aufweist, erstreckt, und daß die Halteteile voneinander auf Abstand von den Brennstoffstäben gehalten werden, wobei die in Kontakt mit den Haltebauteilen in den Paaren von Aussparungen durch die federnd nachgiebigen Mittel gehalten sind.