SE461246B - Kaernbraenslepatron - Google Patents

Description

461 246 ß.) Un 2 värmning munstycket tillàtes att utvidga sig utan begräns- ning och därmed utan att nâgra oacceptabla termiska spänningar uppstår. Att åstadkomma rätt storlek på nämnda mellanrum är emellertid svårt, i synnerhet om avpassningen av mellanrummets storlek måste ske på avstånd och med bränslepatronen belägen under vatten, varför denna metod kan vara praktiskt användbar i samband med nya och ej bestrâlade bränslepatroner, medan den är helt otillämplig vid bestràlade bränslepatroner.

Det finnes naturligtvis olika slags muttrar, som användes som fastsättningselement för fastsättning av olika delar till varandra. Den amerikanska patentskriften U 189 348 beskriver exempelvis en bränslepatron, i vilken bränslestavar hålles på plats med hjälp av kapselmuttrar försedda med deformerbara låspartier utformade att förhindra ett oavsiktligt lösgörande av bränslestavarna. Den amerikanska patentskriften M H99 OH7 beskriver en bränslepatron med en övre plåt anordnad ovanför bränslestavarna och fastsatt medelst en skruvspiralfjäder och en mutter samt en lâsbricka anordnad mellan muttern och fjä- dern. Den amerikanska patcntskríften H 269 2H8 beskriver en fastsättningsanordning med en mutterdel, som har en anligg- ningsyta, som åtminstone till en del bildas av en fläns, som är böjd och sträcker sig radicllt utåt från mutterns under- sida. Segment av anliggningsytan och flänsen är böjliga och fjädrande för att kompensera för spänningsförluster som uppträder sedan fastsättningsanordníngen dragits ät mot ett arbetsstycke. Den amerikanska patentskriften 2 375 325 be- skriver en tvådelad mutter innefattande muttern själv och ett låselement, vilket senare är utformat separat från muttern och har ett böjligt membran, som har till uppgift att hålla fast muttern säkert på en bult. Den amerikanska patentskriften H 125 170 beskriver en lås- och tätníngs- mutter, som är i stånd att motstå höga tryck och som i sin arbetsyta har en komprimerbar insats avsedd att ligga an mot en anliggningsyta, då muttern är i ingrepp med en tapp, varvid nämnda insats är ett element som ursprungligen är skilt från muttern och sättas in i denna i efterhand. Den amerikanska patentskriften l 156 798 slutligen beskriver en mutter, som på sin arbetsyta har en utåt vikt fläns avsedd l5 461 246 3 att ligga an mot en anliggningsyta, då muttern är på plats.

Det väsentliga ändamålet med uppfinningen är att åstad- komma förbättrade fastsättningsorgan, som är i stånd att bilda och upprätthålla en tät fog mellan konstruktionselement i en kärnbränslepatron, samtidigt som termiska spänningar be- gränsas, varvid den spänningsbegränsande funktionen uppnås utan användning av lösa detar.

Uppfinningen avser sålunda en kärnbränslepatron inne- hållande två konstruktionselement tillverkade av material med olika linjära värmeutvidgningskoefficienter och åtminstone en fastsättningsanordning för sammanfogning av de båda kon- struktionselementen med varandra, kännetecknad av att nämnda fastsättningsanordning innefattar ett monteringselement fast förenat med det ena konstruktonselementet och utformat med en del för mottagning av ett fästelement, ett bärelement fast förbundet med det andra konstruktionselementet och i ingrepp med nämnda monteringselement, varvid detta bärelement har en stödyta, och ett fästelement anordnat pà nämnda del av monte- ringselementet och samverkande med nämnda stödyta för att fast förena monteringselementet och bärelementet med varandra, varvid nämnda fästelement innefattar en spänningsavlastande del, som är utformad i ett stycke med fästelementet och anord- nad att begränsa värmespänningar i fastsättningsanordningen.

Vid en utföringsform av uppfinningen utgöres fästele- mentet av en mutter, som är gängad på den fästelementet mot- tagande delen av monteringselementet, varvid den spännings- avlastande delen innefattar en deformerbar ringformad äs, som skjuter ut axíellt från mutterns anliggningsända och ligger an mot bärelementets stödyta.

Vid en annan utföringsform av uppfinningen innefattar fästelementet en mutter, som har ett ringformat ändparti, som är utformat i närheten av mutterns anliggningsände och som i närheten av sin inre omkrets är utformad i ett stycke med den övriga delen av muttern, varvid den spänningsavlastande delen innefattar en ringformad ås utformad på nämnda ring- formade parti i närheten av dess yttre omkrets och axiellt utskjutande från nämnda parti, så att den ligger an mot bär- elementets stödyta. Muttern har ett periferiellt förlöpande 461 246 74 spår utformat i sin yttre omkretsyta på sådant sätt att det ringformade ändpartiet bildas. Den ringformade åsen är med fördel utformad med åtminstone en slits, som sträcker sig radiellt delvis in i det ringformade ändpartiet.

Bärelementet innefattar en konsol anordnad på bränsle- patronens övre munstycke, som utgör det ena konstruktions- elementet, medan monteringselementet är anordnat på bränsle- patronens strömningskanal, som utgör det andra konstruktione- elementet, varvid monteringselementet har en utvändigt gängad tapp,.som sträcker sig genom en öppning i konsolen och på vilken fästelementet är pâgängat.

Det inses, att då reaktorn med bränslepatronen bringas upp till sin arbetstemperatur och därvid olika stora värmeut- vidgningar uppstår i de sammanfogade konstruktionselementen, kommer den av fastsättningsanordningen enligt uppfinningen bildade fogen att dragas åt ytterligare och värmespänningar kommer att uppträda. Med stigande temperatur reduceras fäst- elementets flyt- och brottgränser väsentligt, så att dess spänningsavlastande del kommer att deformeras, innan värme- spänningarna kan nå oacceptabla värden. Vid den ursprungliga monteringen av fastsättningsanordningen är det ej nödvändigt att anordna något noggrant avpassat mellanrum mellan fäst- elementet och den stödyta mot vilken det ligger an. Allt som erfordras är att fästelementet drages åt, så att den liten förspänning àstadkommes mellan de båda sammanfogade konstruk- tionselementen, varefter en fast àtdragning av fogen kommer att ske då temperaturen ökar. Eftersom vidare den spännings- avlastande delen hos fästelementet är utformad i ett stycke med fästelementet, finnes det inga lösa delar som kan lossna. föredragna utföringsformer av uppfinningen skall nu beskrivas såsom exempel och med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka fig. 1 är en pcrspcktivvy av en kärnbränslepatron, med vissa delar avlägsnade för tydlighetcns skull; fig. 2 är en sidovy, delvis i genomskärning, av den övre delen av bränslepatronen, illustrerande en fastsättningsanord- ning utformad enligt uppfinningen; fig. 3 är en detaljvy i vertikal genomskärning av fast- l5 461 246 sättningsanordningen enligt fig. 2; fig. H är en vy liknande den i fig. 3 men illustrerande en ytterligare utföringsform av uppfinningen; fíg. 5 visar ett snitt genom ett spänningsavlastande fästelement ingående i fastsättningsanordningen enligt fig. H; fig. 6 är en planvy av undersidan av det spänningsav- lastande fästelementet; fig. 7 är en perspektivvy av ett spänningsavlastande fästelement ingående i fastsättningsanordningen enligt fig. 2 och 3; och Vfig. 8 är en liknande vy av det spänningsavlastande fästelementet i den ytterligare utföringsformen.

Den i fig. l visade och med 20 allmänt betecknade kärn- bränslepatronen är av den typ som typiskt användes i kok- vattenreaktorer. Den innefattar en övre munstycksdel 30, en yttre strömningskanal H0 och en undre munstycksdel 50. De båda munstycksdelarna kan bestå av rostfritt stål 30HL och ström- ningskanalen kan bestå av zircaloy. Det undre munstycket 50 är fäst vid strömningskanalen, exempelvis medelst skruvar av inconel-800,och det övre munstycket 30 är monterat pà ström- ningskanalen och fäst vid denna medelst en fastsättningsanord- ning enligt uppfinningen, som skall beskrivas närmare i det följande.

Bränslepatronen 20 innefattar också ett vattenkors 60, som avgränsar en inre strömningskanal 80 med i huvudsak kors- formig tvärsektion, som sträcker sig inuti den yttre ström- ningskanalen H0 väsentligen över hela dess längd. Vattenkorset 60 delar upp det inre av strömningskanalen i fyra långsträckta strömningsutrymmen 70 vart och ett innehållande ett knippe bränslestavar 85. Under drift strömmar ett neutronmodererande kylmedel, såsom vatten, genom utrymmena 70 och strömnings- ningskanalen 80 på i och för sig väl känt sätt.

Var och en av de fastsättningsanordningar som användes för fastsäLLning av det övre munstycket 30 vid den yttre strömningskanalen H0 innefattar ett bärelement 90 fäst vid munstycket 30 och etL monteringselement 120 fäst vid den yttre strömningskanalen H0 och samverkande med det tillhörande bär- elementet 90. Såsom tydligare framgår av fig. 2 utgöres varje 461 246 6 bärelement 90 av en konsol, som med fördel är utformad i ett stycke med det övre munstyoket 30 och består av samma material som detta. Konsolen sträcker sig från det övre munstyckets 30 insida och har en genomgående öppning 110, som sträcker sig väsentligen parallellt med bränslepatronens längdaxel. Varje monteringselement 120, som kan bestå av samma material som strömningskanalen H0, utgöres av ett i ett stycke utformat och i huvudsak L-format element, vars korta ben 1U0 är fäst, exempelvis medelst svetsning, vid strömningskanalens H0 insida, såsom-vid 170, och vars vertikala ben 150 sträcker sig uppåt från benet 100 och innefattar en tapp 130 med en utvändig gänga 160.

Vidare innefattar varje fastsättningsanordning ett fäst- element, som enligt uppfinningen har ett spänningsavlastande parti för avlastning av de spänningar som uppstår i fastsätt- níngsanordningen som följd av olika värmeutvidgning hos kon- struktionselementen, dvs. kanalen H0 och det övre munstycket relativt varandra.

Vid den i fig. 7, 3 och 7 visade utföríngsformen inne- fattar fästelementet en mutter 180, som har ett genomgående, axiellt, invändigt gängat hål 190 och som är skruvad på den utvändiga gängan 120. Muttern 180 sin ovansida 179 160 på tappen 130 hos monteringselementet är utformad med ett tvärgående spår 180 i för ett lämpligt, ej visat verktyg för mon- tering och demontering av muttern. Mutterns 180 motsatta, som stöd- eller anliggningsyta tjänande ände har en spänningsav- lastande del i form av en deformerbar, ringformad äs eller list 200, som skjuter ut axiellt från mutterns 180 anligg- ningsyta och såsom visat, kan vara radiellt indragen relativt mutterns yttre omkretskant.

Vid den i av uppfinningen består fästelementet likaledes av en mutter 210, som har ett genomgående, gängat, axiellt hål 220 för samverkan med den yttre gängen 160 på det tillhörande monte- ringselementets 120 tapp. Även denna mutter 210 är i sin övre ändyta 209 utformad med ett spår 211 för ett lämpligt, ej närmare visat verktyg för montering och demontering av fig. H-6 och 8 visade andra utföringsformen muttern. Mutterns motsatta, som anläggningsyta tjänande ände 461 246 7 är också utformad med en spänníngsavlastande del, som vid denna utföringsform bestár av en ringformad äs eller list 230, som skjuter ut axiellt från mutterns ände i närheten av den yttre omkretsen av ett ringformat ändparti hos muttern 210.

Det ringformade ändpartiet är bildat av ett periferiellt för- löpande spår 200, som skjuter radiellt in i muttern från dess yttre omkretsyta och som lämnar det ringformade ändpartiet helt och i ett stycke förenat, vid sin inre omkrets, med mutterns huvuddel på liknande sätt som en utskjutande konsol.

Den ringformade åsen 230 är, såsom ovan nämnt, belägen intill den yttre omkretsen av det ringformade ändpartiet. Den ring- formade åsen 230 kan vara försedd med slitsar eller urtag- ningar (endast en sådan slits 250 visad i fig. 5 och 6), som sträcker sig radiellt delvis in i det ringformade ändpartiet och som ökar eftergivningen hos mutterns spänningsavlastande del vid användning.

Såsom schcmatiskt illustrerat i fig. l, monteras bränsle- patronens 20 övre munstycke 30, genom att det sänkes på plats på den yttre strömningskanclen 40, så att de uppâtriktade tapparna 130 pà montcringsclementen 120 på strömningskanalen skjuter in i öppningarna 110 hos de tillhörande bärelementen 100 på munstycket. Därefter gängas de spänningsavlastande fäst- elementen 180 enligt den första utföringsformen eller 210 enligt den andra utföringsformen på de gängade tapparna 130 på monteringselementen 120, så att de ringformade àsarna 200 eller 230 på fästelementen ligger an mot de övre stödytorna 100 hos bärelementen 90. Därefter drages fästelementen 180 eller 210 åt tillräckligt för att ge en förbelastning mellan det övre munstycket 30 och.kanalen H0. Då senare bränsle- patronen är anordnad i en reaktorkärna och denna bringas upp till sin arbetstemperatur, kommer kanalen 40 tillsammans med monteringselementen 120 på densamma och det övre munstycket tillsammans med bärelementen 90 på detsamma att undergå olika stora värmeutvidgningar, eftersom de är tillverkade av material (exempelvis zircaloy respektive rostfritt stål) med olika linjära värmeutvidgningskoefficienter, varigenom de av fastsättningsanordningarna bildade fogarna drages àt helt. Då skillnaden i värmeutvidgning fortgår, kommer spänningar att LI'- 461 246 8 uppstå i fastsättningsañordniugarn, men dessa spänningar kommer att avlastas och sålunda begränsas till Säkra nivåer som följd av de reducerade flyt- och brottgränserna hos fäst- elementen, varigenom dessas spënningsavlastande delar kan flyta och bli deformerade. Û n.

Claims (9)

1. 461 246 Patentkrav l. Kärnbränslepatron innefattande två konstruktionselement tillvcrkadc av material med olika linjära värmcutvidgnings~ koefficienter och minst en fastsättningsanordning för samman- fogning av dessa båda konstruktionselement med varandra, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda fastsättningsanordning innefattar ett monteringselement (l20), som är fast förbundet med det ena konstruktionselementet (H0) och har en för mot- tagning av ett fästelement avsedd del (130), ett bärelement (90), som är fast förbundet med det andra konstruktionsele- mentet (30) och är i ingrepp med nämnda monteringselement och har en stödyta (100), samt ett fästelement (180 eller 210), som är anordnat på nämnda, för mottagning av fästelementet avsedda del (130) hos nämnda monteringselement (120) och sam- verkar med nämnda stödyta (100), så att det håller samman mon- teringselementet och bärelementet vid varandra, varvid nämnda fästelement (180 eller 210) har ett spänningsavlastande parti (200 eller 230), som är utformat i ett stycke med fästelemen- tet och anordnat att begränsa termiska spänningar i fastsätt- ningsanordningen.

2. Kärnbränslepatron enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att det spänningsavlastande partiet (200 eller 230) ligger an mot nämnda stödyta (100) och ger efter, då nämnda termiska spänningar överstiger en förutbestämd nivà.

3. Kärnbränslepatron enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att fästelemetet (180 eller 210) innefattar en mutter, som är gängad på den för mottagning av fästelementet avsedda delen (130) och har en för anliggning mot nämnda stödyta avsedd ände, som är utformad med nämnda spänningsavlastande parti (200 eller 230). H.

4. Kärnbränslepatron enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att det spänningsavlastande partiet (200 eller 230) inne- fattar en ringformad ås (200 eller 230L som skjuter ut axiellt från mutterns (180) anliggningsände.

5. Kärnbränslepatron enligt krav H, k ä n n e t e c k n a d av att den ringformade åscn (200) är radiellt indragen från den 461 246 10 yttre omkretskanten av mutterns (180) anlíggningsände.

6. 5. Kärnbränslepatron enligt krav U, k ä n n e t e c k n a d av att muttern (210) har ett ringformat ändparti utformat i närheten av mutterns anliggningsände, vilket ringformade änd- parti har sin inre omkrets utformad i ett stycke och förbunden med den övriga delen av muttern (210), varvid nämnda ringfor- made äs (230) är anordnad på nämnda ringformade parti intill dess yttre omkrets.

7. Kärnbränslepatron enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att muttern (210) är utformad med ett periferiellt för- löpande spår (240) i sin yttre omkretsyta på sådant sätt att det bildar nämnda ringformade ändparti.

8. Kärnbränslepatron enligt krav 5 eller 7, k ä n n e - t e c k n a d av att den ringformade âsen (230) är utformad med åtminstone en slits (250), som sträcker sig delvis in i det ringformade ändpartiet.

9. Kärnbränslepatron enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att bärelementet (90) innefattar en konsol med en genomgående öppning (110), och att den fäst- elementet mottagande delen (130) innefattar en sig genom nämnda öppning (110) sträckande tapp med en utvändig gänga (160), varvid fästelementet (180 eller 210) är gängat på nämnda tapp. u: