SE454824B - Spridare for sammanhallning och fixering av brenslestavar i en brenslepatron till en kernreaktor - Google Patents

Description

454 824 2 niumlegering har mekanisk styrka och litet neutroninfàngningstvörsnitt och har därför liten inverkan på neutronflödet, man kan oftast ej göras till- räckligt tunna för litet strömningsmotstånd. Fjäderelementen i en nickel- baslegering. exempelvis Inconel. har god mekanisk styrka och ger med sin tunnhet ett litet strömningsmotstând men påverkar med sitt relativt stora neutroninfångningstvärsnitt neutronflödet i spridaren. Hänsyn måste också tas till olikheter i bestrålningstillväxten hos strukturelementen och fjäderelementen. aEnoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN För att med god mekanisk stabilitet få ett lågt tryckfall över en spridare av bimetalltyp med yttre och inre strukturelement och fjäderelement anord- nade i 5x5-gitter, har de inre strukturelementen anordnats riktade korsvis förskjutna mot varandra bildande ett förskjutet korscentrum. Detta medför att områdena begränsade av de yttre strukturelementen och de inre struk- turelementen får ett i huvudsak rektangulërt tvärsnitt med plats för sex bränslestavar fixerade med parvis sammansatta korsformade fjäderelement.

Strukturelementen i zirkoniumlegering måste av materialskäl göras av rela- tivt tjock plàt, cirka 0,7 mm. medan fjäderelementen i en nickelbaslege- ring kan göras av relativt tunn plåt, cirka 0,2 mm. Med en spridare enligt ovan fås ett litet inre strömningsmotstånd i jämförelse med förhållandet i en konventionell spridare av bimetalltyp på'grund av att en mindre del av den inre strukturen upptas av de inre strukturelementen med den grövre plåten.

FIGURBESKRIVNING Figur l visar en bimetallspridare med 5x5-gitter ovanifrån med struktur- element och fjäderelement. Figur 2 visar samma bimetallspridare från sidan. Figur 3 visar ett fjäderelement ovanifràn. Figur 4 visar samma fjäderelement från sidan.

BESKRIVNING AV ETT UTFÖRINGSEXEMPEL En bimetallspridare består huvudsakligen av strukturelement i en zirko- niumlegering och fjäderelement i en nickelbaslegering. Strukturelementen 1, 2. som utgör den fasta strukturen, kan exempelvis vara gjorda av de under handelsnamnen Zircaloy 2 eller Zircaloy 4 kända, zirkoniumbaserade 3 454 824 legeringarna. vilkas innehåll av legeringsämnen ligger inom gränserna 1,2-1,7 Z för tenn. 0,07-0.2fl X för järn, 0,05-0.15 X för krom. 0,00-0,08 X för nickel. 0.09-0.16 K för syre, resten zirkonium och i zirkonium av reaktorkvalitet normalt förekommande föroreningar. Zircaloy 2 innehåller 1,2-1,7 Z tenn, 0.07-0,20 X järn, 0.05-0,5 X krom, 0.03-0,08 % nickel och 0,09-0.16 % syre. Zircaloy H innehåller 1.2-1.7 X tenn, 0,18-0,24 % järn, 0,07-0,13 Z krom och 0,09-0,16 Z syre. Samtliga angivna procent avser här viktprocent. Fjäderelementen 3. som utgör den fjädrande och fixerande delen av spridaren. kan exempelvis vara gjorda av Inconel, en nickelbas- legering innehållande 77 X nickel, 15 X krom och 7 X järn. Bimetallsprida- ren bildar med sina strukturelement 1, 2 en fast struktur till vilken fjäderelementen 3 är fast förbundna. Spridaren enligt uppfinningen kan med sina strukturelement 1, 2 och fjäderelement 3 tillsammans bilda ett gitter, exempelvis ett 5x5-gitter. Strukturelementen 1 bildar där en väsentligen kvadratisk ram, till vilken korsvis anordnade med förskjutet korscentrum inneslutna strukturelement 2 är förbundna. I varje delutrymme är insatta fastförbundna fjäderelement 3. Tillsammans kan då struktur- elementen och fjäderelementen bilda ett rutnät med plats för sammanhåll- ning och fixering av 25 bränslestavar i en bränslepatron, där varje bränslestav är omgiven av både strukturelement och fjäderelement.

I figurerna 1 och 2 visas närmare hur en spridare av bimetalltyp för sammanhållning och fixering av bränslestavar i en bränslepatron till en kärnreaktor är uppbyggd av yttre och inre strukturelement 1, 2 och fjäder- element 3 anordnade i ett 5x5-gitter. För att minska tryckfallet över spridaren har de inre strukturelementen anordnats så att så liten del som möjligt av strömningstvärsnittet blockeras av dessa. Strukturelementen 1, 2 har stansats ur ett bandformigt plàtmaterial av en zirkoniumlegering, vilket material av materialskäl dock måste göras av relativt tjock plåt, cirka 0,7 mm. Det bandformiga plåtmaterialet har först genom exempelvis stansning försetts med öppningar U, varvid bildats parallellt anordnade längsgående övre och undre band 5, 6 med mellanstycken 7 delvis omgivna av nämnda öppningar Ä. Därefter har bandmaterialet vidare försetts med tvär~ gående slitsar 8 i banden. urtag 9 i mellanstyckena. utbuktningar/vàrtor och mothàll 11 i banden. Slitsarna 8 är till för de inre och yttre strukturelementens förbindning. Urtagen 9 är till för fjäderelementens 3 fastsättning. Utbuktningarna/vårtorna 10 och mothàllen ll är anordnade så att de tillsammans med fjäderelementen 3 kan fixera de instuckna bränsle- stavarnas position i spridaren. De yttre strukturelementen har sedan 454 824 4 bildats genom att de längsgående banden 5, 6 förbundna med mellanstycken 7 har kapats, vikts och förbundita till två väsentigen kvadratiska ramar förbundna med nämnda mellanstycken 7. De inre strukturelementen 2 har bildats genom att längsgående band förbundna med mellanstycken har kapats i lämpliga längder och därefter förbundits korsvis med förskjutet kors- centrum. Ena änden 12 av ett inre första strukturelement är vinkelrätt förbunden med en första sida av det yttre strukturelementet. Andra änden 13 är vinkelrätt förbunden med ett andra inre strukturelement, vilket i sig är vinkelrätt förbundet med en intilliggande andra sida av det yttre strukturelementet, där förbindelsepunkten 13 ligger på ungefär en stav- diameters avstånd från det andra inre strukturelementets inre ände. På detta sätt bildar de yttre och inre strukturelementen l, 2 tillsammans fyra avgränsade yttre delområden lä med ett väsentligen rektangulärt tvärsnitt och ett mindre avgränsat inre delomràde 15 utgörande det öppna korscentrumet med plats exempelvis för en bränslestav. De sammansatta inre strukturelementen 2 är med sina fria ändar förbundna med de yttre struk- turelementen i slitsarna 8.

Fjäderelementen i figur 3 och 4, som kan vara gjorda av en nickelbas- legering exempelvis Inconel, kan göras av relativt tunn plåt, cirka 0,2 mm, med god mekanisk styrka och litet strömningsmotstånd. Fjäderelementen består huvudsakligen av parvis sammansatta fjäderband 16, vilka i sina ytterändar 17, 20 förbundits och där mittdelen 18 av fjäderbanden har getts en konvex form för att fjädrande trycka mot de i spridaren sedan instuckna bränslestavarna. Enkla fjäderband 16 är insatta i det inre delomràdet 15 för att där fjädrande trycka mot den ensamma bränsle- eller vattenstaven. De parvis sammansatta fjäderbanden är vidare tillsammans sammansatta att bilda tva korsformade fjäderelement 3 med ett gemensamt armkors 19. Med denna konstruktion av fjäderelement är det möjligt att i det yttre delomràdet av spridaren tillsammans med de inre 2 och yttre strukturelementen sammanhàlla och fixera sex bränslestavar. Fjäderelemen- ten 3 är med sina fria ändar 17 förbundna med de inre och yttre struktur- elementen.

I varje cell i gittret kommer en bränslestav att i vardera övre och undre delen av strukturelementen vila mot minst två utbuktningar/vártor 10 eller två mothàll 11 och att i mittdelen vila mot minst tva fjäderelement. Even- tuellt kan extra överliggande och underliggande strukturelement anordnas över och under de inre, parvis anordnade fjäderelementen mot ett hörn av det förstorade korscentrumet.

Claims (8)

5 454 824 Med denna typ av spridare är det möjligt att sammanhalla och fikera 25 bränslestavar och att få ett lågt tryckfall utan att nämnvärt försämra den mekaniska styrkan 1 spridaren. Det inre strömningsmotståndet har relativt sett minskats genom användandet av de parvis sammansatta korsformade fjäderelementen och genom att så liten del som möjligt av strömnings- tvärsnittet blockeras av strukturelementen. I varje delutrymme lä är de parvisa, sammansattta fjäderelementen 3 nivåförskjutna i förhållande till varandra för enkel fastsättning i strukturelementen. Fjäderelementen kan tillverkas av långa profilerade fjäderband. vilka sammanförts och förbundits parvis. För bildandet av korsformen har fjäderbandet försetts med tva tvärgàende korta fjäderband. Tillsammans kan då fjäderelementen sägas bilda den parvisa korsformen med det gemensamma armkorset. PATENTKRAV
1. l. Spridare för sammanhållning och fixering av bränslestavar i en bränslepatron till en kärnreaktor innefattande fjäderelement bestående av fjäderband och yttre och inre strukturelement bestående av parallellt anordnade band, förbundna med mellanstycken bildande tillsammans en väsentligen yttre kvadratisk ram med inre strukturelement och fjäder- element i ett gitter, k ä n n e t e c k n a d a v att de inre struktur- elementen (2) är korsvis förskjutet förbundna med varandra och bildar ett centralt inre kvadratiskt utrymme (15) och bildar, förbundna med de yttre strukturelementen (1), fyra väsentligen rektangulära utrymmen (lü), varvid utrymmena (lå, 15) ger plats àt bränslestavar åtskilda av fjäderelement (3)-
2. 2. Spridare enligt patentkrav l, k a n n e t e c k n a d a v att fjäderelementen (3) är korsformade och parvis sammansatta med ett gemen- samt armkors (19) för fixering av flera bränslestavar i de väsentligen rektangulära delutrymmena (14).
3. 3. Spridare enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att de inre korsvis sammansatta strukturelementen (2) med förskjutet korscentrum tillsammans med de yttre strukturelementen (1) och de korsformade, parvis sammansatta fjäderelementen (3) ger plats åt 25 bränslestavar med 6 bränslestavar i varje delutrymme (lå) och en bränslestav eller vattenstav i det förskjutna korscentrumet (l5). 454 824 6
4. 4. Spridare enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att fjäderelementen (3) är uppbyggda av parvis anordnade fjäderband (16) sammansatta med.två tvärgående. parvis anordnade fjäderband för bildandet av den parvisa korsformen med det gemensamma armkorset, där varje armkors i sig består av två väsentligen samverkande fjäderband (16) förbundna med varandra i ytteränden (17) och vid korscentrum (20).
5. 5. Spridare enligt patentkrav 1, k ä_n n e t e c k n a d a v att de yttre och inre strukturelementen (1, 2) har framställts av ett bandformigt material, vilket genom exempelvis stansning försetts med slitsar (8). urtag (9) och intermittenta öppningar (4) åtskilda av mellanstycken (7) definierande två väsentligen parallella övre och undre band (5, 6), i vilka även formats vårtor (10) och mothåll (11).
6. 6. Spridare enligt patentkav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att de yttre strukturelementen (1) bildats genom att det bandformade materialet vikta och förbundits för bildandet av ett yttre ramformat strukturelement med väsentligen kvadratiskt tvärsnitt.
7. 7. Spridare enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d a v att strukturelementen (1, 2) är gjorda av en zirkoniumlege- ring.
8. 8. Spridare enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d a v att fjäderelementen (3) är gjorda av en nickelbaslegering.