DE9218744U1

DE9218744U1 - Lower attachment of a fuel assembly for water-cooled nuclear reactors

Info

Publication number: DE9218744U1
Application number: DE9218744U
Authority: DE
Original assignee: Areva NC SA; Framatome SA; Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA
Current assignee: Areva NP SAS; Orano Demantelement SAS
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2002-09-22

Description

BEETZ & PARTNER .' .* * : : .*Pcfl-entänwälte steinsdorfstr. &iacgr;&ogr; · D-8OOO München 22 " "European Patent AttorneysBEETZ & PARTNER .' .* * : : .*Pcfl-entänwälte steinsdorfstr. &iacgr;&ogr; · D-8OOO Munich 22 " "European Patent Attorneys

Telefon (O89) 2959IO -Tetefac(O89) 293963 ^^ _R ^ ^ ₍₁₈₉₇_₁₉₉₁₎ Telephone (O89) 2959IO -Tetefac(O89) 293963 ^^ _R ^ ^ ₍₁₈₉₇ _ ₁₉₉₁₎

: ....... Dr.-Ing. R. BEETZ jun,: ....... Dr.-Ing. R. BEETZ jun,

Dr.-Ing. W, TIMPEDr.-Ing. W, TIMPE

Dipl.-Ing. J. SIEGFRIEDDipl.-Ing. J. SIEGFRIED

Prof. Dr.rer.nat. W. SCHMITT-FUMIANProf. Dr.rer.nat. W. SCHMITT-FUMIAN

Dipl.-Phys. Dr. rer.nat. C-M. MAYRDipl.-Phys. Dr. rer.nat. C-M. MAYR

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UNTERES ANSATZSTUCK EINER BRENNELEMENTKASSETTE FUR WASSERGEKÜHLTE KERNREAKTORENLOWER ATTACHMENT PIECE OF A FUEL ELEMENT ASSEMBLY FOR WATER-COOLED NUCLEAR REACTORS

Die Erfindung betrifft ein unteres Filteransatzstück einer Brennelementkassette eines leichtwassergekühlten Kernreaktors und insbesondere eines druckwassergekühlten Kernreaktors .The invention relates to a lower filter attachment of a fuel assembly of a light water-cooled nuclear reactor and in particular of a pressurized water-cooled nuclear reactor.

Druckwassergekühlte Kernreaktoren weisen einen Reaktorkern auf, der aus prismatischen Brennelementkassetten besteht, die nebeneinander vertikal angeordnet sind. Die Brennelementkassetten weisen ein Gerüst auf, welches aus den längsPressurized water-cooled nuclear reactors have a reactor core consisting of prismatic fuel element assemblies, which are arranged vertically next to each other. The fuel element assemblies have a framework consisting of the longitudinally

62-BE95/63-CMWa62-BE95/63-CMWa

angeordneten Führungsrohren und Beabstandungsgittern besteht und welches durch Ansatzstücke abgeschlossen ist, in denen die Brennstäbe angeordnet sind.arranged guide tubes and spacing grids and which is closed off by extension pieces in which the fuel rods are arranged.

Eines der Ansatzstücke, unteres Ansatzstück genannt, ruht auf der unteren Platte des Reaktorkerns, die am Ort einer jeden Brennelementkassette mit Durchgangslöchern versehen ist, um den Durchgang von Kühlwasser des Reaktors durch den Kern in senkrechter Richtung von unten nach oben zu erlauben. One of the extensions, called the lower extension, rests on the lower plate of the reactor core, which is provided with through holes at the location of each fuel assembly to allow the passage of reactor cooling water through the core in a vertical direction from bottom to top.

Ein solches Ansatzstück weist Stützfüße auf, die auf der unteren Platte des Reaktorkerns ruhen und ein Element, welches quer zur Richtung der Brennstäbe des Brennstabbündels an den Stützfüßen befestigt ist. Dieses Querelement besteht aus einer Adapterplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, die parallel zueinander sind, in denen die unteren Enden der Führungsrohre der Brennelementkassette befestigt sind und die mit Öffnungen durchsetzt ist, die den Durchgang und die Verteilung von Kühlwasser des Reaktors ermöglichen, welches in Vertikalrichtung und in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Brennstäbe der Brennelementkassette zirkuliert, nachdem es das untere Ansatzstück durchquert hat.Such an adapter comprises support feet resting on the lower plate of the reactor core and an element fixed to the support feet transversely to the direction of the fuel rods of the fuel assembly. This transverse element consists of an adapter plate with a top and a bottom face parallel to each other, in which the lower ends of the guide tubes of the fuel assembly are fixed and which is pierced with openings allowing the passage and distribution of reactor cooling water, which circulates vertically and in contact with the external surface of the fuel rods of the fuel assembly after passing through the lower adapter.

Die Adapterplatte des unteren Ansatzstücks trägt zur Steifheit des Gerüsts der Brennelementkassette bei und gewährleistet die Rückstellung der auf das untere Ansatzstück ausgeübten Kräfte und die Halterung der Brennstäbe und muß den Durchgang und die Verteilung von Kühlwasser der Brennelementkassette erlauben.The lower extension adapter plate contributes to the rigidity of the fuel assembly frame and ensures the recovery of the forces exerted on the lower extension and the support of the fuel rods and must allow the passage and distribution of cooling water of the fuel assembly.

Im Primärkreislauf des Kernreaktors können Materialsplitter bzw. Späne oder Abrieb vorhanden sein, die von dem zirku-In the primary circuit of the nuclear reactor, there may be material splinters, chips or abrasion that are carried away by the circulating

lierenden^ unter Druck stehenden Kühlwasser mitgenommen werden können. Wenn deren Größe gering ist {beispielsweise
kleiner als 10 mm), können die Späne durch die Adapterplatte des unteren Ansatzstücks passieren, deren Wasserdurchgangsöffnung einen Durchmesser hat, der im allgemeinen größer als 10 mm ist. Die Späne können sich zwischen den
Brennstäben und den Halteelementen der Stäbe am ersten Gitter verklemmen, d.h. dem Haltegitter, welches die Brennstäbe in gleichmäßiger Gitteranordnung haltert und welches als unterstes in der Brennelementkassette angeordnet ist. Diese Späne, die hydraulischen axialen und transversalen Kraftbeaufschlagungen ausgesetzt sind, die in diesem Bereich sehr groß sind, können die Schutzhülle der Brennstäbe abnutzen.
Daraus kann ein Dichtigkeitsverlust dieser Schutzhüllen sowie eine Steigerung der Radioaktivität des Primärkreislaufs des Reaktors resultieren.ling^ pressurized cooling water. If their size is small {for example
smaller than 10 mm), the chips can pass through the adapter plate of the lower attachment, whose water passage hole has a diameter that is generally larger than 10 mm. The chips can be trapped between the
fuel rods and the rod holding elements on the first grid, ie the holding grid which holds the fuel rods in a uniform grid arrangement and which is located at the bottom of the fuel assembly. These chips, which are subjected to hydraulic axial and transverse forces which are very high in this area, can wear away the protective covering of the fuel rods.
This can result in a loss of tightness of these protective covers and an increase in the radioactivity of the reactor's primary circuit.

Um die Mitnahme dieser Späne ins Innere der Brennelementkassette zu verhindern, wurde vorgeschlagen, das Kühlfluid zu filtern und zwar an der Adapterplatte des unteren Ansatzstücks, indem dort Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, deren Durchmesser ausreichend gering ist, um die Späne zu
stoppen, die sich im ersten Gitter der Brennelementkassette verklemmen können.In order to prevent these chips from entering the fuel assembly, it was proposed to filter the cooling fluid on the adapter plate of the lower extension piece by providing through holes with a diameter sufficiently small to filter the chips.
which can become jammed in the first grid of the fuel assembly.

Löcher mit geringem Durchmesser und kreisrunder Querschnittsfläche sind auf einem Gitter mit quadratischen Maschen über die gesamte Oberfläche der Adapterplatte verteilt angeordnet. Ein solches Gitter aus Löchern mit geringem Durchmesser erzeugt einen großen Druckabfall bei der
Kühlmxttelfluidzirkulation, beim Durchgang durch die Adapterplatte .Small diameter holes with circular cross-sectional area are arranged on a grid with square meshes over the entire surface of the adapter plate. Such a grid of small diameter holes creates a large pressure drop in the
Coolant fluid circulation as it passes through the adapter plate.

In der Brennelementkassette wird aufgrund der Zirkulation des Kühlfluids eine aufsteigende Kraft erzeugt. Haltefedern, die auf der oberen Platte des Kerns angebracht sind, sind dazu da die Bilanz der Kräfte in Richtung auf die untere Platte des Kerns positiv zu halten, um ein Abheben der Brennelementkassette zu verhindern.An upward force is generated in the fuel assembly due to the circulation of the cooling fluid. Retaining springs, which are mounted on the upper plate of the core, are there to keep the balance of forces towards the lower plate of the core positive in order to prevent the fuel assembly from lifting off.

Um dieses Ziel zu erreichen und um die Kraftbeaufschlagungen zu vermindern, denen die Haltefedern ausgesetzt sind, ist es wünschenswert die hydraulische Kraft zu vermindern, welche auf die Brennelementkassette einwirkt. Das Mittel besteht darin die Transparenz des unteren Ansatzstücks der Brennelementkassette gegenüber dem Kühlfluid zu erhöhen.To achieve this objective and to reduce the forces to which the retaining springs are subjected, it is desirable to reduce the hydraulic force acting on the fuel assembly. The means consists in increasing the transparency of the lower extension of the fuel assembly to the cooling fluid.

Außerdem muß die Adapterplatte ausreichend steif sein, um die oben erwähnten Aufgaben einer mechanischen Widerstandskraft erfüllen zu können. Es ist daher nicht möglich die Dichte der Durchgangslöcher in der Adapterplatte über eine bestimmte Grenze hinweg zu erhöhen, es sei denn man erhöht die Dicke der Adapterplatte, was jedoch wiederum eine Erhöhung des Druckverlustes und eine Verringerung des Platzes für die Brennstabvibrationen mit sich bringt.In addition, the adapter plate must be sufficiently rigid to be able to fulfil the mechanical resistance tasks mentioned above. It is therefore not possible to increase the density of the through holes in the adapter plate beyond a certain limit, unless the thickness of the adapter plate is increased, which in turn entails an increase in the pressure loss and a reduction in the space for the fuel rod vibrations.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein unteres Ansatzstück mit verringertem Druckverlust für eine Brennelementkassette eines wassergekühlten Kernreaktors anzugeben, mit einer Adapterplatte, die quer angeordnet ist und eine obere Seite und eine untere Seite aufweist, die parallel zueinander sind und so mit Löchern versehen sind, daß der Durchfluß von Kühlwasser für die Brennelementkassette ermöglicht wird und vom Kühlwasser mitgenommene Splitter bzw. Späne aufgehalten werden, wobei dieses Ansatzstück es ermöglicht den Druckverlust bei der Kühlfluidzirkulation beim Durchgang durch das Ansatzstück auf ein extrem niedri-The invention is therefore based on the object of specifying a lower extension piece with reduced pressure loss for a fuel element assembly of a water-cooled nuclear reactor, with an adapter plate which is arranged transversely and has an upper side and a lower side which are parallel to one another and are provided with holes so that the flow of cooling water for the fuel element assembly is enabled and splinters or chips carried along by the cooling water are stopped, whereby this extension piece enables the pressure loss in the cooling fluid circulation when passing through the extension piece to be reduced to an extremely low level.

ges Niveau zu begrenzen und somit die auf die Haltefedern ausgeübten Kräfte zu begrenzen, wobei das Ansatzstück eine große Steifigkeit aufweist.level and thus limit the forces exerted on the retaining springs, whereby the extension has a high degree of rigidity.

Zu diesem Zweck weist die Adapterplatte Rippen auf, die ungefähr senkrecht zu seinen Oberflächen ihre mechanische Haltbarkeit gewährleisten und auf ihrer Unterseite vorstehen und zwischen sich Zellen und Bereiche der Unterseite der Adapterplatte eingrenzen, in denen jeweils eine Gruppe von durchgehenden Öffnungen münden, die einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisen und gitterförmig angeordnet sind.For this purpose, the adapter plate has ribs which ensure its mechanical durability and which protrude from its underside, approximately perpendicular to its surfaces, and which delimit between them cells and areas of the underside of the adapter plate, into each of which opens a group of through openings which have a substantially square cross-section and are arranged in a grid.

Um die Erfindung besser zu erläutern, wird im folgenden als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine Ausführungsform eines filternden Ansatzstücks einer Brennelementkassette für einen Druckwasserkernreaktor erläutert.In order to better explain the invention, an embodiment of a filtering attachment of a fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor is explained below as a non-limiting example with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Brennelementkassette eines Druckwasserkernreaktors.Fig. 1 shows a side view of a fuel assembly of a pressurized water nuclear reactor.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes unteres filterndes Ansatzstück.Fig. 2 shows a plan view of a lower filtering attachment according to the invention.

Fig. 2A zeigt eine Teildraufsicht auf das Ansatzstück, die die Form der Durchgangsöffnungen der Adapterplatte in der Nähe eines Führungsrohres als bevorzugte Ausführungsform zeigt.Fig. 2A shows a partial plan view of the extension piece, showing the shape of the through holes of the adapter plate near a guide tube as a preferred embodiment.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang 3-3 aus Fig. 2.Fig. 3 shows a section along 3-3 of Fig. 2.

Fig. 3¹ ist eine Detailansicht größeren Maßstabs der in Fig. 3 gezeigten Platte.Fig. 3 ¹ is a larger scale detail view of the plate shown in Fig. 3.

Fig. 3&Agr; ist ein Schnitt mit größerem Maßstab als derFig. 3�Agr; is a larger scale section than the

von Fig. 3, der den Längsschnitt der Öffnungen der Adapterplatte in einer weiteren Ausführungsform des Ansatzstücks zeigt.of Fig. 3, which shows the longitudinal section of the openings of the adapter plate in another embodiment of the attachment piece.

Fig. 3¹A ist eine Detailansicht größeren Maßstabs der in Fig. 3A gezeigten Platte.Fig. 3 ¹ A is a larger scale detail view of the plate shown in Fig. 3A.

In Fig. 1 erkennt man eine allgemein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Brennelementkassette, die aus einem Bündel paralleler Brennstäbe 2 besteht, die von einem Gerüst gehalten werden, das aus Führungsrohren 4 in Längsrichtung, quer verlaufenden Zwischengittern 3 und Endansatzstücken 5 und 6 besteht. Die Zwischengitter 3 bestehen aus Gittern, deren Zellen jeweils einen Brennstab aufnehmen. Bestimmte Positionen des Gitternetzes der Gitter werden von Führungsrohren 4 eingenommen, deren Länge größer ist als die der Brennstäbe 2. Jedes der Führungsrohre 4 ist an der Gruppe der Zwischengitter befestigt, die gleichmäßig beabstandet entlang der Brennelementkassette angeordnet sind.In Fig. 1, one can see a fuel assembly, generally designated by the reference numeral 1, which consists of a bundle of parallel fuel rods 2 held by a framework consisting of longitudinal guide tubes 4, transverse intermediate grids 3 and end attachments 5 and 6. The intermediate grids 3 consist of grids, each cell of which accommodates a fuel rod. Certain positions of the grid network are occupied by guide tubes 4, the length of which is greater than that of the fuel rods 2. Each of the guide tubes 4 is attached to the group of intermediate grids, which are arranged at equal distances along the fuel assembly.

Außerdem sind die Führungsrohre an einem ihrer Enden an einem Ansatzstück 5 befestigt, welches das obere Ansatzstück der Brennelementkassette darstellt und an ihrem anderen Ende an einem zweiten Ansatzstück 6, welches das untere Ansatzstück darstellt.In addition, the guide tubes are attached at one of their ends to an extension piece 5, which represents the upper extension piece of the fuel assembly, and at their other end to a second extension piece 6, which represents the lower extension piece.

In seiner Betriebsstellung ist die Brennelementkassette senkrecht, wie in Fig. 1 dargestellt, angeordnet und das untere Ansatzstück ruht mit Füßen 7 auf der oberen Oberfläche der unteren Platte des Reaktorkerns 8 des Kernreaktors.In its operating position, the fuel assembly is arranged vertically, as shown in Fig. 1, and the lower extension rests with feet 7 on the upper surface of the lower plate of the reactor core 8 of the nuclear reactor.

Die Platte 8 ist mit vier Durchgangsöffnungen für Wasser versehen, die unter dem entsprechenden unteren Ansatzstück 6 bei jeder Brennelementkassette mündet, die zusammen den Reaktorkern bilden.The plate 8 is provided with four through holes for water which open under the corresponding lower extension piece 6 of each fuel assembly, which together form the reactor core.

Die Trägerfüße 7 sind mit ihrem oberen Bereich an einem querverlaufenden Trägerelement 9 befestigt, auf dem die unteren Enden der Führungsrohre 4 befestigt sind.The support feet 7 are fastened with their upper part to a transverse support element 9, on which the lower ends of the guide tubes 4 are fastened.

Das Kühlwasser des Kernreaktors, welches die untere Platte des Kerns durch die Öffnungen durchquert, welche unter dem Ansatzstück münden, durchquert das querverlaufende Element 9, welches mit einem Gitter von Öffnungen über seine gesamte Dicke versehen ist.The cooling water of the nuclear reactor, which passes through the lower plate of the core through the openings which open under the extension piece, passes through the transverse element 9 which is provided with a grid of openings over its entire thickness.

Auf diese Weise wird das Kühlwasser veranlaßt in Vertikalrichtung und von unten nach oben in Kontakt mit den Brennstäben 2, deren Kühlung es übernimmt, zu zirkulieren und den thermischen Wärmetausch durchzuführen.In this way, the cooling water is caused to circulate vertically and from bottom to top in contact with the fuel rods 2, which it cools, and to carry out the thermal heat exchange.

Nach dem Stand der Technik besteht das querverlaufende Element 9 aus einer einfachen ebenen, auf seiner ganzen Dicke durchbohrten Adapterplatte, wobei das Gitter von Öffnungen den Durchgang des Kühlwassers ermöglicht und gleichzeitig die Filtration und das Rückhalten von Splittern und Spänen ausführt, deren Größe größer als ein bestimmter Grenzwert ist, der durch die vorgesehenen Öffnungen bestimmt ist.According to the prior art, the transverse element 9 consists of a simple flat adapter plate drilled throughout its thickness, the grid of openings allowing the passage of cooling water and at the same time carrying out the filtration and retention of splinters and chips the size of which is larger than a certain limit determined by the openings provided.

Das untere Ansatzstück nach der Erfindung weist eine Adapterplatte auf, die mit Rippen versehen ist und deren Durchgangslöcher für das Wasser und zur Filtrierung der Splitter bzw. Späne in einer besonderen Anordnung plaziert sind, wie mit Bezug auf die Fig. 2, 3 und 3' erläutert wird.The lower attachment according to the invention has an adapter plate which is provided with ribs and whose through holes for the water and for filtering the splinters or chips are placed in a special arrangement, as explained with reference to Figs. 2, 3 and 3'.

Die Adapterplatte 11 des unteren Ansatzstücks 10 nach der Erfindung weist eine obere Fläche 11a und eine unteren Fläche 11b auf, die eben und parallel zueinander sind und den ebenen Bereich der Adapterplatte 11 eingrenzen und eine Gruppe von Verstärkungsrippen 12, die senkrecht zu den Seiten 11a und 11b der Adapterplatte 11 sind und bezüglich der unteren Fläche 11b der Adapterplatte vorstehen.The adapter plate 11 of the lower extension piece 10 according to the invention has an upper surface 11a and a lower surface 11b which are flat and parallel to each other and delimit the flat region of the adapter plate 11 and a group of reinforcing ribs 12 which are perpendicular to the sides 11a and 11b of the adapter plate 11 and protrude with respect to the lower surface 11b of the adapter plate.

Die Gesamtheit der Adapterplatte 11, bestehend aus dem ebenen Teil, begrenzt durch die Flächen 11a und 11b und die Rippen 12, ist aus einem einzigen Stück hergestellt, beispielsweise durch Gießen und spanender Bearbeitung eines Stücks aus nichtrostendem Stahl.The entire adapter plate 11, consisting of the flat part delimited by the surfaces 11a and 11b and the ribs 12, is made from a single piece, for example by casting and machining a piece of stainless steel.

Der Stahl oder die Legierung, der gegossen wird, hat vorzugsweise eine der folgenden Zusammensetzungen:The steel or alloy being cast preferably has one of the following compositions:

- Stahl A286 (Z3CNDTV25-15): C < 0,08, Ni 24 bis 27, Cr 13,5 bis 16, Mo 1,00 bis 1,50, Ti 1,90 bis 2,35, Al < 0,35, U 0,10 bis 0,5, Mn < 2,00, Si < 1,00, wobei der Rest aus Eisen besteht.- Steel A286 (Z3CNDTV25-15): C < 0.08, Ni 24 to 27, Cr 13.5 to 16, Mo 1.00 to 1.50, Ti 1.90 to 2.35, Al < 0.35, U 0.10 to 0.5, Mn < 2.00, Si < 1.00, the balance being iron.

- Stahl A151-304 (Z2CN18-10): C < 0,03, Si < 1,20, Mo < 1,50, Cr 17 bis 20, Ni 8 bis 12.- Steel A151-304 (Z2CN18-10): C < 0.03, Si < 1.20, Mo < 1.50, Cr 17 to 20, Ni 8 to 12.

- Inconel 718 (NC19FeNb).- Inconel 718 (NC19FeNb).

Die Adapterplatte könnte ebenfalls ausgehend von zwei zusammengeschweißten Teilen gefertigt werden, wie weiter unten mit Bezug auf die Fig. 3A beschrieben wird, die eine besondere Ausführungsform zeigt.The adapter plate could also be made from two parts welded together, as described below with reference to Fig. 3A, which shows a particular embodiment.

Die Rippen 12 sind nach einem Gitter verteilt, dessen meiste Maschen quadratisch oder rechtwinklig sind und zwischen sich und mit den Seitenwänden 14 des Ansatzstücks nach unten offene Zellen 13 eingrenzen, d.h. in Richtung des Kühlwassers, welches in die Brennelementkassette eindringt.The ribs 12 are distributed according to a grid, most of the meshes of which are square or rectangular and define between them and the side walls 14 of the extension, cells 13 open downwards, i.e. in the direction of the cooling water penetrating into the fuel assembly.

Die Rippen 12 grenzen ebenfalls Bereiche 15 des ebenen Teils der Adapterplatte 11 ein, die im allgemeinen eine quadratische oder rechtwinklige Form haben und den größten Teil der Oberfläche der Adapterplatte einnehmen. In den Zonen 15 des ebenen Teils der Adapterplatte ist ein Gitter von Durchgangsöffnungen 16 durchstoßen, die auf der inneren Fläche 11b der Adapterplatte zwischen den Rippen 12 münden und die gesamte Oberfläche der Bereiche 15 zwischen den Rippen 12 einnehmen.The ribs 12 also delimit areas 15 of the flat part of the adapter plate 11, which generally have a square or rectangular shape and occupy most of the surface of the adapter plate. In the zones 15 of the flat part of the adapter plate, a grid of through holes 16 is pierced, which open onto the inner surface 11b of the adapter plate between the ribs 12 and occupy the entire surface of the areas 15 between the ribs 12.

Die Öffnungen 16 werden durch Bohren des ebenen Teils der Platte 11 zwischen den Flächen 11a und 11b hergestellt. Die Öffnungen 16 sind alle im wesentlichen identisch und von quadratischer Form und weisen eine Größe auf derart, daß die Diagonale der Quadrate im wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner ist als die minimale Größe der vom Kühlfluid mitgerissenen Partikel, deren Rückhaltung man durch das Ansatzstück 10 sicherstellen möchte, um zu verhindern, daß diese Partikel sich in den Räumen zwischen den Brennstäben und den Halteelementen des ersten Beabstandungsgitters verklemmen.The openings 16 are made by drilling the flat part of the plate 11 between the surfaces 11a and 11b. The openings 16 are all substantially identical and of square shape and are sized such that the diagonal of the squares is substantially equal to or slightly smaller than the minimum size of the particles entrained by the cooling fluid, which it is desired to retain by the end piece 10 in order to prevent these particles from becoming trapped in the spaces between the fuel rods and the retaining elements of the first spacing grid.

Die minimale Größe dieser Späne bzw. Splitter und somit die Größe der Öffnungen 16 ist durch die Größe der Zwischenräume, die zwischen den Brennstäben und den Führungselementen des ersten Zwischengitters bestehen, vorgegeben.The minimum size of these chips or splinters and thus the size of the openings 16 is determined by the size of the gaps that exist between the fuel rods and the guide elements of the first intermediate grid.

Die Öffnungen 16 der Adapterplatte sind ebenfalls dergestalt, daß die Adapterplatte das Rückhalten der Brennstäbe in dem Fall gewährleisten kann, daß ein Brennstab abrutscht oder unter Bestrahlung größer wird. Die Brennstäbe ruhen somit auf der Adapterplatte des Ansatzstücks derart, daßThe openings 16 of the adapter plate are also such that the adapter plate can ensure the retention of the fuel rods in the event that a fuel rod slips off or becomes larger during irradiation. The fuel rods thus rest on the adapter plate of the extension piece in such a way that

das Kühlfluid noch zirkulieren kann, um die Abkühlung der Brennstäbe zu gewährleisten.the cooling fluid can still circulate to ensure the cooling of the fuel rods.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, kann vorzugsweise in der Nähe eines Führungsrohrs 18a ein Teil der Öffnungen 16 unterschiedliche Formen im Querschnitt annehmen derart, daß sie sich an die Form der Zellen 13 in der Nähe der Führungsrohre anpassen und maximal den Druckverlust während der Kühlfluidzirkulation der Brennelementkassette verringern.As can be seen in Fig. 2, preferably in the vicinity of a guide tube 18a, a part of the openings 16 can assume different shapes in cross section such that they adapt to the shape of the cells 13 in the vicinity of the guide tubes and maximally reduce the pressure loss during the cooling fluid circulation of the fuel assembly.

Diese Öffnungen können insbesondere quadratischer Form 16a, rechteckiger Form 16b, dreieckiger Form 16c oder trapezförmig 16d sein. Somit wird die "Transparenz" der Adapterplatte, die von Kühlwasser durchquert wird, gesteigert.These openings can in particular be square in shape 16a, rectangular in shape 16b, triangular in shape 16c or trapezoidal in shape 16d. This increases the "transparency" of the adapter plate, through which cooling water passes.

Im Inneren der Zellen weisen die Öffnungen 16 im allgemeinen eine quadratische Form auf, derart, daß der größte Teil der Öffnungen 16, der die Adapterplatte durchquert, aus quadratischen Öffnungen besteht, die in einem Gitter mit quadratischen Maschen angeordnet sind.Inside the cells, the openings 16 are generally square in shape, such that the majority of the openings 16 passing through the adapter plate consist of square openings arranged in a grid with square meshes.

Bei Brennelementkassetten für klassische Druckwasserkernreaktoren weist das erfindungsgemäße untere Ansatzstück einen ebenen Teil auf mit einer Dicke von einigen Millimetern, beispielsweise der Größenordnung 5 mm. Die Rippen 12 weisen eine Breite auf, die ebenfalls größenordnungsmäßig einige Millimeter, beispielsweise 5 mm betragen kann, eine Länge von einigen Zentimetern und eine Höhe in Richtung senkrecht zu den ebenen Flächen der Adapterplatte zwischen 15 und 3 0 mm.In fuel element assemblies for conventional pressurized water nuclear reactors, the lower extension piece according to the invention has a flat part with a thickness of a few millimeters, for example of the order of 5 mm. The ribs 12 have a width which can also be of the order of a few millimeters, for example of 5 mm, a length of a few centimeters and a height in the direction perpendicular to the flat surfaces of the adapter plate of between 15 and 30 mm.

Die Öffnungen 16, die den ebenen Bereich der Adapterplatte durchqueren, haben in der Mehrzahl einen quadratischen Querschnitt, wobei die Seitenlänge einige Millimeter be-The majority of the openings 16 that pass through the flat area of the adapter plate have a square cross-section, with the side length being a few millimetres.

trägt. Die Öffnungen, die in der Nähe von Führungsrohren {siehe Fig. 2A) und entlang der Ränder der Zellen 13 angeordnet sind, können von der quadratischen Form unterschiedliche Formen aufweisen, um am besten die Form der Zellen einzunehmen.The openings located near guide tubes (see Fig. 2A) and along the edges of the cells 13 may have shapes other than square in order to best follow the shape of the cells.

Die Öffnungen 16 sind, wie in Fig. 2 zu sehen, in Gruppen zusammengefaßt, deren Gesamtform die Bereiche 15 der Adapterplatte belegen, wobei die Bereiche quadratische, rechtwinklige oder leichte Abweichungen dieser einfachen Formen haben.The openings 16 are, as can be seen in Fig. 2, grouped together, the overall shape of which occupies the areas 15 of the adapter plate, the areas having square, rectangular or slight deviations from these simple shapes.

Die in das Material der Adapterplatte eingearbeiteten Öffnungen 16 sind voneinander durch schmale Wandungen getrennt .The openings 16 incorporated into the material of the adapter plate are separated from each other by narrow walls.

Die Öffnungen 16 werden im allgemeinen hergestellt durch Bohren der Platte, indem beispielsweise ein schneidender Wasserstrahl mit sehr hohem Druck (einige Tausend bar) verwendet wird. Dieses Wasser ist mit abrasiven Partikeln {z.B. aus Korund) versetzt. Ein solches Bohrverfahren und Vorrichtungen zu deren Ausführung sind bekannt. Mit einer numerisch gesteuerten Bohrmaschine kann man die Bohrung einer Platte einer Gitteranordnung wie in Fig. 2 gezeigt durchführen, welche mehrere Tausend Löcher aufweist. Eine solche automatisierte Bohrung kann in einigen Stunden realisiert werden.The openings 16 are generally made by drilling the plate, for example using a cutting water jet at very high pressure (several thousand bars). This water is mixed with abrasive particles (e.g. corundum). Such a drilling process and devices for carrying it out are known. Using a numerically controlled drilling machine, it is possible to drill a plate of a grid arrangement as shown in Fig. 2, which has several thousand holes. Such automated drilling can be carried out in a few hours.

Es ist klar, daß Gitter verschiedener Formen durch das gleiche Verfahren realisiert werden können und daß andere bekannte Bohrverfahren z.B. mittels Laserstrahlen ebenfalls angewandt werden können ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu sprengen.It is clear that grids of different shapes can be realized by the same method and that other known drilling methods, e.g. by means of laser beams, can also be used without going beyond the scope of the present invention.

Die Rippen 12 sind so angeordnet, daß die Lage der Knoten der Lage der Führungsrohre 18 der Brennelementkassette entspricht, welche in Löchern befestigt sind, die in die Adapterplatte an der Stelle der Knoten 17 des Gitters der Rippen 12 gebohrt sind, d.h. in den Kreuzungsbereichen der Rippen, wo die Metallstärke relativ groß ist. Die Steifigkeit und die Widerstandsfähigkeit der Adapterplatte sind somit auf einem vollkommen ausreichenden Wert gehalten trotz der notwendigen Bohrung für die Befestigung der Führungsrohre .The ribs 12 are arranged so that the position of the nodes corresponds to the position of the guide tubes 18 of the fuel assembly, which are fixed in holes drilled in the adapter plate at the location of the nodes 17 of the lattice of the ribs 12, i.e. in the crossing areas of the ribs, where the metal thickness is relatively large. The rigidity and the strength of the adapter plate are thus kept at a completely sufficient value despite the necessary drilling for the attachment of the guide tubes.

Die Rippen 12 haben als wesentliche Rolle eine ausreichende Steifigkeit der Adapterplatte zu sichern, obwohl der ebene Teil dieser Adapterplatte relativ dünn und über einen sehr großen Teil seiner Oberfläche durchbohrt ist.The ribs 12 have the essential role of ensuring sufficient rigidity of the adapter plate, although the flat part of this adapter plate is relatively thin and perforated over a very large part of its surface.

Die Rippen gewährleisten ebenfalls die Führung des Kühlmittels der Brennelementkassette zu den Bereichen 15 in denen die Filtration des Fluids erfolgt.The ribs also ensure that the coolant of the fuel assembly is guided to the areas 15 in which the fluid is filtered.

Die Trägerfüße des Ansatzstücks, mit denen die Brennelementkassette auf der unteren Platte des Reaktorkerns ruht, sind in den Ecken der Adapterplatte angeordnet, wie im Fall der Ansatzstücke nach dem Stand der Technik. Diese Trägerfüße sind in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellt.The support feet of the adapter, by which the fuel assembly rests on the lower plate of the reactor core, are arranged in the corners of the adapter plate, as in the case of the prior art adapters. These support feet are not shown in Figs. 2 and 3.

Die quadratische Form der Öffnungen 16 und ihre Gitteranordnung in Form von Gruppen, die die Oberfläche der Bereiche 15 einnehmen, erlauben es die Transparenz der Adapterplatte zu erhöhen, d.h. das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Öffnungen 16 und der Gesamtoberfläche der Adapterplatte.The square shape of the openings 16 and their lattice arrangement in the form of groups occupying the surface of the areas 15 make it possible to increase the transparency of the adapter plate, i.e. the ratio between the total area of the openings 16 and the total surface of the adapter plate.

Geeignete Formen für die Öffnungen in der Nähe der Ränder der Zellen 13 erlauben es die Transparenz weiter zu steigern. Suitable shapes for the openings near the edges of the cells 13 allow the transparency to be further increased.

Mit einer Anordnung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, kann eine Transparenz der Größenordnung 50 % erzielt werden und somit ein Druckverlustkoeffizient, der sehr viel kleiner ist als nach dem Stand der Technik.With an arrangement as shown in Fig. 2, a transparency of the order of 50% can be achieved and thus a pressure loss coefficient that is much smaller than that of the state of the art.

Es ist daher klar, daß das Ansatzstück nach der Erfindung einen beträchtlichen Vorteil gegenüber einem Ansatzstück nach dem Stand der Technik aufweist, in denen kreisrunde Öffnungen gebohrt sind, die in einer Gitteranordnung verteilt angeordnet sind.It is therefore clear that the extension piece according to the invention has a considerable advantage over an extension piece according to the prior art in which circular openings are drilled which are distributed in a grid arrangement.

Das Ansatzstück nach der Erfindung weist somit gleichzeitig eine sehr gute Steifigkeit, eine sehr große mechanische Widerstandsfähigkeit und eine große Transparenz gegenüber Kühlfluiden auf. Die große Transparenz des unteren Ansatzstücks erlaubt es den Wärmeaustausch an den Brennstäben durch eine bessere Zirkulation des Kühlwassers zu erhöhen und folglich den Wirkungsgrad des Reaktors zu erhöhen.The extension according to the invention thus has very good rigidity, very high mechanical resistance and high transparency to cooling fluids. The high transparency of the lower extension allows the heat exchange on the fuel rods to be increased by better circulation of the cooling water and consequently the efficiency of the reactor to be increased.

Wie in den Fig. 3A und 3 &Aacgr; gezeigt ist, kann das Ansatzstück nach der Erfindung nicht nur einstückig durch Bearbeitung eines gegossenen Teils oder einer dicken bearbeiteten Platte (wie im Fall der Fig. 2 und 3) hergestellt werden, sondern auch indem eine ebene Adapterplatte 21 auf einem Aufbau 20 angebracht wird, die aus Wänden 22 besteht, die ein Gitter von Zellen 23 eingrenzen und wobei die ebene Platte durch Verschweißen (beispielsweise Laserschweißen) nach den Schweißlinien 24 befestigt wird. Die Wandung 22 besteht somit aus Verstärkungsrippen der Adapterplatte.As shown in Figures 3A and 3B, the end piece according to the invention can be manufactured not only in one piece by machining a cast part or a thick machined plate (as in the case of Figures 2 and 3), but also by mounting a flat adapter plate 21 on a structure 20 consisting of walls 22 delimiting a grid of cells 23 and fixing the flat plate by welding (for example laser welding) along the welding lines 24. The wall 22 thus consists of reinforcing ribs of the adapter plate.

Die ebene Adapterplatte 21 und der mit Rippen 20 versehene Aufbau können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, je nach den gewünschten Eigenschaften.The flat adapter plate 21 and the structure provided with ribs 20 can consist of different materials, depending on the desired properties.

In diesem Fall wird das Bohren der hinzugefügten Platte 21 erleichtert und die Öffnungen 26 mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt, die in jeder der Zellen 25 angefertigt sind, können so bearbeitet werden, daß sie einen erweiterten Querschnitt im unteren Bereich der Platte aufweisen, der in Richtung auf die obere Oberfläche der Adapterplatte geringer wird, um die Größen der geraden Öffnungen, wie sie in Fig. 3 und 3' gezeigt sind, zu erreichen.In this case, drilling of the added plate 21 is facilitated and the openings 26 of substantially square cross-section made in each of the cells 25 can be machined to have an enlarged cross-section in the lower part of the plate, which decreases towards the upper surface of the adapter plate, in order to achieve the sizes of the straight openings as shown in Figs. 3 and 3'.

Diese Öffnungen mit vergrößertem Querschnitt auf der unteren Seite der Adapterplatte ermöglichen es den Durchsatz durch das Ansatzstück zu vergrößern und den Wärmetausch zu steigern, ohne die Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit des Ansatzstücks zu verringern bei gleichzeitiger Gewährleistung eines effektiven Zurückhaltens der Brennstäbe, wenn diese abrutschen.These openings with an enlarged cross-section on the lower side of the adapter plate make it possible to increase the flow through the extension and increase the heat exchange without reducing the rigidity and strength of the extension, while ensuring effective retention of the fuel rods if they slip off.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.The invention is not limited to the described embodiment.

Somit können Bereiche 15 vorgesehen werden, in denen die Adapterplatte mit einem Gitter von quadratischen Öffnungen durchbohrt ist, wobei der Bereich eine andere Form hat als die Formen, die in Fig. 2 gezeigt sind. Die Form dieser Bereiche hängt insbesondere von der Anordnung der Führungsrohre der Brennelementkassette ab. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung entspricht einer Brennelementkassette für Druckwasserkernreaktoren, die vierundzwanzig Führungsrohre und ein Instrumentierungsrohr aufweist. Die VersteifungsrippenThus, regions 15 can be provided in which the adapter plate is pierced with a grid of square openings, the region having a different shape than the shapes shown in Fig. 2. The shape of these regions depends in particular on the arrangement of the guide tubes of the fuel assembly. The arrangement shown in Fig. 2 corresponds to a fuel assembly for pressurized water nuclear reactors, which has twenty-four guide tubes and an instrumentation tube. The stiffening ribs

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können unterschiedliche Formen und Abmessungen wie die angezeigten haben.may have different shapes and dimensions than those shown.

Schließlich findet die Erfindung nicht nur eine Anwendung bei Brennelementkassetten für Druckwasserkernreaktoren, sondern ebenfalls bei anderen mit leichtem Wasser gekühlten Reaktoren.Finally, the invention is not only used in fuel assemblies for pressurized water nuclear reactors, but also in other reactors cooled with light water.

Claims

EXPECTATIONS

1. Lower attachment with reduced pressure loss of a fuel assembly for water-cooled nuclear reactors, comprising a transversely arranged adapter plate (11) having an upper surface (Ha) and a lower surface (lib) which are parallel to one another and perforated so as to allow the passage of the cooling water of the assembly and to collect chips or chips carried by the cooling water, characterized in that the adapter plate (11) has ribs (12) which ensure its mechanical support approximately perpendicular to its surfaces (11a, Hb), the ribs projecting on their lower surface (lib) and delimiting cells (13) and areas (15) of the lower surface (lib) of the adapter plate, into each of which opens a group of through holes (16) with a substantially rectangular cross-section arranged on a grid.

2. Lower attachment piece according to claim 1, characterized in that

the ribs (12) are arranged on a square or rectangular grid such that the cells (13) and the areas (15) in which the openings (16) are arranged have a square or rectangular shape.

62-BE95/63-CMWa

3. End piece according to claim 2, characterized in that the grid of reinforcing ribs (12) has crossing points (17) at the location of which openings are provided for fastening guide tubes (18) of the fuel assembly.

4. Attachment according to one of claims 1 to 3, characterized in that the through-openings (16a, 16b, 16c, 16d) passing through the adapter plate (11) in the vicinity of the ribs (12) which represent the area boundaries (15) have at least one of the following geometric shapes: rectangular, triangular, trapezoidal.

5. Attachment according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is cast and machined from a single piece of stainless steel or a nickel alloy.

6. Attachment according to claim 5, characterized in that it is made of one of the following materials: steel A286 (Z3CNDTV25-15), steel A151-304 (Z2CN18-10), nickel alloy (NC19FeNb).

7. An attachment according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it consists of a flat plate (21) provided with through holes (26) and fixed by welding to a structure (20) having walls (22) delimiting the cells (23) and intended to form the ribs of the adapter plate.

· S

»18

8. An attachment according to claim 7, characterized in that the openings (26) of the flat plate (21) have an enlarged cross-section on the underside (21b) of the adapter plate (21), which decreases in the direction of the upper surface (21a).

9. Attachment according to one of claims 7 and 8, characterized in that the flat plate (21) and the structure (20) consist of different materials.