SE433270B - Distanshallaranordning for brensleelementen i en brenslepatron i en kernreaktor - Google Patents

Description

UO °?8Û'?921°? UO2. vilka är staplade ände mot ände inom tunnväggiga rör och vilka är belastade med fjädrar inom fortsättningar av rören vid varje ände, varefter rören är förseglade med lock eller pluggar. Bränslestavar- nas beklädnad är gjord av ett material, såsom en zirkoniumlegering, som har god neutronekonomi, det vill säga litet infàngningstvärsnitt.

Varje bränslestav förmår överföra fissionsalstrat värme till ett cir- kulerande kylmedium, så länge som det innehåller fissionsprodukterna och bränslematerialet. Bränslestavarna måste-kunna motstå verkning- arna av termiska cykler, frigörande av fissionsgas till stavändarna, bränsleförtätning, sprickbildning och fasthakning av bränslekutsarna, mekaniska växelverkningar mellan kutsar och kapsling och förändringar av de mekaniska egenskaperna hos kapslingsmaterialet på grund av kor- rosion och strålning.

Beroende på läget avenrbränslepatron i kärnan används ett antal làngsträckta cylindriska styrrör, som är anordnade parallellt med bränslestavarna, omväxlande för att åstadkomma kontinuerlig höljes- styrning för styrstavar. axiella effektreglerande stavar, brännbara absorbatorstavar eller ihåliga stavar. Styrstavarna, som vanligen har större diameter än bränslestavarna, är utförda med tillräckligt inre spelrum för att tillåta ett kylmedium att flyta igenom dem i ändamål att begränsa arbetstemperaturen hos det absorbatormaterial som kan vara insatt däri, och för att tillåta inskjutning av stavar och ut- dragning av dem inuti styrrören i enlighet med fordringarna under al- la faser av reaktordriften.

Bränslestavarna och styrrören är stödda i kvadratiska ramar på bestämda intervall längs deras längd med hjälp av distanshållaranord- ningar, som bibehåller sidoavstånden mellan dessa komponenter. Dis- tanshållaranordningen består 1 allmänhet av ett flertal spårförsedda rektangulära gallerplattor, som är anordnade att korsas och samman- kopplas på ett ägglådsliknande sätt för att bilda celler. igenom vil- ka bränslestavarna och styrrören sträcker sig. Gallerplåtarna kan exempelvis vara av det slag som är visat i US patentskriften 3 665586.

De har där inskärningar som sträcker sig i huvudsak vinkelrätt mot längdaxeln hos bränslestavar i de celler som har bränslestavar, i än- damàl att hålla och stöda bränslestavarna.

Distanshållaranordnningarna svarar för den nödvändiga precisa del- ningen mellan bränslestavarna för att man skall kunna undvika neu- tronflödestoppar och områden med onormalt hög temperatur (heta stäl- len), där utbränning, det vill säga svår lokal skadegörelse på bräns- lestaven, skulle kunna uppkomma. Distanshållaranordningarna sörjer lf) ?O 40 Y 3 'zau7921-7 för den mekaniska stabilitet som är nödvändig för att man skall kunna förhindra formförändringar som annars skulle kunna förorsakas av flö- desinducerade vibrationer, tryokskillneder och termiska pàkänningar.

Antalet distanshállarnnordninger för att ge stöd åt bränsleelementen i kärnan måste dock balanseras mot det motverkande behovet att minime- ra àtgângen av konstruktionsmsterielet härför. vilket material bidrar till parasitisk absorption av neutroner. Kylmedlet som cirkulerar i mellanrummet mellan bränslestavarna måste vara tillräckligt för att avlägsna det fissionsalstrade värmet. Avståndet mellan bränslestevnr- nn är underkastat bestämda restriktioner. exempelvis får det vara ev storleksordningen cirka U mm. Utgàngsavvikelser från beräknade del- ningsavstånd, kapslingsexcentrieitet, ytråhet och kastningar påverkar märkbart fördelningen av kylmediets flöde omkring bränslestavarna och kan leda till lokala flödesbegränsningar i kylkanalerna, vilket kan ge upphov till förhöjd yttemperatur vid begränsningspunkten. Det är íärfñr synnerligen viktigt att distanshållarenordningen förblir sta- bil under bränslepatrones hele livstid. ïtt antal åtgärder her vidtagits 1 den kände tekniken for ett ne- gränse rörelsen ev distsnshàllaranordningen. Tidigare har sålunda till exempel diametern hos stvrrörets vägg avpassats för att svara mot vtan på omgivande hylsor, som är enbragta nära varje ände av gel- lerplattorne i distanshålleren. Detta har dock medffirt formfdränd- rín¿ av sfiyrrären och distansgnllren på grund av meteriwldregning vid formningssperationen, vilket för det första ger variationer i paral- lellismen hos dåstanshàllaranordningarna och för det andra åstadkom- mer bbjningar av bränsleelementen. Försök att begränsa rörelsen hos distenshàllaranordningarna genom svetsning av styrrören direkt vid gallerplattorn har även medfört att det blivit svårt att bibehålla parallelliteten.

En anordning för att hålla och bibehålla distanshállaranordning- erna på plats, utan tendens att förorsaka variationer i den relativa parallelliteten mellan flera sådana anordningar inom en bränslepat- ron och utan att förorsaka böjningar på bränslestavarna är därför högeligen önskvärd.

Uppfinningen ger en lösning på de angivna problemen och undviker de nämnda nackdelarna genom användning av de åtgärder som är redovi- sade i den kännetecknande delen av bifogade patentkrav 1 och av under- i kraven.

Medelst uppfinningen erhåller man en anordning som begränsar röre1~ sen av distenshàllaranordningarna i bränslepatronen. Distanshàllar- 'eïznji .«su~~~2' i « .- 40 789792? '-7 anordningarna består därvid av ett galler av spårförsedda rektangu- lära plattor, som är anordnade att korsas och att sammankopplas på ett ägglàdeliknande sätt med deras längsgående kanter vinkelräta mot axlarna av bränsleelementen och styrrören.

Varje styrrör är försett med ett antal genom svetsning eller dy- likt på bestämda avstånd i längdled fastsatta hylsor, vilka omger styrrören inom och i närheten av de cellöppningar i distanshållaran- ordningen, i vilka styrrören är insatta. Muffar med maskinbearbeta- de spår, utformade att mekaniskt låsa varje muff vid tillhörande cell i distanshållaranordningen, är anordnade för fixering i varje sådan cell. Hylsorna innehåller urtagningar på delar som skjuter ut förbi gallerplattorna. Vid sammansättningen omsluter därvid allmänt gal- lerplattornas muffar hylsdelarna pà styrrören. .

Styrrören är permanent fastsatta vid distanshállaranordningarna för att begränsa hállarrörelser genom inpressning av delar av muffar- na som ligger invid urtagningarna i hylsorna i urtagningarna i dessa.

Därigenom kommer styrrören att stadigt fixeras i distanshàllaranord- ningarna utan svetsning eller lödning och utan att på annat sätt form- förändra styrrören.

För att underlätta förståelsen av uppfinningen kommer denna och dess fördelar att närmare förklaras i anslutning till en föredragen utföringsform, vilken illustreras på bifogade ritningar.

På ritningarna visar fig. 1 en sidovy, delvis i genomskärning, av en bränslepatron, §ig¿_§ en förstorad planvy av en bränslepatron enligt fig. 1, utförd enligt uppfinningen. Fig. 3 visar en del av an- ordníngen enligt fig. 2 i ett snitt enligt linjen 3 - 3. Fig. 4 vi- sar i sidovy en hylsa enligt uppfinningen för ett styrrör, fig. 5 vi- sar motsvarande vy av en distanshàllarmuff enligt uppfinningen och figø 6 visar en modifikatíon av anordningen enligt fig. 3 med delar borttagna för tydlighets skull. Fig. 7 visar en förstorad detaljvy, i genomskärning, av en del av bränslepatronen enligt fig. 2. Fig. 8 är en skärning igenom fig. 5 längs linjen 8 - 8. Fig. 9 visar en alternativ vy enligt fig. 2 med ett antal bränsleelement, varvid styr- rören och styrrörshylsorna är utelämnade för tydlighets skull.

Fig. 1 visar en bränslepatron med längdaxeln 1 ett vertikalt plan, varvid bränslepatronen 10 är försedd med ett nedre änddon 11 och ett övre änddon 12 och har ett flertal lángsträckta oylindriska bränsleelement 13 och ihåliga cylindriska styrrör 14 och distanshál- laranordningar 15. Bränsleelementen 13 och styrrören 1% är 1 sidled fixerade och stödda i ett kvadratrutigt gitter av distanshållaranord- KI! 7807921 '-7 ningar 15. Ändarna av styrrören 14 är mekaniskt fixerade i det nedre och det övre änddonet 11, 12. _ Pig. 2 och 3 visar tydligare en del av bränslepatronen 10, bräns- leelementen 13 och ett styrrör 1ü ooh innefattar gallerglattor 19, 20, 21, 22 i ett distanshàllargitter, en styrrdrshylsa 23, en gallermuff Zb, anordnade i enlighet med en fñredragen utföringsform av uppfinning- en.

Gallerplattorna 19, 20, 21, 22 är spàrförsedda rektangulära ele- ment, allmänt av det slag som är visat i US patentskriften 3 665 536.

Såsom framgår av fig. 2 och 3 är plattorna försedda med utbuktningar och 26, det ena slaget, 25, avsett att vara fjädrande och det and- ra slaget, 26, avsett att vara styvt. Dessa utbuktningar skjuter ut från plattorna på jämna avstånd längs deras längd och bredd. När det gäller gallerplattorna 21 och 22 har dessa dessutom bàgformiga sadel- liknande partier 27 (fig. 9) på jämna avstånd längs de längsgående kanterna på gallerplattorna. Urtagningar 28 i plattorna tjänar som åtkomstöppningar för verktyg, något som ej utgör del av uppfinningen, fdr hopsättning och isärtagning av bränslepatronen och för att möjlig- görs den relativa fjädringen hos de fjädrande utbuktningarna, som lig- ger i plattdelarna mellan öppningarna.

Styrrörshylsor 23 enligt fig. R består av en ihålig cylindrisk kropp, som har ett flertal längs omkretsen anordnade urtagningar 31, vilka i längdled är åtskilda från motsvarande anordnade urtagningar 32.

Pig. 5 och 9 visar en cylindrisk gallermuff 24, vilken enligt det föredragna visade utförandet är försedd med fyra centralt place- rade spàrliknande urtagningar 33 med inbördes 900 förskjutning längs en omkrets och vid ändarna begränsade av delar 34 och 35.

Enligt vad som bäst framgår av fig. 9 är gallerplattorna 19, 20, 1 2 anordnade att ömsesidigt korsa varandra och att sammankopplas så att de bildar en ägglàdeliknande struktur med ett flertal celler 16, som vardera har fyra sidor, begränsade av gallerplattorna och in- nefattande en fjädrande utbuktning 25 eller en styv utbuktning 26, vilka skjuter in i cellen 16, varjämte dessutom en styrrörscell 30 visas. Styrrörsoellen 30 har fyra sidor, vilka är begränsade av delar av gallerplattorna 21, 22 med de sadelliknande delarna 27. I varje bränsleelementcell 16 skjuter en fjädrande utbuktning 25 in i en cell i rakt motsatt riktning mot en styv utbuktning 26, som skjuter in i samma cell från motsatt sida eller vägg i cellen.

En gallermuff Zh låses mekaniskt i distanshållaranordníngen 15 vedvezi-7 ¿ i varje cell 30 genom att man bringar angränsande gallerplattor 21, 22 att periferiellt inskjuta i spåren 33 (fig. 5). Enligt en före- dragen utföringsform (fig. 2 och 9) är diametern på muffen 24 sådan, att dess änddelar 34, 35 i längdled kommer att ligga i linje med kanten mellan de båda topparna pá den sadelliknande formade delen 27, vilken del är insatt i spåren 33 från gallerplattorna 21, 22.

Därigenom kommer varje_distanshållaranordning 15 att innefatta ett flertal mekaniskt inpassade och sinsemellan låsta plattor 19, 20, 21, 22 och muffar 24.

Såsom framgår av fig. 2 och 9 upptar varje cell 16 ett bränsle- element 13 och upptar cellen 30 ett styrrör 14. Utbuktningarna 25 och 26, som skjuter ut från gallerplattorna in i cellerna 16, stöder bränsleelementen. De bågformiga, sadelliknande delytorna på plat- torna 21 och 22 som begränsar cellen 30 kompletterar den cylindriska konturen av styrröret 14 i och för underlättande av placeringen av styrrören i cellen 30. En fjädrande utbuktning bildas allmänt in- riktad i längdled mitt för två styva utbuktningar på motsatta ytor av varje gallerplatta 19, 20, 21, 22. På de intervall, där de sadel- liknande ytorna 27 förekommer, bildas dock en fjädrande eller en styv utbuktning på den plattyta som ligger mitt för en yta 27, det vill säga mitt för styrgallercellerna.

Varje styrgallerhylsa 23 är koaxiellt anbragt över och vid 40 fastsvetsad vid styrrören 14, såsom visas särskilt i fig. 6. Fast- sättningen sker på i längdled avpassade intervall vid distanshållar- Styrrörshylsorna kommer sålunda att bilda integrera- de delar av styrrören. Varje hylsa 23 kommer i längdled att approxi- mativt centreras i en distanshållaranordning 15 när bränslepatronen anordningarna. är monterad.

För hopmonteringen centreras approximativt de delar av styrrören 14 som är försedda med styrrörshylsorna 23í(fig. 3) inom distanshàl- laranordningen, så att en del av varje hylsa 23 kommer att omges av en gallermuff 24. Såsom framgår av fig. 7 krympes därefter muffen 24 fast i de radiellt riktade urtagningarna 31 eller 32 (icke visat) i hylsan 23. På det sättet kommer styrröret 14 att mekaniskt fixeras i distanshállaranordningen 15 utan behov av direkt svetsning eller löd- ning eller metallisk värmekompressiv förbindning mellan distanshållar- anordningen och styrrören. Därigenom kommer felaktig inriktning av styrrören och av gallerplattorna, vilken beror av materialdragning, varierande parallellitet mellan längsgående gallerplattor i distans- hállaranordningar och böjda bränsleelement, att kunna undvikas. 7807921-7 Inom uppfinningar-is ram kan fackmannen füretaga modifikationer.

Sålunda kan muffar direkt fästas vid varje ände av styrrörscellerna i stället för att färbindas med väggarna i dessa celler. Dessutom kan antalet, utformningen och riktningen av spåren i muffarna och hylsorna varieras. Viöare kan mekanismen för förbindning av muffar och yalattor modifieras, utan att Lzppfixaningens andemening fràngàs, såsom! den är beskriven 1 patentkraven.

Claims (4)

agg? '2807921-7 g Patentkrav

1. Distanshållaranordning för bränsleelementen i en bräns- lepatron i en kärnreaktor, varvid ett flertal i huvudsak vertikalt förlöpande bränsleelement (13) och styrrör (1H) är hållna i sidled i minst en distanshâllaranordning (15) som består av ett flertal korsande, spårförsedda gallerplattor (19, 20, 21, 22), vilka bildar första celler (16) igenom vilka bränsleelementen (13) passerar, och andra celler (30), igenom vilka styrrören (1U) passerar, k ä n n e- t e c k n a d av att anordningen innefattar styrrörshylsor (23), vilka omsluter styrrören (1H) och är fastsatta vid dem, och varje styrrörshylsa är placerad så att den fullständigt omsluter styrröret inom varje andra cell (30) och delvis sträcker sig utanför nämnda cell, varvid den delvis utanför belägna delen av styrrörshylsan är fullständigt förenad med styrröret genom svetsning och har minst en urtagning (31, 32), och att anordningen vidare innefattar ett fler- tal muffar (2H), vilka vardera har minst en längsgående, spârliknande urtagning (33), som är avsedd att förenande låsa muffen vid en tillhö- rande gallerplatta (21, 22) för att definiera en styrrörscell (30) genom att en gallernlatta passerar igenom nämnda urtagning, varjämte varje muff (2H) helt omsluter en del av styrrörshylsan och varje muff genom krympförband är anordnad att gripa in i minst en av de nämnda urtagningarna (31, 32) i varje styrrörshylsa.

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att varje muff (2H) innefattar en krympt del som skjuter in i en ur- tagning (31, 32) i nämnda styrrörshylsa (23), varigenom nämnda krympta del kommer att ligga radiellt intill en sådan urtagning i en styrrörs- hylsa på lika delningsavstånd längs omkretsen.

3. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att varje styrrörshylsa (23) innefattar en första mängd delningsav- stånd längs omkretsen, åtskilda på ett avstånd i längdled från en andra mängd delningsavstånd längs omkretsen (fig. H).

4. Anordning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att varje muff (24) innefattar ett flertal längsgående urtagna spår (33) med en delning av 90 grader mellan ändpartier (3H, 33) på muf- fen och att en gallerplatta (21, 22) instucken igenom varje sådant spår,sâ att muffen är mekaniskt låst med hjälp av gallerplattorna.