SE456705B - Galler foer att haalla braenslestavar isaer i en braenslepatron i en kaernreaktor - Google Patents

Description

456 705 konstruktionsmaterial, och som alltid stadigt lägesfixerar brânslestavarna åtminstone under reaktorns drift.

Uppfinningen avser sålunda ett galler för att hålla bränslestavar isär i en bränslepatron i en kärnreaktor, vilket galler innefattar ett flertal gallerband anordnade i ett ägglådemönster, så att i gallret bildas celler, vilka omsluter var sin bränslestav, vilka gallerband är försedda med åtminstone ett stelt utsprång, som sträcker sig in i varje cell för att lägesfixera bränsle- stavarna, som sträcker sig därigenom. Gallret kännetecknas av att cellens utsprång på ett par icke mot varandra vettande samhörande gallerband är anordnade att hindra axiell kylmedieström genom cellen och samma cells övriga utsprång på de återstående samhörande gallerbanden är öppna för längsgående kylmedieström genom cellen.

Lämpligen har varje cell endast ett enda utsprång, som sträcker sig in i cellen från var och en av de omgivande cellväggarna. Cellens utsprång är vanligen belägna i två på avstånd från varandra belägna plan. Utsprången på tva närbelägna band är anordnade i ett av de tva planen och utsprången pa de motsatta cellbanden är belägna i det andra av de två planen.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvis- ning till bifogade ritningar, vilka visar en lämplig utföringsform av uppfin- ningen.

Figur l visar en isometrisk bild delvis bortbruten av gallret enligt uppfinningen.

Figur 2 visar en tvärsektion av det i figur 1 visade gallret längs linjen ll-II, vilket galler även omsluter två bränslestavar nära början av deras livslängd i en reaktor.

Figur 3 är en planvy av det i figur l visade gallret, vilket även innefattar en bränslestav nära slutet av dess livslängd i reaktorn.

Figur 4 visar en planvy av en bränslepatron för en kokvatten- reaktor innefattande fyra galler, som är identiska med det i figur l visade gallret och omgives av en behållare.

Flera lämpliga utföringsformer av uppfinningen skall nu beskrivas i detalj, av vilka ett exempel visas på bifogade ritningar. På ritningarna betecknar samma hänvisningsbeteckningar lika eller motsvarande delar i alla de olika figurerna.

I figurerna visas ett galler 10 för att hålla isär bränslestavar 18 (av vilka endast för tydlighets skull visas två i figur 2 och en i figur 3) i en bränslepatron 38 för en kärnreaktor. Gallret lÛ består av ett flertal samman- 456 705 fogade gallerband 12, vilka är anordnade i ett ägglådemönster för att bilda celler 7 omslutande var sin av bränslestavarna lB. Gallret 10 är även försett med fyra yttre band 20, vilka är sammanbundna för att bilda ett i huvudsak kvadratiskt mönster, som omgiver gallerbandens vertikala kanter 16.

Varje yttre band 20 har en central del 22, en övre fjädrande längsgående kantdel 24 och en nedre fjädrande längsgående kantdel 26.

Lämpligen är kantdelarna 24 och 26 sammanhängande med den centrala delen 22 av deras motsvarande yttre band. Gallerbandens vertikala kanter 16 är fästade vid de centrala delarna 22 av tillhörande omgivande yttre band 20. De yttre bandens kantdelar 24 och 26 sträcker sig vertikalt bortom tillhörande centrala delar 22 av deras gemensamma yttre band, och kantdelarna 24 och 26 sträcker sig horisontellt utåt från gallret bortom tillhörande centrala delar 22 av deras gemensamma yttre band 20. De yttre bandens centrala delar 22 är lämpligen styva, när de yttre banden 20 fästes vid tillhörande gallerbands vertikala kanter 16, och de yttre bandens kantdelar 24 och 26 är i allmänhet krökta inåt.

Det är önskvärt att varje yttre bands centrala del 22 är försedd med minst en (och företrädesvis tva) stela klackar 34, som sträcker sig utåt.

Klackarna 34 sträcker sig mindre än utspranget på kantdelarna 24 och 26 av tillhörande yttre band. Lämpligen är klackarna 34 utförda i ett stycke med tillhörande yttre band 20.

Gallret 10 kan användas i vilken som helst bränslepatron, t.e><. de som användes i en kokvattenreaktor eller de som användes i en tryckvatten- reaktor. De yttre bandens kantdelar 24 och 26 madrasserar fjädrande de inneslutna bränslestavarna mot verkan av krafter, som verkar pa transportbe- hallaren (icke visad), som användes för att transportera bränslepatronerna till reaktorn. Klackarna 34 på de yttre banden begränsar avböjningen av kant- delarna 24 och 26 för att förhindra skador på desamma.

I en bränslepatron 38 (se figur 4) för en kokvattenreaktor med en behållare 36 omgivande ett kvadratiskt mönster av fyra galler har tva icke mot varandra vettande yttre band 20a och 20b av ett galler l0a sina kantdelar 24 och 26 (tydligare visade i figurerna 1 och 2) fjädrande i kontakt med behållaren 36. Detta har flera effekter. Sålunda hindrar de längsgående kylmedieströmning från att passera mellan gallret 10 och behållaren 36, för att rikta denna spärrade ström tvärs mot centrum av gallret 10, och för att förhindra effekterna pâ bränslestavarna 18 av en tvärgående kraft på behållaren 36. Spårrningen och styrningen av den relativt kallare strömmen 456 705 fran behållarens väggar mot den relativt varmare strömmen genom de inre cellerna i gallret medför en mera likformig kylmedietemperatur över knippet av bränslestavar 18 i gallret och förbättrar verkningssättet vid kritisk yteffekt. Klackarna 34 (se figurerna l och 2) sträcker sig mindre inåt än utsprången pa tillhörande kantdelar 24 och 26 vid frånvaro av tvärgående kraft pa behållaren 36. Klackarna 34 begränsar verkan av en sådan kraft, om sådan finnes, på de yttre bandens kantdelar 24 och 26. Montering av gallren 10 i behållaren 36 underlättas av flikar 32 på de yttre bandens kantdelar 24 och 26.

Det rekommenderas att de yttre banden 20 utföres av material med litet neutroninfångningstvärsnitt sasom zirkonium eller en zirkonium- legering och att de sammanfogas och fogas vid gallerbandens vertikala kanter 16 genom svetsning.

I gallret 10 har en eller flera och lämpligen var och en av cellerna 7 en längdaxel och har var och en av tillhörande gallerband 12 försett med minst ett (och lämpligen endast ett) utsprang 14 (lämpligen stelt), som sträcker sig in i motsvarande cell 27 för att lägesfixera en tillhörande innesluten brânslestav 18 däri.

Vid en första utföringsform av gallret är i en cell 7 utsprangen l4a på ett par icke mot varandra vettande gallerband slutna för längsgående kylmedieström därigenom, medan de övriga utsprangen l4b pa de övriga tillhörande gallerbanden är öppna för sedan strörnning. Det är önskvärt att utsprången 14 sträcker sig i huvudsak vinkelrätt mot längdaxeln i tillhörande celler 7, och att utsprangen 14 i' en cell 7 är belägna i samma plan. De slutna utsprangen l4a är lämpligen i längdriktningen löpande bagar och är i huvudsak trapetsformade, medan de öppna utsprangen l4b är i tvärriktningen löpande bågar och likaledes är trapetsformade. Det är att rekommendera att ut- sprången 14 är utförda i ett stycke med tillhörande gallerband 12, och att gallerbanden 12 med sammanhängande utsprang 14 utföres av material med litet neutroninfângningstvärsnitt såsom zirkonium eller en zirkoniumlegering (liksom de yttre banden 2D).

Vid den första utföringsformen av gallret, som beskrivits i föregående stycke, har den tillhörande inneslutna bränslestaven 18 (se figur 3) en lös passning mot utsprången 14 i gallret 10. Detta kan vara avsett att inträffa endast nära slutet av livslängden hos motsvarande bränslepatron i kärnreaktorn sasom skall beröras senare vid en annan utföringsform av gallret, eller en lös passning kan åstadkommas under tillverkningen av 456 705 bränslepatronen. När en passning av nagon orsak förekommer, kommer hydrauliska krafter att halla bränsleatavarna 18 i rätt läge i cellerna 7 i gallret 10. Med hänvisning till figur 3 kan papekas, att den tillhörande inneslutna bränslestaven 18 kommer att tvingas bort fran kontakt med de slutna utsprangen l4a och till kontakt med de öppna utsprangen 14b genom växelverkan av längsgaende kylmedieström genom cellen 7 mot de slutna utsprangen 14a och genom de öppna utsprangen 14b.

Vid en andra utföringsform av gallret med eller utan införlivning av den tidigare beskrivna första utföringsformen är utsprangen 14 i en cell 7 i allmänhet belägna i samma plan och ligger i nagot av tva i längdriktningen atskilda plan. Planet för utsprangen 14 i en cell 7 är sa valt att en cell 7', vars utsprang 14 ligger i nagot av de tva planen, kommer att ha utsprangen 14 i de motsatta cellerna 7" pa andra sidan av tillhörande gallerband 12 belägna i det andra av de tva planen (se figurerna 1 och 4). Tryckfallet i längsgående kylmedieström genom gallret 10 minskas, eftersom utsprangen 14 icke är belägna pa samma höjd i hela gallret 10. Gallret 10 kommer icke heller att snedställas i förhållande till bränslestavarna 18, eftersom utsprangen 14 är belägna i tva plan längs gallret 10 i stället för i endast ett plan.

Vid den tidigare beskrivna andra utföringsformen av gallret har ett galler-band 12 lämpligen ett enda slutet utsprang 14a, som sträcker sig in i en cell, och ett enda öppet utsprang 14b, som sträcker sig in i den motsatta cellen pa andra sidan om gallerbandet varvid de slutna utsprangen l4a pa ett galler-band 12 ligger i linje med varandra och de öppna utsprangen 14b pa samma galler även ligger i linje med varandra. Där de slutna utsprangen l4a är i längdriktningen löpande hagar och de öppna utsprangen 14b är i tvärriktningen löpande bagar, skulle de slutna utsprangen l4a ligga i linje i höjdriktningen och de öppna utsprangen 14b skulle ligga i linje i längdrikt- ningen.

Vid en tredje utföringsform av gallret med eller utan införlivning av de tidigare beskrivna första och andra utföringsformerna är för en viss cell 7 atminstone tva icke mot varandra vettande samhörande gallerband fjädran- de och fjädrande böjda för att fjädrande gripa den tillhörande inneslutna bränsiestaven 18. De fjädrande gallerbanden 12 befinner sig i omradet för sina utsprang 14, och utsprangen 14 (lämpligen styva utsprang sasom tidigare nämnts) gör kontakt med bränslestaven 18 under fjädring pa grund av de fjädrande gallerbanden. Det kan rekommenderas att alla de samhörande gallerbanden för en viss cell är fjädrande, och att ett flertal (och lämpligen 456 705 alla) av de samhörande gallerbanden 12 för alla cellerna 7 i gallret 10 är fjädrande och försedda med utsprang 14. Såsom tidigare nämnts är det lämpligt att var och en av cellerna 7 har vart och ett av sina tillhörande gallerband 12 försett med ett enda utsprang 14, som sträcker sig in i motsvarande cell. Genom att man gjort gallerbanden 12 fjädrande i stället för att använda yttre eller inre fjädrande utsprang, kan gallrets 10 höjd minskas, vilket medför ett minskat tryckfall hos längsgående kylmedieström genom gallret 10. 7 I en fjärde utföringsform av gallret är kännetecknen för de tidigare behandlade första och tredje utföringsformerna kombinerade (med eller utan införlivning av den andra utföringsformen). När bränslestavarna 18 och deras galler 10 befinner sig nära början av deras livslängd i en kärnreaktor (se figur 2), är gallerbanden 12 fjädrande och (liksom i den tredje utföringsformen) och böjda pa ett fjädrande sätt i omradet för deras utsprang 14 för att elastiskt gripa den inneslutna bränslestaven 18 med utsprangen 14.

När bränslestavarna 18 och deras galler 10 befinner sig nära slutet av deras livslängd i kärnreaktorn, har gallerbanden 12 i allmänhet förlorat sin elasti- citet pa grund av att strålning kommit dem att slakna. En lös passning (liksom i den första utföringsformen) av bränslestavarna 18 mot utsprangen 14 är avsedd att inträffa nära slutet av livslängden (se figur 3) genom att man tar hänsyn till stralningseffekter (för det första den av strålningen orsakade slakningen av gallerbanden 12, och för det andra den av strålningen orsakade tillväxten av gallret 10 och den av strålningen orsakade dimensionsminsk- ningen av bränslestavarna 18 vilket reducerar deras diametrar), vilket kan åstadkommas av fackmän inom omradet. Den inneslutna bränslestaven 18 kommer här att tvingas bort fran kontakt med de slutna utsprangen lila och till kontakt med de öppna utsprangen 14b. Bränslestaven 18 kommer att hallas i sadant läge i cellen 7 pa grund av växelverkan hos den längsgående kylmedieströmmen genom cellen 7 mot de slutna utsprangen 14a och genom de öppna utsprangen llib. En eller flera och företrädesvis alla cellerna 7 i gallret 1D har sadana flexibla gallerband 12 och sadana slutna och öppna utsprang llia respektive 14b. Ett material sasom zirkonium eller en zirko- niumlegering för gallerbandet 12 och lämpligen därmed sammanhängande utsprang 14 kommer att vara fjädrande nära början av dess livslängd i en kärnreaktor och kommer i allmänhet att förlora sin fjädringsegenskap nära slutet av livslängden pa grund av av strålningen orsakad slakning (sasom kan bestämmas av en fackman). Ett sådant material erbjuder även ett litet neutroninfangningstvärsnitt. 456 705 Det styvare yttre bandet 20 kompletterar stödet av bränslestaven 18 i de yttre cellerna 7 genom att dess centrala del 22 har eftergivande fjädrar 28 och relativt styva kratrar 30. F jädrarna 28 är lämpligen längre bagar och kratrarna 30 är kortare bågar, alla sammanhängande med den centrala delen 22 av det yttre bandet 20. Det yttre bandets bagar är orienterade i längdriktningen eller i tvärriktningen sa att de kompletterar mönstret av paren av icke mot varandra vettande slutna utsprang och paret av icke mot varandra vettande öppna utsprång i cellerna 7 liksom tidigare beskrivits för bàgarna i gallerbanden 12.

I en prototyp (ännu icke provad i en reaktor) understöddes 16 brânslestavar av ett 4x4 zirkoniumgaller omkring 50-12 mm i kvadrat.

Gallerbanden var omkring 22 mm höga och omkring 0,45 mm tjocka och kröktes (nära början av sin livslängd) omkring 0,15-0,2 mm pa grund av närvaron av en bränslestav. Det yttre bandet var omkring 0,45 mm tjock och hade sin centrala del omkring 22 mm hög och varje kantdel omkring 3 mm hög. Kantdelarna sträckte sig omkring 3 mm vertikalt och stack ut omkring 0,9 mm horisontellt. Den centrala delens klack sträckte sig ut omkring 0,8 mm. En bränslestav avböjde den centrala delen endast omkring 0,05 mm.

Anordningen enligt uppfinningen kan givetvis modifieras pa manga sätt inom uppfinningstankens ram sadan denna definieras i de bifogade patentkraven.

Claims (17)

456 705 PATENTKRAV

1. Galler (10) för att halla bränslestavar (18) isär i en bränslepatron (38) i en kärnreaktor, vilket galler innefattar ett flertal gallerband (12) anordnade i ett ägglademönster, sa att i gallret bildas celler (7), vilka omsluter var sin bränslestav (18), vilka gallerband (12) är försedda med åtminstone ett stelt utsprang (lit), som sträcker sig in i varje cell (7) för att lägesfixera bränslestavarna (18), som sträcker sig därigenom, k ä n n e - te c kn a d av att cellens utsprang (lila) pa ett par icke mot varandra vettande, samhörande gallerband (12) är anordnade att hindra axiell kyl- medieström genom cellen (7) och samma cells övriga utsprang (liib) pa de återstående samhörande gallerbanden (12) är öppna för längsgående kylmedie- ström genom cellen (7).

2. Galler enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att vart och ett av gallerbanden (12) har ett enda av nämnda utsprang (14) sträckande sig in i varje cell (7).

3. Galler enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda slutna utsprang (lita) är bagar, som löper i huvudsak i längdriktningen av kylmedieströmmens riktning, och nämnda öppna utsprang (liib) är bagar löpande i tvärriktningen och bildade av bandsektioner, som är utskurna från banden (12) och böjda utåt in i respektive cell (7).

4. Galler enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda slutna och nämnda öppna bågar (liia,b)_ är i huvudsak trapetsformade.

5. Galler enligt något av kraven l till is, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda gallerband (12) bestar i huvudsak av zirkonium.

6. Galler enligt något av kraven l till 5, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda utsprang (14) i nämnda celler (7) är anordnade i ett av tva axiellt separata plan sa att utsprangen (14) som sträcker sig in i en cell fran motsatta gallerband (12) är anordnade i olika plan för att minska tryckfallet i kylmedieström genom gallret.

7. Galler enligt nagot av kraven l till 6, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda slutna utsprang (lita) pa ett gallerband (12) ligger i huvudsak i linje med varandra, och nämnda öppna utsprang (l4b) pa samma gallerband (12) är belägna i huvudsak i linje med varandra.

8. Galler enligt nagot av kraven 1 til 7, k ä n n e t e c k n a t av att utsprangen (liia,b) är sa dimensionerade, att bränslestavarna (18) inuti cellerna (7) har en lös passning, varvid bränslestavarna (18) under drift 456 705 tvingas bort fran de slutna utsprangen (14a) och till kontakt med de öppna utsprangen (14b) av kylmedieströmmen.

9. Galler enligt nagot av kraven l till B, k ä n n e t e c k n a t av att för varje cell (7) tva närbelägna band (12) är fjädrande sa att de böjes elastiskt i omradet för nämnda utsprang (14a,b) för att elastiskt gripa den inneslutna bränslestaven (18).

10. l0. Galler enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda utspran g (l4a,b) är styva och att gallerbanden (12) i nämnda celler (7) är fjädrande.

11. ll. Galler enligt nagot av kraven 1 till 10, k ä n n e t e c k n a t av att fyra yttre band (20) är sammanfogade i ett fyrkantigt mönster omgivande de sammanfogade gallerbanden (12), vilka yttre band (20) vardera har en central del (22) och övre och nedre fjädrande längsgaende kantdelar (24, 26), varvid nämnda gallerband (12) är fästade vid nämnda centrala delar (22) av de yttre banden (20), och nämnda kantdelar (24, 26) sträcker sig vertikalt bortom och horisontellt utåt fran de centrala delarna (22) av de yttre banden (20).

12. Galler enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a t av att den centrala delen (22) av vart och ett av nämnda yttre band (20) är i huvudsak styv när den är fästad vid de vertikala kanterna av nämnda gallerband (12).

13. Galler enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t av att den centrala delen (22) av vart och ett av nämnda yttre band (20) är försedd med minst en styv tapp (34) som sträcker sig utat och sträcker sig mindre än nämnda kantdelar (24, 26).

14. ' Galler enligt krav _13, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda tappar (34) är utförda i ett stycke med deras tillhörande yttre band (20).

15. Galler enligt nagot av kraven 11-14, varvid gallren är anordnade i en bränslepatron, som innefattar en behållare (36), som omgiver gallret, k ä n n e t e c k n a t av att minst tva närbelägna yttre band (20) i gallret har sina kantdelar under fjädring i kontakt med nämnda behållare (36) för att hindra längsgaende kylmedieströmning fran att passera däremellan och för att rikta nämnda spärrade längsgående kylmedieström tvärs mot centrum av gallret, och även för att dämpa effekterna pa bränslestavarna (18) av en tvärgaende kraft pa nämnda behållare (36).

16. Galler enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a t av att den centrala delen av vart och ett av nämnda yttre band (20) innefattar tva utåtriktade styva tappar (34), vilka sträcker sig kortare än nämnda kantdelar (24, 26) för att begränsa rörelse hos gallret som resultat av nämnda tvärgaende kraft, när sadan existerar, för att förhindra sammanklämning av kantdelarna (24, 26) pa nämnda yttre band (22). 456 705 10

17. Galler enligt nagot av kraven ll till 16, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda kantdelar (24, 26) är krökta inat och utförda i ett stycke med nämnda centrala delar (22). A»