SE531037C2 - Styrstav - Google Patents

Description

531 G3? saka skuggkorrosion på bränslekanalen. Dessutom kan det strukturella rostfria stålets eller den nickelbaserade legeringens närhet till hafniummaterialet i styrstaven förorsaka skuggkorro- sion på hafniumkomponenten.

JP-4301793 visar en styrstav för en kokvattenreaktor. Styrsta- ven innefattar plåtar tillverkade av tunna plattor och inrättade i en korsliknande konfiguration med fyra vingar. Varje vinge inne- sluter ett inre utrymme. Plattliknande eller rörliknande neutron- baserade element i form av plattor eller rör av hafnium är inrät- tade i varje utrymme. Reaktorvatten passerar mellan hafnium- plåtarna eller i hafniumrören i varje vinge och även mellan det strukturella bladet och hafniumplattorna eller -rören.

SE-B-512 804 visar en anordning innefattande en första kompo- nent av en zirkoniumbaserad legering och en andra komponent av rostfritt stål, en nickelbaserad legering eller liknande. Den andra komponenten innefattar ett ytsklkt av ett elektriskt iso- lerande material i syfte att förhindra skuggkorrosion på den för- sta komponenten.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja de ovan nämnda problemen och tillhandahålla en förbättrad styr- stav. Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att reducera risken för skuggkorrosion i en styrstav för en kärnreak- tor speciellt för en kokvattenreaktor.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna styrsta- ven som kännetecknas av att den inre ytan hos höljet har ett elektriskt isolerande ytsklkt.

Med hjälp av ett sådant elektriskt isolerande ytsklkt kommer skuggkorrosion på absorbatorkroppen att förhindras eller åtmin- stone effektivt reduceras. Skuggkorrosionsfenomenet är, även 531 03? om det erfordrar ett neutronstrålningsfält, av galvanisk natur och en möjlighet tiil att avsevärt reducera korrosionshastigheten är att reducera potentialskillnaden mellan materialen. En sådan re- ducering av potentialskillnaden kan uppnås med den föreslagna beläggningen med ett elektriskt isolerande material på den inre ytan hos höljet hos styrstaven.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är absorbatorkroppen tillverkad av hafnium. Uppfinnarna av föreliggande uppfinning har insett att defekter, som har observerats på hafniumabsorba- torkroppar hos styrstavar, kan ha uppstått på grund av skugg- korrosion. Genom att applicera ett elektriskt isolerande material på den inre ytan hos höljet kan skuggkorrosion på hafniumab- sorbatorkroppen förhindras eller reduceras väsentligt.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen gränsar det elektriskt isolerande ytskiktet till det inre utrymmet. Reaktorvatt- net som normalt strömmar genom det inre utrymmet hos styrsta- ven och som kan bilda en elektrolyt kommer således att vara i kontakt med det elektriskt isolerande skiktet men inte direkt med det strukturella materialet hos höljet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar el- ler består det elektriskt isolerande ytskiktet av ett keramiskt ma- terial. Ett keramiskt material är lämpligt för beläggning av stora ytor, till exempel hela den inre ytan hos höljet, med en god och hållbar vidhäftning på en järnbaserad legering, såsom rostfritt stål, eller på en nickelbaserad legering. Ett keramiskt material kan också uppvisa en hög motståndskraft mot degradering un- der bestrålning. Vidare kan ett keramiskt material även väljas i syfte att förhindra ett ökat aktivitetsfrigörande. Med fördel kan det elektriskt isolerande ytskiktet innefatta eller bestå av en me- talloxid, såsom en zirkoniumoxid, en hafniumoxid och/eller en titanoxid. 531 G3? Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har det elekt- riskt isolerande ytskiktet en tjocklek som är åtminstone 0,01 pm.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen finns ett mel- ianrum i det inre utrymmet mellan absorbatorkroppen och den inre ytan hos höljet, varvid mellanrummet är anpassat att tillåta reaktorvatten att strömma därigenom. Vidare kan höljet innefatta åtminstone en inloppsöppning för reaktorvattnet och åtminstone en utloppsöppning för reaktorvattnet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar ab- sorbatorkroppen åtminstone en absorbatorplatta. Absorbatorp- lattan kan vara inrättad i det inre utrymmet parallellt med mot- satta sidor hos den inre ytan hos höljet. Med fördel innefattar absorbatorkroppen två absorbatorplattor inrättade parallellt med och på ett avstånd från varandra och den inre ytan hos höljet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar ab- sorbatorkroppen åtminstone en absorbatorstav. Absorbatorsta- ven kan vara massiv eller rörformig och således tillåta reaktor- vatten att strömma därigenom.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar ab- sorbatorkroppen åtminstone ett absorbatorrör. Absorbatorröret kan med fördel ha en làngsträckt tvärsnittsform sedd i riktningen hos styrstavens längsgående axel.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen sträcker sig absorbatorkroppen parallellt med styrstavens längsgående axel.

Föreliggande uppfinning är således giltig för en eller flera skikt av hafniumplattor inrättade i det inre utrymmet liksom för alla former av hafniumrör inrättade i det inre utrymmet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har styrsta- ven i ett tvärsnitt vinkelrätt mot den längsgående axeln en kors- liknande konfiguration med fyra ortogonala vingar, av vilka varje 53% 03? innesluter ett inre utrymme innefattande åtminstone en absorba- torkropp. Varje sådan absorbatorkropp kan ha vilken som helst av de ovan angivna formerna.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har den yttre ytan hos höijet ett elektriskt isolerande ytskikt. Det elektriskt iso- lerande skiktet hos den yttre ytan hos höljet kan vara av samma material och ha samma tjocklek som det elektriskt isolerande skiktet hos den inre ytan hos höljet.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras närmare genom en beskrivning, såsom exempel, av olika utföringsformer därav och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig. 1 visar schematiskt en sidovy av en styrstav enligt en första utföringsform av uppfinningen.

Fig. 2 visar schematiskt en tvärsnittsvy av styrstaven i Fig. 1.

Fig. 3 visar schematiskt en del av tvärsnittsvyn i Fig. 2.

Fig. 4 visar schematiskt en tvärsnittsvy av en styrstav enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

Fig. 5 visar schematiskt en tvärsnittsvy av en styrstav enligt en tredje utföringsform av uppfinningen.

Fig. 6 visar schematiskt en tvärsnittsvy av en styrstav enligt en fjärde utföringsform av uppfinningen. 53% G3? DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Med hänvisning till Fig. 1-3 visas en styrstav 1. Styrstaven 1 är anpassad att införas i en härd av bränslepatroner (ej visade) i en lättvattenreaktor, och närmare bestämt en kokvattenreaktor, BWR. Styrstaven 1 är anpassad att införas och förskjutas i en vertikal riktning längs en längsgående axel x hos styrstaven 1.

Det skall noteras att uppfinningen inte är begränsad till styrsta- var lämpliga för kokvattenreaktorer, utan stavstavarna enligt uppfinningen kan också användas i andra typer av kärnreakto- rer, såsom tryckvattenreaktorer, PWR.

Styrstaven 1 innefattar ett hölje 2 som innesluter åtminstone ett inre utrymme 3 och som har en inre yta 2' vänd mot det inre ut- rymmet 3 och en motsatt yttre yta 2" vänd utåt, se Fig. 3. l de visade utföringsformerna har styrstaven 1, i ett tvärsnitt vin- kelrätt mot den längsgående axeln x, en korsliknande konfigura- tion med fyra ortogonala vingar 4. Var och en av vingarna 4 in- nesluter ett inre utrymme 3.

Styrstaven 1 har en övre ände 1' och en nedre ände 1". Ett handtag eller griporgan 1a är anordat vid den övre änden 1'.

Höljet 2 innefattar ett antal inloppsöppningar 5 för reaktorvatten och ett antal utloppsöppningar 6 för reaktorvattnet som ström- mar genom reaktorn och genom styrstavens 1 inre utrymme 3. l de visade utföringsformerna finns tolv motsatta inloppsöppning- ar 5 till det inre utrymmet 3 hos varje vinge 4 i närheten av den nedre änden 1", och tolv motsatta utloppsöppningar 6 till det inre utrymmet 3 hos varje vinge 4 i närheten av den övre änden 1'. Det skall noteras att utformningen, placeringen och antalet av sådana öppningar 5, 6 kan varieras. 531 03? Höljet 2 innefattar eller är tillverkat av ett strukturellt material av en järnbaserad legering, såsom rostfritt stål, eller av en nickel- baserad legering, såsom lnconel. Åtminstone en absorbatorkropp 7 är anordnad i var och en av de inre utrymmena 3 hos styrstaven 1. Absorbatorkroppen 7 är monterad i det inre utrymmet 3 med lämpliga monteringsmedel, schematiskt indikerade som två monteringsorgan 8 i Fig. 3. Kon- figurationen och utformningen av absorbatorkroppen 7 skall be- skrivas närmare nedan. Absorbatorkroppen 7 är tillverkad av hafnium, som är ett neutronabsorberande material. l varje inre utrymme 3 finns ett mellanrum eller en spalt mellan absorbatorkroppen 7 och den inre ytan 2' hos höljet 2. Mellan- rummet eller spalten är anpassad att tillåta reaktorvatten att strömma mellan den inre ytan 2' och absorbatorkroppen 7 från inloppsöppningarna 5 till utloppsöppningarna 6 under reaktorns drift.

Den inre ytan 2' hos höljet 2 har ett elektriskt isolerande ytskikt 9, som gränsar till det inre utrymmet 3. Följaktligen kommer det elektriskt isolerande ytskiktet 9 att vara i kontakt med reaktor- vattnet under reaktorns drift och således förhindra höljets struk- turella material, det vill säga den järnbaserade legeringen eller den nickelbaserade legeringen från kontakt med reaktorvattnet. l de visade utföringsformerna kan även den yttre ytan 2" hos höl- jet 2 ha ett elektriskt isolerande ytskikt 9, som kommer att vara i direkt kontakt med reaktorvattnet som strömmar genom reaktorn utanför styrstaven 1.

Det elektriskt isolerande ytskiktet 9, på den inre ytan 2' och val- fritt pà den yttre ytan 2", innefattar eller består av ett keramiskt material, som är applicerat som en beläggning på höljets 2 strukturella material. Det keramiska materialet kan appliceras med hjälp av kända appliceringsmetoder. Det elektriskt iso- lerande ytskiktet 9 har en tjocklek, som är åtminstone 0,01 um, 531 03? företrädesvis åtminstone 0,02 um, och mer företrädesvis åtmin- stone 0,03 pm.

Med fördel innefattar eller består det elektriskt isolerande ytskik- tet 9 av ett keramiskt material såsom en metalloxid. Lämpliga metalloxider är zirkoniumoxid, hafniumoxid ochleller titanoxid.

I den första utföringsformen, som visas i Fig.1-3, år två absorba- torkroppar 7 anordnade i det inre utrymmet 3 hos varje vinge 4.

Absorbatorkropparna är utformade som två absorbatorplattor 21 monterade i det inre utrymmet hos varje vinge med hjälp av monteringsorganen 8. Absorbatorplattorna 22 är anordnade pa- rallellt med och på ett avstånd från varandra och den inre ytan 2' hos höljet. Absorbatorplattorna 21 sträcker sig parallellt med den längsgående axeln x hos styrstaven 1. Såsom kan ses i Fig. 2 och 3 finns ett mellanrum eller en spalt mellan en första av absorbatorplattorna 21 och en sida hos den inre ytan 2", mellan absorbatorplattorna 21 själva och mellan en andra av absorba- torplattorna 21 och den motsatta sidan av den inre ytan 2'. Re- aktorvatten kommer att strömma genom dessa mellanrum eller spalter under reaktorns drift. Det skall noteras att i stället för två absorbatorplattor 21 kan en sådan absorbatorplatta 21 vara an- ordnad i det inre utrymmet 3 hos varje vinge 4. Det är också möjligt att anordna fler än två parallella absorbatorplattor 21, exempelvis tre parallella absorbatorplattor på ett avstånd från varandra och från den inre ytan 2'.

Fig. 4 illustrerar en andra utföringsform som skiljer sig från den första utföringsformen genom att absorbatorkroppen 7 innefattar en absorbatorstav 22. Absorbatorstaven 22 kan vara massiv el- ler rörformig. Reaktorvatten kan strömma genom en sådan rör- formig absorbatorstav 22. l den andra utföringsformen är 9 så- dana absorbatorstavar 23 anordnade med hjälp av monterings- medel (ej visade) på ett avstånd från varandra i det inre utrym- met 3 hos varje vinge 4 hos styrstaven 1. Absorbatorstavarna 22 sträcker sig parallellt med varandra, med den inre ytan 2' hos 53% C33? höljet 2 och med den längsgående axeln x hos styrstaven 1. Så- som kan ses i Fig. 4 finns ett mellanrum mellan absorbatorsta- varna 22 och en sida av den inre ytan 2", mellan absorbatorsta- varna 22 själva och mellan absorbatorstavarna 22 och den mot- satta sidan hos den inre ytan 2'. Reaktorvatten kommer att strömma genom dessa mellanrum under reaktorns drift. Det skall noteras att antalet absorbatorstavar i varje vinge 4 kan va- rleras.

Fig. 5 illustrerar en tredje utföringsform som skiljer sig från den andra utföringsformen genom att varje absorbatorkropp 7 inne- fattarett långsträckt absorbatorrör 23, det vill säga ett absorba- torrör som har ett avlångt tvärsnitt sett i riktningen hos styrsta- vens 1 längsgående axel x. l den tredje utföringsformen är två sådana avlånga absorbatorrör 23 anordnade med hjälp av mon- teringsmedel (ej visade) på ett avstånd från varandra i det inre utrymmet 3 hos varje vinge 4 hos styrstaven 1. De avlånga ab- sorbatorrören 23 sträcker sig parallellt med varandra, med den inre ytan 2' hos höljet 2 och med den längsgående axeln x hos styrstaven 1. Det làngsträckta absorbatorröret 23 tillåter reak- torvatten att strömma därigenom under reaktorns drift. Såsom kan ses i Fig. 5 finns ett mellanrum mellan de làngsträckta ab- sorbatorrören 23 och en sida av den inre ytan 2", mellan de långstråckta absorbatorrören 23 själva och mellan de làngsträckta absorbatorrören 23 och den motsatta sidan hos den inre ytan 2'. Reaktorvatten kommer att strömma genom detta mellanrum under reaktorns drift.

Fig. 6 visar en fjärde utföringsform som skiljer sig från den tred- je utföringsformen endast genom att tre, i stället för två, làngsträckta absorbatorrör 23 är anordnade i det inre utrymmet hos varje vinge 4 hos styrstaven 1.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de visade utfö- ringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de följande patentkraven. Exempelvis skall noteras att absorba- 53^1 G37 torkropparna 7 inte behöver sträcka sig längs det inre utrymmets 3 hela längd utan mer än en absorbatorkropp kan vara anordna- de successivt längs det inre utrymmets 3 vertikala längd.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 §3¶ 037 H Patentkrav

1. Styrstav anpassad att införas i en härd hos en lättvatten- reaktor längs en längsgående axel (x) hos styrstaven, innefat- tande ett hölje (2), som innesluter åtminstone ett inre utrymme (3) och har en inre yta (2') vänd mot det inre utrymmet (3) och en motsatt yttre yta (2") vänd utåt, och åtminstone en absorbatorkropp (7), anordnad i det inre ut- rymmet (3) och tillverkad av hafnium, varvid höljet (2) innefattar eller är tillverkat av ett strukturellt material av en järnbaserad legering eller en nickelbaserad legering, kännetecknad av att den inre ytan (2') hos höljet (2) har ett elektriskt isolerande ytskikt (9) som gränsar till det inre utrym- met (3).

2. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid det elektriskt isolerande ytskiket (9) innefattar eller består av ett ke- ramiskt material.

3. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid det elektriskt isolerande ytskiktet (9) innefattar eller består av en metalloxid.

4. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid det elektriskt isolerande ytskiktet (9) innefattar eller består av en zirkoniumoxid.

5. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid det elektriskt isolerande ytskiktet (9) innefattar eller består av en hafniumoxid.

6. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid det elektriskt isolerande ytskiktet (9) innefattar eller består av en titanoxid. 10 15 20 25 30 35 53% C13? l2

7. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid det elektriskt isolerande ytskiktet (9) har en tjocklek som är åtmin- stone 0,01 pm.

8. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid det finns ett mellanrum i det inre utrymmet (3) mellan absorbator- kroppen (7) och den inre ytan (2') hos höljet (2) och varvid mel- lanrummet är anpassat att tillåta reaktorvatten att strömma där- igenom.

9. Styrstav enligt krav 8, varvid höljet (2) innefattar åtminsto- ne en inloppsöppning (5) för reaktorvatten och åtminstone en utloppsöppning (6) för reaktorvattnet.

10. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid ab- sorbatorkroppen (7) innefattar åtminstone en absorbatorplatta (21).

11. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid ab- sorbatorkroppen (7) innefattar åtminstone en absorbatorstav (22).

12. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid ab- sorbatorkroppen (7) innefattar åtminstone ett absorbatorrör (23).

13. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid ab- sorbatorkroppen (7) sträcker sig parallellt med styrstavens (1) längsgående axel (x).

14. Styrstav enligt något av de föregående kraven, varvid styr- staven (1), i tvärsnitt vinkelrätt mot den längsgående axeln (x). har en korsliknande konfiguration med fyra ortogonala vingar (4), vilka var och en innesluter ett inre utrymme (3) som innefat- tar åtminstone en absorbatorkropp (7). 53'l 037 |3 13- Sfyfsïay enligt rlågot av de föregående kraven, varvid den Y fe Yta" (2) HOS höljet (2) har ett elektriskt isolerande ytskikt (9)-