SE511455C2 - Kärnbränslepatron med stödklackar anordnade i topp- eller bottenplattan, och mellan bränslestavarna - Google Patents

Description

511455 2 branslepatronen. Denna skillnad mellan den övre och den undre delen ger upphov till speciella faktorer som mäste tas hänsyn till när bränslepatronen utformas.

Det är därför önskvärt att ästadkomma en flexibel bränslepatron för en tryckvattenreaktor som pä ett enkelt sätt kan ges en utformning där den övre delen av bränslepatronen skiljer sig frän den undre delen. I UK 1 403 491 visas en bränslepatron för en tryckvattenreaktor med möjlighet att utforma den övre delen sä att den skiljer sig frän den undre delen. Denna bränslepatron innefattar ett flertal pä varandra staplade bränsleenheter, vilka var och en innefattar ett flertal bränslestavar som sträcker sig mellan en topplatta och en bottenplatta. Bränsleenheterna är fixerde till ett centralt anordnat stödrör sä att bottenplattan hos en av bränsleenheterna vilar pä en intill anordnad bränsleenhets topplatta och sä att samtliga bränslestavar i Stödröret sträcker sig genom hela bränslepatronen och bränslepatronen bränsleenheterna är parallella med varandra. har ett i huvudsak cirkulärt tvärsnitt. Denna bränslepatron är avsedd att användas i en kärnreaktor modererad av tungvatten där bränslepatronerna anordnas i vertikala tryckkanaler.

En annan bränslepatron för en tryckvattenreaktor med korta bränsleenheter med ett hexagonalt tvärsnitt är visad i “Improvements in Water Reactor Fuel Technology, Proceedings -19 September 1986. 1987". visade vertikalt anordnade och staplade pä varandra. of a symposium Stockholm, International Atomic Energy Agency, Vienna, Bränsleenheterna är En faktor man mäste ta hänsyn till vid utformningen av en bränslepatron av tryckvattentyp är att organ mäste vara anordnade att uppta de krafter som päverkar bränslepatronen.

För detta ändamäl är det känt att i normala hellänga bränslepatroner utforma spridare med ett flertal celler för sammanhällande och inbördes fixering av genom cellerna löpande parallella längsträckta element. Cellerna kan utföras sä kallade hylsceller. rörformiga, En annan vanlig typ av z 511 455 spridare innefattar korsvis anordnade, på högkant Stående plätband, som bildar i huvudsak fyrkantiga celler. I en reaktor av tryckvattentyp där bränslespatronerna stöder mot varandra via anliggning mellan spridarna ställs stora krav pä spridarna som maste vara styva och klara upptagning av stora krafter.

Vid en jordbävning utsätts spridaren för stora laterala krafter. De laterala krafterna medför att bränslestavarna pressas mot spridarna i intilliggande bránslepatroner. Den laterala kraft som uppstär dä bränslestaven pressas mot cellens vägg överförs till intilliggande cell som i sin tur överlagrar den laterala kraften till en intilliggande cell etc. Denna överlagring av laterala krafter kan medföra att en eller flera celler 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 för säkertällande av att hela geometrin är kylbar för undvikande av överhettning.

I det fall en spridare kollapsar är det risk för att en eller flera bränslestavar överhettas och därmed penetreras sä att klyvbart material kommer ut i härden.

I bränslepatroner innefattande korta bränsleenheter utan spridare mäste dessa krafter tagas upp pä annat sätt. Det är känt att i bränslepatroner med cirkulärt tvärsnitt svetsa eller löda stödklackar direkt pà brànslestavarna för att hälla dessa pä avständ frän varandra.

Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa en bränslepatron för en tryckvattenreaktor innefattande ett flertal korta bränsleenheter och organ för upptagning av krafter, särskilt laterala, som päverkar branslepatronen sä att ett visst avständ upprätthälls mellan branslestavarna.

UPPF INNING EN , FÖRDELAR Föreliggande uppfinning avser en kärnbränslepatron för en tryckvattenreaktor innefattande en branslepatron med ett 511455 flertal bränsleenheter vardera innefattande bränslestavar som sträcker sig mellan en topplatta och en bottenplatta. De särdrag som kännetecknar denna bränslepatron finns angivna i patentkrav l.

Bränsleenheterna har ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt och innefattar botten- och topplattor som kan vara utförda likadana. Enligt en aspekt av uppfinningen är bottenplattorna och topplattorna försedda med stödklackar mellan bränslestavspositionerna. Stödklackarnas uppgift är att ta upp laterala krafter som under en jordbävning kan päverka topp-och bottenplattorna för att pä sä sätt säkerställa att ett visst avständ upprätthålls mellan bränslestavarna.

Stödklackarna kan ästadkommas i topp- och-bottenplattorna hal, bränslestavspositionerna för införsel av bränslestavarna i genom utfräsning av försänkningar, i denna vid dessa. Topp- och bottenplattan är vidare försedda med flödesöppningar för genomströmning av det uppät genom patronen strömmande kylmedlet. Flödesöppningarna är anordnade Stödklackarna utbildas säledes mellan bränslestavarna och flödesöppningarna. mellan bränslestavarnas positioner.

Topplattorna och bottenplattorna utförs företrädesvis i en zirkoniumbaslegering.

I en alternativ utföringsform av uppfinningen kan bränslestavarnas övre respektive undre ändar som är infasta till en topplatta respektive en bottenplatta vara utförda med radiellt utat sig sträckande vertikala flänsar sä att flänsar i tva intill varandra anordnade bränslestavar anordnas att anligga dikt mot varandra och pà sä sätt säkerställa att ett visst avständ upprätthålls mellan bränslestavarna.

Bränslestavarna fixeras till topp- respektive bottenplattorna medelst exempelvis lasersvetsning eller motstandssvetsning.

Fördelen med bränslepatronen enligt uppfinningen är att en, tack vare de korta bränsleenheterna, mycket stabil konstruktion erhàlls som pä ett enkelt sätt kan utrustas med organ för upptagning av laterala krafter som päverkar 511 455 branslepatronen och som säkerställer att ett visst avtánd uppratthàlls mellan branslestavarna.

En annan fördel med uppfinningen är att kraftiga och i axiell led utsträckta strukturer för upptagning av laterala krafter undviks. Vidare undviks extra strukturer i bränslepatronen vars uppgift är att uppta de laterala krafterna, jämför till exempel SE 94020757 där en förstärkningsdel är anordnad som ett komplement till en spridare av hylstyp. Genom att minska mängden material i organ för upptagning av laterala krafter minskas materialmängden och även konstruktionsmaterialets neutronabsorberande verkan. Dessutom erhàlls en liten strömningshindrande area varvid tryckfallet över bränslepatronen minskas. - RITNINGSFIGURER Figur l visar i ett vertikalt snitt en brànslepatron av tnyckvattentyp med korta bransleenheter.

Figur 2a visar i ett vertikalt snitt A-A i figur 2b branslestavar anordnade en topplatta i en brànsleenhet, där topplattan är försedd med stödklackar mellan brànslestavarna.

Figur 2b visar bransleenheten i figur 2a i en vy fran ovan.

Figur 3a visar i ett vertikalt snitt B-B i figur 3b en branlseenhet med fyra intill varandra anordnade brànslestavar vardera med en övre ände som är försedd med vertikala flansar sig stràckande radiellt utàt.

Figur 3b visar brànsleenheten i figur 3a i en vy fran ovan UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en bránslepatron av tryckvattentyp med i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt som innefattar ett flertal pá varandra staplade bransleenheter 3. Varje bránsleenhet 3 innefattar ett flertal brànslestavar 4 anordnade parallellt 511 455 e och pa bestamda avstand fran varandra i ett givet gitter.

Varje bransleenhet 3 innefattar vidare en topplatta 6 och en bottenplatta 5 för infàstning av branslestavarna 4 i sina respektive positioner i gittret. Bransleenheterna 3 ar staplade pa varandra i branslepatronens langdriktning och de ar staplade pà sa satt att topplattan 6 i en bransleenhet 3 är vänd mot bottenplattan 5 i nästa bransleenhet 3 i stapeln, och sa att branslestavarna 4 i alla brànsleelementen 3 är parallella med varandra. En bránslestav 4 innefattar klyvbart material i form av en i ett kapslingsrör 7a anordnad stapel av branslekutsar 7b av uran. Ett kylmedel ar anordnat att strömma nedifran och upp genom branslepatronen. Ett antal sa kallade styrstavsledrör 4a är anordnade sig strackande genom hela branslepatronen. Styrstavsledrören 4a är avsedda att mottaga fingerformade styrstavar (ej visade) som skjuts in respektive dras ut ur ledrören 4a i syfte att reglera karnreaktorns effekt. en bottendel 4c.

Ledrören löper mellan en toppdel 4b och Toppdelen 4b är anordnad ovanför den översta bränsleenheten 3 i branslepatronen och bottendelen 4c är anordnad under den nedersta bransleenheten 3 i branslepatronen. Bransleenheterna 3 halls pa plats genom att de ar upptradda pa och fasta till styrstavsledrören 4a.

Brànslestavarnas 4 infastning till en topplatta 6 framgar närmare ur figur 2a. Topplattan 6 är försedd med stödklackar 8 anordnade mellan brànslestavarna 4 som ar infasta i denna.

Stödklackarnas 8 utformning framgår vidare av figur 2b. I figur 2b visas även att topplattan 6 är försedd med flödesöppningar 9 för passage av det kylmedel som under drift av reaktorn strömmar nedifran och upp genom branslepatronen.

Dessa flödesöppningar 20 ar saledes anordnade i huvudsak mellan bränslestavarnas 4 positioner. Flödesöppningarna 20 kan förses med blandningsfenor (ej visade) genom anordnande av flikar i flödesöppningens kant pà ett sådant sätt att kylmedlet som strömmar genom dessa omblandas.

Stödklackarna 8 är àstadkomna genom anordnande av hal, mellan flödesöppningarna 9 och ar sa djupa att det försankningar, ll i en plan plàt. Halen ll är anordnade 7 511 455 kvarvarande materialet i hàlets 11 botten erhàller en tjocklek pa i storleksordningen 0,7 millimeter. Genom denna utformning ges brànslestavarna 4, vars övre andar anordnas i hàlen ll, mölighet till differentiell vaxning genom att materialet i hàlets ll botten tillats att deformeras till en viss grad. Branslestavarnas 4 övre ändar fixeras till topplattan 6 exempelvis meddelst lasersvetsning eller motstandssvetsning, se hanvisningssiffra 12 i figur 2a.

Stödklackarna 8 är sàledes anordnade mellan brànslestavarna 4 och flödesöppningarna 9. Stödklackarna 8 har en tjocklek i brànslestavens axiella led pà i storleksordningen 5 millimeter och är anordnad sa att varje branslestav ar omgiven av fyra stödklackar 8. I figur 2a och figur 3a visas bränslestavarnas 4 övre ändar med nagot rundad form. Den rundade formen underlättar ytterligare för differentiell vaxning av brànslestavarna och deformation av hàlens ll botten.

Till höger i figuren 2a visas ett sidostöd 13 anordnat svetsat eller lött till topplattan 6. Topplattan 6 ar försedd med en stödklack 8 ocksa mellan sidostödet 13 och den intill detta anordnade bränslestaven 4. Pa detta satt erhålls en kraftig struktur med förmåga att ta upp sidokrafter frán intill anordnade branslepatroner.

Topplattan 6 är anordnad fixerad, permanent eller demonterbart, eller styrd till ledröret 4a via en hylsa 10.

I figur 3a visas en alternativ utföringsform av stödklackar 8 anordnade i en bransleenhet 3. Stödklackarna 8 ar anordnade i övre delen av en bränslestav 4, närmare bestämt i den topplugg som är anordnad att försluta denna. Stödklackarna 8 är utformade sig stràckande ut fràn branslestavens 4 yttre yta i en riktning tvärs kylmedlets flödesriktning och i en riktning parallell med bränslestavens centrumaxel.

Stödklackarna 8 ar fyra till antalet och jämnt fördelade kring branslestavens 4 topplugg. Stödklackarna 8 i intill varandra anordnade bränslestavar 4 ar anordnade att i fyra riktningar dikt anligga mot varandra i bransleenheten 3 eller 511455 8 mot ett sidostöd 13 som omger bransleenheten 3. Med denna utformning av branslestavens 4 övre ande erhàlls ett gott skydd mot paverkan av laterala krafter fràn t ex intill denna bränsleenhet anordnade brànsleenheter.

Brànslestavarna 4 i figur 3a är anordnade infàsta till topplattan 6 genom att tappar 14 ar anordnade i dess respektive ändar och instuckna i öppningar i topplattan 6.

Till höger i figuren 3a visas det ovan nämnda sidostodet 13 som är anordnat integrerat i topplattan och vikt i storleksordningen 90° i förhållande till topplattans 6 övriga struktur. Den intill sidostödet 13 anordnade bránslestaven 4 ar försedd med en stödklack 8 som stödjer'mot denna.

I figur 3b visas i en vy fran ovan en del av en brànsleenhet innefattande stödklackar 8 enligt figur 3a.

I samband med figurerna 2a, 2b, 3a, 3b diskuteras endast topplattor 6 och övre andar av bránselstavar 4. Självfallet är det möjligt eller till och med fördelaktigt att utforma bottenplattor 5 och nedre andar av bränslestavar 4 pà motsvarnade satt som ovan beskrivits.

Claims (2)

1. 0 15 20 25 30 q 511 455 PATENTKRAV l. Bränslepatron för en kärnreaktor av tryckvattentyp innefattande ett flertal pà varandra staplade bränsleenheter (3) vardera innefattande bränslestavar (4) som sträcker sig mellan en bottenplatta (5) och en topplatta (6) och där ett kylmedel är anordnat att strömma uppàt genom bränslepatronen kännetecknad av att den har ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt och att bränslestavarna (4) är anordnade i ett ortogonalt gitter och att topplattan (6) (9) och eller bottenplattan (5) är försedd med flödesöppningar försänkningar (ll) stödklackar (8) är utbildade i topplattan (6) i vilka bränslestavarna (4) är anordnade och att eller i bottenplattan (5) och mellan bränslestavarna (4) och mellan flödesöppningarna (9).

2. Bränslepatron för en kärnreaktor av tryckvattentyp innefattande ett flertal pà varandra staplade bränsleenheter (3)- vardera innefattande bränslestavar (4) som sträcker sig mellan en bottenplatta (5) och en topplatta (6) och där ett kylmedel är anordnat att strömma uppàt genom bränslepatronen kännetecknad av att den har ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt och att bränslestavarna (4) är anordnade i ett ortogonalt gitter och att den innefattar bränslestavar (4) vars övre eller undre ände är försedd med en plugg som i sin tur är försedd med stödklackar (8) utformade som vertikala flänsar sig sträckande i radiell riktning ut fràn pluggens yttre yta så att stödklackar (8) anordnade i intill varandra anordnade bränslestavar (4) anligger dikt mot varandra.