DK143924B - Moetrikplade til atomreaktorbraendselselement - Google Patents

Description

(19) DANMARK (W

, \r&>

^ ('«FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 143924 B

Dl REKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 214^/76 (51) IntCI.3 8 21 C 3/30 (22) Indleveringsdag 13· niaj 1976 (24) Løbedag 13· maj 1976 (41) Aim. tilgængelig 2. feb. 1977 (44) Fremlagt 2β. akt. 1 981 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 1. aug. 1975* 601000, US

(71) Ansøger THE BABCOCK & WILCOX COMPANY, New York, US.

(72) Opfinder Lewis A. Walton, US.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Budde, Seixou & Co.

(54) Møtrikplade til atomreaktorbrænd= selselement.

Den foreliggende opfindelse angår en møtrikplade til atomreaktorbrændselselementer og af den i kravets indledning nævnte art.

Med henblik på frembringelse af energi anbringes en uranladning inden i kernen i en atomreaktor, sædvanligvis i form af QQ urandioxidtabletter eller -pellets, som er fyldt i metalrør el- ^ ler brændselsstave. Grupper af sådanne brændselsstave samles til T) brændselselementer, i hvilke brændselselementstrukturen understøt- ^ ter stavene eller stængerne og opretholder en passende indbyrdes afstand mellem disse stave med henblik på at muliggøre, at trykvand 3 143924 2 eller et andet egnet Kølemiddel kan strømme forbi stængerne og fra disse optage den varme, der frembringes ved de kerneprocesser, som forekommer i uranen.

Eftersom brændselsstavene sædvanligvis understøttes lodret, dvs. med rørenes centerakser vinkelret på jordens overflade, er rørenderne anbragt mellem "øvre" og "nedre" endesamlinger.

Ved nogle arter brændselselementer understøtter disse endesamlinger de tilknyttede brændselsstave ved at tilbageholde disse mellem de to samlinger. Der har været foreslået et antal forskellige måder til forening af endesamlingerne til et sammenhængende brændselselement. Typisk har elementer, som strækker sig ud over brændselselementets længde, gevindforsynede ender, som rager ud gennem endesamlingerne. Specielle møtrikker fastspændes på de gevindforsynede ender og forener på denne måde endesamlingerne med henblik på afbalancering af brændselselementstrukturen.

Som følge af de dynamiske kræfter, som karakteriserer kølemidlet, der strømmer gennem brændselselementet, varmeudvidel-se og -sammentrækning og lignende forhold foreligger der en reel mulighed for, at én eller flere af disse møtrikker kan arbejde sig løs og falde af brændselselementet, hvorved den svækker brændselselementet og eventuelt beskadiger reaktorsystemet. Por at forhindre, at dette sker, har det været foreslået at svejse møtrikkerne til endesamlingen med henblik på at sikre, at møtrikkerne ikke løsner sig fra den gevindforsynede ende af det element, hvormed de er forbundet.

Det kan ikke desto mindre blive nødvendigt at fjerne disse møtrikker med henblik på at adskille brændselselementerne af forskellige grunde, f.eks. forkert placering af brændselsstave, inspicering og udskiftning. Det er ofte nødvendigt at afskrue møtrikkerne ved hjælp af fjernbetjent udstyr på grund af de radioaktive omgivelser. Under disse omstændigheder forøges vanskelighederne og omkostningerne ved adskillelse og samling af brændsels-elementer ved disse konstruktioner, ved hvilke hver møtrik må behandles særskilt.

Der foreligger følgelig et behov for at tilvejebringe midler til fastgørelse af enderne af de elementer, som rager frem gennem endesamlingerne, uden risiko for, at der forekommer afbrækkede eller løse dele inden i reaktorsysternet.

143924 3

Formålet for den foreliggende opfindelse er at tilfredsstille dette behov og tilvejebringe en møtrikplade af den omhandlede art, i hvilken møtrikkerne fastholdes sikkert i låsebøsningerne, selv om de afskrues fra brændselselementets endedele eller selv løsner sig fra disse.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved det i kravets kendetegnende del angivne.

Under samling af brændselselementet bevæges den øvre overflade af jerngitteret i retning mod den nedre overflade af den nedre endesamling, idet jerngitteret orienteres således, at knudepunkts åbningerne ligger ud for de gevindforsynede ender af de elementer, som rager ud under den nedre overflade af endesamlingen.

Under disse omstændigheder bringes de enkelte møtrikker inden i låsebøsningerne i indgreb med gevindene på de tilsvarende, fremstående elementer og fastspændes med et passende moment med henblik på forening af endesamlingerne med brændselselementstrukturen.

De færdigt fastspændte møtrikker fastholdes derpå på plads ved deformation af de nederste ender af låsebøsningerne med henblik på blokering af møtrikkerne og på at forhindre dem i at arbejde sig løs eller skrue sig af.

For at adskille brændselselementet afskrues møtrikkerne inden i låsebøsningerne af de tilsvarende, fremstående elementer.

Under denne afskruning presser møtrikkerne i almindelighed deformationerne i låsebøsningerne ud, og de i retning indad fremstående holdeorganer i låsebøsningerne forhindrer møtrikkerne i at falde ud af bøsningerne, når deformationerne i disse er fjernet.

Opfindelsen forhindrer således i almindelighed afbrækkede møtrikker og fremstående elementer såvel scan ikke påskruede møtrikker i at falde af fra den nedre endesamling, idet de omgivende låsebøsninger er fastgjort til jerngitteret og "fanger" de løse eller afbrækkede dele.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere, idet der henvises til tegningen, der gengiver en foretrukken udførelsesform for opfindelsen, og på hvilken

14392A

4 fig. 1 viser set fra siden og til dels i snit en del af et brændselselement til en atomreaktor, hvor der er anvendt en møtrikplade ifølge opfindelsen, fig. 2 set nedefra en møtrikpladeenhed, der er egnet til anvendelse i det i fig. 1 viste brændselselement, fig. 3 den i fig. 2 viste møtrikpladeenhed set fra siden og delvis i snit, fig. 4 set fra siden en låsebøsning, som kan anvendes ved den i fig. 2 og 3 viste møtrikpladeenhed, og fig. 5 set fra siden en typisk møtrik til brug i forbindelse med opfindelsen.

Med henblik på en mere fuldstændig forståelse af opfindelsen skal der henvises til tegningens fig. 1. Som vist heri afsluttes et parallelt arrangement af brændselsstænger 10 i et tværgående plan, som ligger i umiddelbar nærhed af en endesamling 11.

For at forenkle beskrivelsen vil den viste endesamling 11 (der i fig. 1 er vist i omvendt stilling) i det følgende blive betegnet som en "nedre" endesamling (dvs. bundsamlingen eller den nederste samling i et brændselselement, i hvilket længdeakserne af brændselsstængerne 10 er anbragt lodret eller vinkelret på det vandrette plan). Opfindelsens principper er ikke desto mindre lige så vel anvendelige ved en endesamling, der har en hvilken som helst ønsket orientering i forhold til vandret. Det vil således forstås, at opfindelsen inden for de i det efterstående krav angivne rammer kan anvendes i forbindelse med en endesamling, som danner en hvilken som helst vinkel med vandret eller et andet, udvalgt referenceplan.

Nærmere beskrevet har den i fig. 1 viste endesamling 11 et langs omkredsen forløbende bånd 12, som omgiver omkredsen af en tyk plade 13. Pladen 13 er anbragt i et plan, der er vinkelret på længdeakserne af brændselsstavene 10. Skønt det ikke er vist på tegningen, er pladen 13 af en forholdsvis åben konstruktion med et antal åbninger eller kanaler for at muliggøre, at kølemiddel, som strømmer i den ved en pil 14 angivne retning, kan passere på en forholdsvis uhindret måde gennem endesamlingen 11 og trænge ind i bundtet af brændselsstænger med henblik på at optage varme fra stængerne 10.

14392A

5

Som anført er der fordelt langsgående elementer inden i bundtet af brændselsstave. Disse elementer, som kan udgøre en del af en styrerørenhed for kontrolstænger, og hvoraf en del er vist som et rør eller en afstandsbøsning 15, ligger an imod den ene side af pladen 13 i endesamlingen 11. Som vist rummer røret 15 en i almindelighed tynd og massiv, cylindrisk bolt 16, som er anbragt inden i røret 15's hule indre og rager frem fra den i anlæg værende ende af røret 15. En endedel 17 af bolten 16, som rager frem fra røret 15, er tilstrækkelig lang til at strække sig gennem en åbning 20, der er udformet i pladen 13, således at den fremviser en gevindforsynet tap 21 på den side af pladen 13, som vender bort fra brændselsstavene 10. Det skal bemærkes, at den indvendige diameter af røret 15 er større end diameteren af åbningen 20 med henblik på at muliggøre, at den åbne ende af røret 15 ligger an imod den herpå vinkelrette overflade af pladen 13. En feder 22 er befæstet inden i åbningen 20 med henblik på at ligge an mod en i længderetningen anbragt, plan overflade 23, som er udformet i endedelen 17 af bolten 16.

Endedelen 17 rager ligeledes gennem en møtrikplade 24, som er udformet på den overflade af pladen 13, der ikke er i berøring med styrerøret 15. Møtrikpladen 24 er i hovedsagen vinkelret på den fælles længdeakse af styrerøret 15 og den tilknyttede bolt 16. Møtrikpladen 24 er endvidere ligeledes parallel med de overflader på pladen 13, som er vinkelrette på længdeaksen for styrerøret 15. Som vist i fig. 2 omfatter møtrikpladen 24 et i hovedsagen rektangulært gitterværk eller jerngitter af forbindelseselementer 26, som skærer hinanden (fig. 3) således, at der dannes knudepunkter 27. Hvert af disse knudepunkter 27 har en centralt anbragt åbning 30, der er tilstrækkelig stor til at tillade, at endedelen 17 (fig. 1) af bolten 16 rager frem derigennem. Placeringen af knudepunkterne i gitteret i forhold til hinanden svarer endvidere til den indbyrdes anbringelse af endedelene 17, som rager frem fra brændselselementet. Møtrikker 31 er som vist i fig. 2 og 3 indesluttet i hver sin låsebøsning 32, som befæster disse møtrikker 31 til de tilsvarende knudepunkter 27 på møtrikpladen 24's gitterværk.

Fig. 4 viser en typisk låsebøsning 32 af de i fig. 3 viste. Låsebøsningen 32 er en hul metalcylinder, som har en cy- 6 163924 lindrisk, udskåret del 33 ved den ende, som skal forenes med møtrikpladen 24's gitterværk som vist i fig. 3. Den særlige facon af den udskårne del 33 kan varieres med henblik på tilpasning til vinkelforholdet mellem de forbindelseselementer 26 (fig. 3), som danner det pågældende knudepunkt 27, til hvilket låsebøsningen 32 fastgøres ved slaglodning eller på lignende måde.

I fig. 4 er endvidere vist et arrangement af flige 34, som er udpræget eller udstanset i siden af låsebøsningen 32.

Fligene 34 er endvidere udformet i den del af bøsningen, som befinder sig i afstand fra den udskårne del 33.

Fig. 5 viser en typisk møtrik 31, som er beregnet til anbringelse i en af låsebøsningerne 32. Den ydre overflade af den i fig. 5 viste møtrik fremtræder i almindelighed som en spole, i hvilken en flange 35 ved den ene tværende ligger over for en ufuldstændig eller afbrudt flange ved den modstående tværende af møtrikken 31. Den afbrudte flange 36, som danner møtrikken 31's hoved, har en større udstrækning i længderetningen end flangen 35, og flangen 36 flugter med møtrikkens tværende og har en affasning 37, som forbinder flangen 36 med en halsdel 40 i midterpartiet af møtrikken 31. Flangen 36 er endvidere afbrudt af to riller, hvoraf kun rillen 41 er synlig i fig. 5. Yderligere en rille eller kærv 42 er udformet i hovedet af møtrikken 31 med henblik på at frembyde et sikkert indgreb for et anbringelsesværktøj . Der er naturligvis et gevindforsynet midterhul 43 inden i møtrikken 31, som er centreret i forhold til møtrikken 31's længdeakse.

En typisk samling af en møtrik og en låsebøsning på den af møtrikpladen 24 dannede ramme er vist i fig. 3. Møtrikken 31 er således løst anbragt inden i låsebøsningen 32, idet de ydre diametre af flangerne 35 og 36 er væsentlig mindre end den indvendige diameter af låsebøsningen 32. Møtrikken 31 tilbageholdes inden i låsebøsningen 32 uanset orienteringen af møtrikpladen 24 i forhold til vandret, fordi fligene 34 er blevet bøjet således, at de rager frem indad i retning mod møtrikken 31 og strækker sig ind i den reces, som er dannet af halsdelen 40 og flangerne 35 og 36. Det skal i denne forbindelse bemærkes, at længdeafstanden mellem de bøjede dele af fligene 34 og den overfor ligggende overflade af flangen 35 er tilstrækkelig stor 143924 7 til at muliggøre, at møtrikken 31 kan skrues helt fri af gevindtappen 21 (fig. 1). På denne måde gør kombinationen af flige og flange det muligt, at møtrikken kan tilbageholdes som en del af den som en enhed udformede møtrikpladestruktur på ethvert trin under samling og adskillelse af brændselselementer.

Ved anvendelsen centreres som vist i fig. 1 åbningen 30 i knudepunktet 27 på møtrikpladen 24 med en tilsvarende, gevindforsynet tap, som rager frem fra pladen 13. Møtrikpladen 24 trykkes imod pladen 13, og den gevindforsynede tap 21, som rager frem fra pladen 13, bringes til indgreb med det gevindforsynede midterhul 43 i møtrikken 31. Der indsættes et værktøj i kærven 42 i møtrikken 31, og møtrikken skrues på tappen 21. Federen 22 trykker endvidere mod den plane overflade 23 på endedelen 17 med henblik på at forhindre bolten såvel som røret 15 i at dreje sig med møtrikken 31 og derved modvirke bestræbelserne på at påskrue møtrikken på tappen 21. Sluttelig fastspændes møtrikken 31 med et acceptabelt, forud fastlagt moment med henblik på at forene pladen 13 med brændselselementstrukturen. Enden af låsebøsningen 32, som ligger i umiddelbar nærhed af rillerne 41, sammentrykkes eller deformeres i et vist omfang ved hjælp af det i fig. 6 viste værktøj, som det skal beskrives nærmere i det efterstående, med henblik på at ligge tæt an imod møtrikoverfladen og forhindre møtrikken 31 i at arbejde sig løs eller falde af fra møtrikpladen 24, hvis endedelen 17 skulle brække af.

For at fjerne møtrikken 31 fra den gevindforsynede tap 21 bringes det i fig. 6 viste værktøj igen til indgreb i kærven 42, og møtrikken skrues løs af tappen 21, idet flangen 36 trykker den sammenklemte eller deformerede, ikke viste del af låsebøsningen 32 tilbage i en facon, som nærmer sig den oprindelige, i fig. 4 viste. Efter at møtrikken 31 og de andre møtrikker, der ikke er vist i fig. 1, på møtrikenheden 24 er afskruet, kan møtrikenheden fjernes fra pladen 13 og opbevares som en enkelt enhed til senere anvendelse, uden at man risikerer at tabe nogen af møtrikkerne eller at en afbrækket, gevindforsynet tap 21 eller lignende falder af.

Eftersom møtrlkpladeenheden 24 udgør en sammenhængende enhed, både når den er fastskruet på, og når den er løsnet fra pladen 13 og de fremstående endedele 17 af boltene 16, er den 8 U3324 for den foreliggende opfindelse ejendommelige konstruktion specielt anvendelig, når der på grund af radioaktivitet må anvendes fjernbetjent udstyr til samling og adskillelse af et brændselselement.