SE502881C2 - Spridare med förstärkningsdel för en kärnreaktor - Google Patents

Description

l5 20 25 30 _ rörformiga. 502 881 En bränslepatron för en kärnreaktor av tryckvattentyp (PWR) har i princip samma uppbyggnad som en bränslepatron för en (BWR) inte innesluts av nagon rörformig behällare och att de är fler kärnreaktor av kokarvattentyp fränsett att bränslestavarna till antalet.

Det är känt att utforma spridare med ett flertal celler för sammanhàllande och inbördes fixering av genom cellerna löpande parallella längsträckta element och att cellerna kan vara Denna typ av celler benämns härefter hylsceller. En spridare utförd av hylsceller avsedd för antingen en kokarkärnreaktor eller för en tryckvattenkärnreaktor finns beskriven i den svenska patentansökan nr 9303583-O. En annan vanlig typ av spridare innefattar korsvis anordnade, stàende plàtband, pà högkant som bildar i huvudsak fyrkantiga celler.

Särskilt i en reaktor av tryckvattentyp där bränslespatronerna stöder mot varandra via anliggning mellan spridarna ställs stora krav pä spridarna som mäste vara styva och klara upptagning av stora krafter.

Nackdelen med hylsspridare, jämfört med spridare med korsvis anordnade plätband, är att hylsspridarna är veka. Vekheten är särskilt ofördelaktig ur jordbävningssynpunkt. Vid en jordbävning utsätts spridaren för stora laterala krafter. De laterala krafterna medför att bränslestavarna pressas mot den rorformiga behallarens vägg (BWR) (PWR). respektive mot intilliggande bränslepatron Den laterala kraft som uppstär dä bränslestaven pressas mot hylsans vägg överförs till intilliggande hylscell som i sin tur överlagrar den laterala kraften till en intilliggande hylscell och sä vidare. Denna överlagring av laterala krafter kan medföra att en eller flera hylsceller vid spridarens hörn, där den överlagrade kraften är som störst, kollapsar. Kollapsen innebär att spridarens funktion riskeras, dvs att hälla de enskilda bränslestavarna pä avständ frän varandra for säkertällande av att hela geometrin är kylbar för undvikande av overhettning. I det fall en spridare kollapsar är det risk för att en eller flera branslestavar överhettas och därmed penetreras sä att fissilt material kommer ut i härden. 10 15 20 25 30 3 502 '881 Problemet med vekhet hos hylscellerna är störst vid bränslepatroner avsedda för kärnreaktorer av tryckvattentyp eftersom dessa brànslepatroner inte omsluts av nagon rörformig behállare som till viss del tar upp de laterala krafterna.

Problem förekommer i vissa fall även i bränslepatroner avsedda för kärnreaktorer av kokarvattentyp.

UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Föreliggande uppfinning avser en spridare med en förstärkningsdel för förstärkning av de av spridaren innefattade hylscellerna mot laterala krafter. Spridaren med förstärkningsdelen är avsedd för en bränslepatron för en kärnreaktor av lättvattentyp.

Förstärkningsdelen är avsedd att anordnas vid ätminstone en spridare i bränslepatronen och ätminstone vid spridarens övre eller nedre kant i syfte att öka hylsspridarens motständ mot laterala krafter vid t ex en jordbävning. Förstärkningen ästadkoms genom förstärkningsdelen som innefattar korsvis anordnade, pä högkant stäende plàtband, som bildar i huvudsak fyrkantiga celler. En förstärkningscell omsluter en eller flera hylsceller i spridaren.

Det är viktigt att förstärkningsdelen inte bildar ett alltför högt strömningsmotstánd mot det kylflöde som strömmar uppät genom bränslepatronen och genom spridarna. För att fä ett minimalt strömningsmotständ anordnas förstärkningsdelens plätband företrädesvis sä att bandens mot strömningsriktningen projicerade yta sammanfaller med i horisontalplanet tänkta delningslinjer mellan hylscellerna. Ett flertal hylsceller hos en spridare fixeras till förstärkningsdelen.

Förstärkningsdelen utförs företrädesvis i zirkoniumlegering som är ett, med avseende pä neutroner, lägabsorberande material. 10 20 25 30 35 502 881 " ¿ Det är känt att spridare vid sin nedströms anordnade kant innefattar blandningsfenor. Blandningsfenorna åstadkommer en god kylning av bränslestavarna genom lämplig omblandning av kylmedlet. I de fall kylningen inte är tillräcklig kan i en kokarvattenreaktor sä kallad torrkokning och i en tryckvattenreaktor sä kallad DNB (Departure from Nucleate Boiling) uppträda. Vid allvarliga fall ger torrkokning respektive DNB upphov till penetrering av bränslestavarna. Det är en fördel att anordna dessa fenor vid förstärkningsdelens nedströms liggande kant istället för vid spridarens kant eftersom det är känt att i ett omräde strax under spridaren där kylmedlet ännu inte har passerat spridaren, sker en försämring av kylmedelsfilmen pà bränsletavarna, medan i ett omrâde över spridaren, där kylmedlet just har passerat spridaren, istället sker en förstärkning av vattenfilmen. Förstàrkningen av kylmedelsfilmen beror pá den turbulens som uppstär i kylmedlet dä det passerar en spridare. Den största risken för torrkokning respektive DNB finns i övre delen av bränslet strax under spridarna. Genom att anordna blandningsfenorna vid förstärkningsdelens nedströms liggande kant kan förstärkningen av vattenfilmen fas att sträcka sig närmare närmast nedströms liggande spridare.

Fördelen med uppfinningen är att den pä ett enkelt sätt förstärker en hylsspridare mot laterala krafter.

Förstärkningsdelen har ett i flödesriktningen litet tvärsnitt vilket utgör ett ytterst litet flödesmotständ och ger därmed endast upphov till ett lägt tryckfall. Vidare kan förstärkningsdelen sättas in i redan befintliga reaktorer.

Vidare erhälls förbättrade kylningsegenskaper i de fall förstärkningsdelens nedströms liggande kant förses med blandningsfenor.

RITNINGSFIGURER Uppfinningen forstäs enklast genom hänvisning till bifogade ritningsfigurer. lO 15 20 25 30 A35 5 502 881 Figur l visar en bränslepatron av kokarvattenreaktortyp (BWR) med spridare med en förstärkningsdel enligt uppfinningen. l Figur 2 visar en bränslepatron av tryckvattenreaktortyp (PWR) med spridare med en förstärkningsdel enligt uppfinningen.

Figur 3 visar en hylsspridare för en tryckvattenreaktor med en förstärkningsdel enligt uppfinningen anordnad vid dess uppströms respektive nedströms liggande kant.

Figur 4 visar en särskilt fördelaktig utföringsform av uppfinningen avsedd för en tryckvattenreaktor med en förstärkningsdel anordnad vid spridarens övre kant som är försedd med blandningsfenor och en ram anordnad förlängd uppströms sä att den även omsluter spridaren.

Figur 5 visar en särskilt fördelaktig utföringsform av uppfinningen avsedd för en kokarvattenreaktor.

Figur 6 visar hur organ för infästning av förstarkningsdelen till en spridare är anordnade vid spridarhylsas nedströms liggande kant.

Figur 7 visar ett exempel pa en kjol avsedd att anordnas till nedre kanten av en hylsspridare avsedd för en kokarvattenreaktor. Vid hylsspridarens övre kant är anordnad en förstärkningsdel enligt uppfinningen.

UTFÖRINGSEXEMPEL Ur figur l framgär en bränslepatron l av kokarvattenreaktortyp (BWR) som innefattar en läng rörformig behàllare, med rektangulärt tvärsnitt, benämnd höljerör 2. Höljeröret 2 ar öppet i bada ändar, sa att det bildas en genomgäende strömningspassage, genom vilken reaktorns kylmedel strömmar nedifran och upp. Bränslepatronen l innefattar ett stort antal 10 15 20 25 30 35 502 881 f ¿ likaledes länga rörformiga i ett knippe parallellt anordnade bränslestavar 3, i vilka är anordnade kutsar 4 av nukleärt bränsle. Bränslestavarna 3 sammanhälls upptill av en topplatta 5 och nedtill av en bottenplatta 6. Bränslestavarna 3 hälls medelst spridare 7 pä avstánd frán varandra och hindras fràn att böja sig eller vibrera dä reaktorn är i drift. Vid spridarnas 7 nedströms liggande kant är förstärkningsdelar 8 anordnade.

Ur figur 2 framgår en bränslepatron l av tryckvattenreaktortyp (PWR) som innefattar ett antal längsträckta rörformiga parallellt anordnade bränslestavar 3 och styrstavsledrör 9. I bränslestavarna 3 är anordnade kutsar 4 av nukleärt bränsle.

Styrstavsledrören 9 sammanhàlls upptill av en topplatta 5 och nedtill av en bottenplatta 6. Bränslestavarna 3 hälls medelst spridare 7 pä avständ frän varandra. Vid spridarnas 7 nedströms liggande kant är förstärkningsdelar 8 anordnade.

Ur figur 3 framgär en hylsspridare 7 för en tryckvattenreaktor med en förstärkningsdel 8 enligt uppfinningen anordnad vid dess nedströms respektive dess uppströms liggande kant. Spridaren 7 innefattar ett gallerverk av hylsceller 7a där varje hylscell 7a är avsedd att fixera en bränslestav 3. Väggarna i förstärkningsdelens 8 celler 8a bildas av ett första system pà högkant stäende parallella bandelement 8b med ett avständ mellan sig motsvarande tva stavdelningar (en stavdelning motsvarar avständet mellan tva angränsande bränslestavars 3 centrumlinjer) och ett andra system med mot det första systemet vinkelrätt förlagda korsande bandelement 8c med motsvarande avständ mellan sig. Varje förstarkningscell 8a i förstärkningsdelen 8 omsluter säledes fyra hylsceller 7a i spridaren 7.

För att fä ett minimalt stromningsmotständ anordnas förstärkningsdelens bandelement 8b, 8c företrädesvis sä att bandens mot strömningsriktningen projicerade yta sammanfaller med i horisontalplanet tänkta delningslinjer mellan hylscellerna 7a.

Förstärkningsdelens 8 uppströms liggande kant är försedd med instyrningsorgan 8d i form av sneda hörn hos de pä högkant 10 15 20 25 30 35 ¿ 502 881 staende och korslagda bandelementen 8b, 8c som utgör förstarkningsdelen 8. Instyrningsorganen 8d är till för att förhindra ihakning i intilliggande bränslepatroner l vid införsel i hàrden.

Ur figur 4 framgár en särskilt fördelaktig utföringsform av en en hylsspridare för en tryckvattenreaktor med en förstarkningsdel 8 försedd med blandningsfenor 8e och dar i sammansatt skick förstärkningsdelen 8 ar anordnad vid hylsspridarens 7 nedströms liggande kant. Förstärkningsdelen 8 omsluts av en fyrsidig ram 8f för att undvika ihakning vid hantering av branslepatronen l. Den fyrsidiga ramen 8f är företrädesvis bildad av fyra L-formade skenor eller bandelement sammanfogade medelst svetsar till en kvadratisk form. Den fyrsidiga ramen 8f har en förlängning i riktning uppströms sa att den även omsluter spridaren 7. Blandningsfenorna 8e vid förstarkningsdelens 8 nedströms liggande kant är formade som fenor sig sträckande frán respektive bandelements 8b, 8c kant och böjda langs med en vikaxel vinkelrat mot kylmedlets huvudsakliga strömningsriktning. Blandningsfenorna 8e är utförda att avlänka atminstone en del av kylmedelsflödet. En blandningsfena 8e ar anordnad vid vardera väggen i förstarkningsdelens 8 celler 8a, och varje cell 8a omsluter en hylscell 7a i spridaren 7. Blandningsfenorna 8e är växelvis vikta kring vikaxeln sa att tva blandningsfenor 8e är vikta in i cellen 8a och tva blandningsfenor 8e är vikta ut ur cellen 8a. I figuren 4 ar av illustrativa skäl endast en förstärkningscell 8a försedd med blandningsfenor 8e. Avsikten är dock att varje cell 8a förses med dylika blandningsfenor 8e. Ramen 8f är nedtill försedd med instyrningsorgan 8d vilka sträcker sig fran ramens 8f uppströms liggande kant och är böjda in mot ramens 8 centrala del. Alternativt kan ramen 8f kring förstarkningsdelen 8 och ramen 8f kring spridaren 7 utföras som separata delar.

Ur figur 5 framgär en särskilt fördelaktig utföringsform av en hylsspridare 7 för en kokarvattenreaktor med en förstarkningsdel 8. Förstärkningsdelen 8 ar försedd med en ram som sträcker sig upptröms sa langt att den aven innesluter spridaren. Vid ramens uppströms liggande kant är anordnade instyrningsnabbar 8d vilka 10 15 20 25 502 881 ¿ är böjda mot ramens centrala del och avsedda att mekaniskt styra in delpatronen vid införsel i/utförsel ur höljeröret 2. I figuren 5 är förstärkningsdelen 8, för tydlighets skull, ramen 8f och spridaren 7, ritade isärdragna.

Ur figur 6 framgär att förstärkningsdelens 8 galler av bandelement 8b, 8c är fäst, medelst en svets 10, till spridaren 7 via infästningsflikar 7b, se även figur 3, anordnade vid hylscellernas 7a nedströms liggande kant. Förstärkningsdelen 8 är företrädsvis infäst i x- och/eller y-led.

I figur 7 visas en kjol 13 särskilt lämplig för en reaktor av kokarvattentyp. Kjolen 13 är utförd att anordnas som en under spridaren 7 hängande del, där kjolens 13 nedströms liggande kant fixeras vid den mot kjolen 13 gränsande spridarens 7 uppströms liggande kant. Kjolens 13 nedströms liggande kant är försedd med ett flertal tappar 14 avsedda att fästas vid hylsorna 7a.

Tapparna 14 sträcker sig i flödesriktningen och är nägot böjda in mot kjolens 13 centrala del. Kjolens 13 nedströms liggande kant är även försedd med ett antal fenor 15 avsedda att styra genom bränslepatronen 1 strömmande kylmedel mot knippets centrala delar. Kjolens 13 uppströms liggande kant är ocksä försedd med tappar 16 vilka är böjda mot ramens centrala del och avsedda att mekaniskt styra in delpatronen vid införsel i/utförsel ur höljeröret 2. Kjolens 13 uppgift är att avlänka den vattenfilm som strömmar uppät längs höljerörets 2 vägg för utnyttjande av detta vatten till kylning av bränslestavarna 3.

Claims (9)

10 15 20 25 30 FAT ENT KRAV

1. l. Spridare (7) avsedd att pà ett flertal nivaer sammanhálla langstràckta element (3, 9) i en kärnreaktor av láttvattentyp, vilken spridare (7) innefattar ett av spridarceller (7a) sammansatt ortogonalt gallerverk, kännetecknad av att vid spridarens (7) nedströms och/eller uppströms liggande kant ar anordnad en förstärkningsdel (8) och att förstàrkningsdelen innefattar ett första system pa högkant staende parallella bandelement (8b) med ett avstànd mellan sig motsvarande átminstone en stavdelning och ett andra system med mot det första systemet vinkelrätt förlagda korsande bandelement (8c) med motsvarande avstánd mellan sig bildande förstarkningsceller (8a) och att storleken hos en förstàrkningscell (8a) motsvarar åtminstone storleken hos en spridarcell (7a). enligt patentkrav l, kännetecknad av att (7a) (Sa) innefattad vägg.

2. Spridare (7) spridarens (7) celler är fasta vid atminstone en av en förstarkningscell

3. Spridare (7) enligt patentkrav l, kännetecknad av att förstarkningsdelen (8) ar anordnad atminstone vid spridarens (7) nedströms liggande kant och att förstarkningsdelens (8) nedströms liggande kant är försedd med blandningsfenor (8e).

4. Spridare (7) enligt patentkrav l, kännetecknad av att förstärkningsdelen (8) ar anordnad atminstone vid spridarens (7) uppströms liggande kant och att förstarkningsdelens (8) 1 uppströms liggande kant ar försedd med instyrningsorgan (8d).

5. Spridare (7) enligt patentkrav l, kännetecknad av att storleken hos en förstarkningscell (8a) motsvarar storleken av fyra spridarceller (7a).

6. Spridare (7) förstarkningsdelen (8) ar anordnad en fyrsidig ram (Sf). enligt patentkrav l, kännetecknad av att kring lO 502 881 @

7. Spridare (7) enligt patentkrav 6, kännetecknad av att den (8f) forstarkningsdelen (8) fyrsidiga ramen sträcker sig uppströms fran sa att den även omsluter spridaren (7).

8. Spridare (7) enligt patentkrav 7, kännetecknad av att vid den fyrsidiga ramens (8f) uppstroms liggande kant är anordnade instyrningsorgan (8d).

9. Brànslepatron (l) för en kàrnreaktor av láttvattentyp med ett flertal langsträckta element (3, 8) sammanhàllna av ett flertal pa skilda nivaer längs de làngsträckta elementen anordnade var och en av dessa spridare (7) innefattande ett (7a), enligt patentkrav l. spridare (7) flertal celler kännetecknad av att den innefattar spridare (7)