WO1990003647A1 - Anordnung zum zentrieren von bauteilen eines kernreaktors - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for centering components of a nuclear reactor and is applicable for fixing the position of fuel elements.
  • the reactor core which is arranged in a reactor pressure vessel, consists of a large number of fuel elements with a square cross section, which are arranged in a core vessel.
  • fuel rods are held in a supporting structure, which is formed from a fuel element head and a fuel element foot and intermediate guide tubes for control rods. Spacers are attached to the guide tubes, which bundle the fuel rods and hold them in such a way that they can expand freely.
  • a coolant flows through the fuel elements from bottom to top.
  • a scaffold insert is arranged in the core container above the fuel elements.
  • centering pins are attached in the grid plate of the scaffold insert in order to keep the fuel elements in the core container as close as possible to one another and to fix them in this position.
  • these centering pins are threaded into openings in the heads of the fuel assemblies.
  • the centering pins are located in an area where there is a very high neutron flux, which leads to changes in the material properties, in particular embrittlement.
  • the centering pins With horizontal loading, in particular with vibrations, the centering pins can loosen or break, which can lead to a washing away of the loose pin or a part of the centering pin, which then gets into the coolant circuits, which has a disadvantageous effect.
  • the centering pins are therefore checked for their condition during breaks in operation of the reactor and - if necessary - replaced. The review and exchange in the event However, a defect in the known designs is difficult and only possible with great effort.
  • the invention is based on the object of specifying an arrangement which offers a simple test option and easy interchangeability of the centering pins and ensures greater security.
  • This object is divided by an arrangement for centering ' ⁇ au- a nuclear reactor dissolved, fuel assemblies are arranged in which in a core container, the heads of which use by a Gerüst ⁇ are fixable, wherein trier pins at the top of the fuel assemblies centering are arranged on the frame insertion holes are brought into which the centering pins can be inserted.
  • centering pins are easily accessible each time the fuel element is changed and can be easily checked from above using a test device.
  • the stability is no longer primarily decisive for the material selection of the centering pins, since these are exchanged with the spent fuel elements after a relatively short dwell time in the nesutron flow.
  • the choice of material can therefore be made essentially without being influenced by the neutron radiation or by the wear resistance,
  • each fuel assembly 1 contains fuel rods, which are held in a support structure, which has a head 2 and a foot. In between are arranged guide tubes for control rods, to which spacers are attached, which bundle the fuel rods.
  • a large number of fuel elements 1 closely arranged in a row form the reactor core, which is accommodated in the reactor pressure vessel.
  • a scaffold insert 5 is arranged above the fuel element 1, on the lower grid plate 4 of which four openings 7 of a fictitious square are provided (FIG. 1). Centering pins 3 each protrude into two diagonally opposite openings 7.
  • FIG. 8 shows a spring-loaded interchangeable arrangement of the centering pins 3. While the rigid centering pins 3 require four openings 7 in the base plate 4 when there are two centering pins in the head 2, in the spring-loaded version of the centering pins 3 four centering pins - each one in the four corner areas of the head of a fuel assembly - which then only need two openings in the grid plate. The two centering pins, which are not in engagement, are in the pressed-in position during operation and participate in the spring-loaded floating protection of the fuel assemblies through the framework insert 5.

Abstract

In einem Kernbehälter sind Brennelemente (1) angeordnet, deren Köpfe (2) durch einen Gerüsteinsatz (5) fixierbar sind. Durch eine Zentriervorrichtung mit Zentrierstiften (3) werden die Brennelemente (1) im Kernbehälter dicht aneinander gehalten und in dieser Lage fixiert. Um eine einfache Prüfmöglichkeit und leichte Austauschbarkeit der Zentrierstifte (3) sowie eine höhere Sicherheit zu erzielen, sind die Zentrierstifte (3) am Kopf (2) der Brennelemente (1) angeordnet und am Gerüsteinsatz (5) Öffnungen (7) angebracht, in welche die Zentrierstifte (3) einführbar sind.

Description

Anordnung zum Zentrieren von Bauteilen eines Kernreaktors
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Zentrieren von Bauteilen eines Kernreaktors und ist zum Fixieren der Lage von Brennelementen anwendbar.
Der Reaktorkern, der in einem Reaktordruckbehälter angeordnet ist, besteht aus einer Vielzahl von Brennelementen mit quadrati¬ schem Querschnitt, die in einem Kernbehälter angeordnet sind. In den einzelnen Brennelementen sind Brennstäbe in einer Tragstruk¬ tur gehalten, die aus einem Brennelemente-Kopf und einem Brenn¬ elemente-Fuß und dazwischenliegenden Führungsrohren für Steuer¬ stäbe gebildet ist. An den Führungsrohren sind Abstandshalter befestigt, welche die Brennstäbe bündeln und derart halten, daß sie sich frei ausdehnen können. Die Brennelemente werden von unten nach oben von einem Kühlmittel durchströmt. Um dabei ein Aufschwimmen der Brennelemente zu verhindern, ist im Kernbehäl¬ ter über den Brennelementen ein Gerüsteinsatz angeordnet.
Bei bekannten Ausführungen dieser Art sind in der Gitterplatte des Gerüsteinsatzes Zentrierstifte angebracht, um die Brennele¬ mente im Kernbehälter möglichst dicht beieinander zu halten und in dieser Lage zu fixieren. Beim Einsetzen des oberen Gerüstein¬ satzes fädeln sich diese Zentrierstifte in Öffnungen der Köpfe der Brennelemente ein. Dadurch sind die Brennelemente in ihrer Quer- und Drehlage im Kernbehälter fixiert. Die Zentrierstifte befinden sich in einem Bereich, wo ein sehr hoher Neutronenfluß herrscht, der zu Veränderungen der Materialeigenschaften, ins¬ besondere zu Versprödungen führt. Bei horizontaler Belastung, insbesondere bei Vibrationen, können sich die Zentrierstifte lösen oder sie können brechen, was zu einem Fortschwemmen des losen Stiftes bzw. eines Teiles des Zentrierstiftes führen kann, der dann in die Kühlmittelkreisläufe gelangt, was sich nachtei¬ lig auswirkt. Daher werden die Zentrierstifte bei Betriebspausen des Reaktors auf ihren Zustand überprüft und - falls erforder¬ lich - ausgewechselt. Die Überprüfung und der Austausch im Falle eines Defekts ist bei den bekannten Ausführungen jedoch schwie¬ rig und nur unter großem Aufwand möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzu- geben, die eine einfache Prüfmöglichkeit und leichte Austausch¬ barkeit der Zentrierstifte bietet und eine höhere Sicherheit ge¬ währleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Zentrieren von'βau- teilen eines Kernreaktors gelöst, bei der in einem Kernbehälter Brennelemente angeordnet sind, deren Köpfe durch einen Gerüst¬ einsatz fixierbar sind, wobei am Kopf der Brennelemente Zen- trierstifte angeordnet sind und am Gerüsteinsatz Öffnungen an¬ gebracht sind, in welche die Zentrierstifte einführbar sind.
Auf diese Weise sind die Zentrierstifte bei jedem Brennelement¬ wechsel leicht zugänglich und mit einem Prüfgerät von oben auf einfache Weise prüfbar. Die Standfestigkkeit ist nicht mehr in erster Linie bestimmend für die Materialauswahl der Zentrier- stifte, da diese nach relativ kurzer Verweilzeit im Nεutronen- fluß mit den verbrauchten Brennelementen ausgewechselt werden. Es kann deshalb die Materialauswahl im wesentlichen ohne Beein¬ flussung durch die Neutronenstrahlung bzw. durch die Verschlei߬ festigkeit getroffen werden,
Auf der Gitterplatte des Gerüsteinsatzes können Aufbauten vorge¬ sehen sein, welche die Anbringung von vier Öffnungen erschweren, In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Zentrierstift in einem vorgegebenen Zentrierbereich im Durchmesser abzusetzen, wobei das mit einer Einführungsspitze versehen dünnere Ende eine im Durchmesser kleinere Bohrung als die Öffnung in Aufbauten der Gitterplatte durchdringt.
Bei Brennelementen, deren Kopf mit einem Rahmen versehen ist, ist es zweckmäßig, im Rahmen mindestens zwei diagonal gegen- überliegende Öffnungen anzuordnen, in denen die Zentrierstifte eingesetzt und verankert sind.
Die Zentrierstifte können dabei einen kegelförmigen Hals mit ei- nem Gewindeende besitzen und in eine entsprechende konische Öff¬ nung im Rahmen eingesetzt und durch eine Mutter festgeschraubt sein.
Es ist besonders günstig, die Zentrierstifte federnd in den Brennelementköpfen anzuordnen. Durch die federnde Anordnung brauchen in der unteren Gitterplatte des Gerüsteinsatzes für jedes Brennelement nur zwei anstatt vier diagonal gegenüberlie¬ gende Öffnungen vorgesehen zu werden, wenn die konstruktiven Verhältnisse dazu zwingen. Dies bedingt allerdings, daß im Brennelementkopf je ein Zentrierstift in den vier Eckbereichen angeordnet werden muß, um eine Zentrierung auch bei einer Dre¬ hung des Brennelementes um 90" zu gestatten. Durch die federnde Anordnung der Zentrierstifte wird auch eine Beschädigung der Brennelemente beim Auffädeln des Gerüsteinsatzes vermieden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
FIG 1 eine Draufsicht auf eine untere Gitterplatte eines über den Brennelementen angeordneten Gerüsteinsatzes eines Kernreaktors, FIG 2 eine Draufsicht auf die innerhalb einer Kernumfassung an¬ geordneten Brennelemente, FIG 3 einen Längsschnitt durch einen Reaktorkern, der in einem Reaktordurckbehälter angeordnet ist,
FIG 4 eine Befestigungsmöglichkeit für einen Zentrierstift in einem Rahmen des Kopfes eines Brennelementes, FIG 5 eine Befestigung eines Zentrierstiftes, der mit einem ke¬ gelförmigen Hals versehen ist, an einem Brennelement, FIG 6 eine Befestigung eines Zentrierstiftes durch eine Schwei߬ naht, FIG 7 eine Befestigung eines stufenförmig abgesetzten Zentrier¬ stiftes im unteren Kopfbereich eines Brennelementes, FIG 8 einen im Kopf eines Brennelementes gefedert angebrachten Zentrierstift und FIG 9 eine Draufsicht zu FIG 8.
In der in FIG 1 gezeigten Draufsicht auf eine untere Gitterplat¬ te 4 eines Gerüsteinsatzes 5 sind die in einem Reaktorkern ange¬ ordneten Brennelemente 1 gestrichelt dargestellt. Wie FIG 3 zeigt, enthält jedes Brennelement 1 Brennstäbe, die in einer Tragstruktur gehalten sind, welchen einen Kopf 2 und einen Fuß besitzt. Dazwischen sind Führungsrohre für Steuerstäbe angeord¬ net, an denen Abstandshalter befestigt sind, welche die Brenn¬ stäbe bündeln. Eine Vielzahl von eng aneinandergereihten Brenn- elementen 1 bilden den Reaktorkern, der im Reaktordruckbehälter untergebracht ist. Über dem Brennelement 1 ist ein Gerüstein¬ satz 5 angeordnet, an dessen unten angebrachter Gitterplatte 4 vier Öffnungen 7 eines fiktiven Quadrates angebracht sind (FIG 1). In zwei diagonal gegenüberliegenden Öffnungen 7 ragen jeweils Zentrierstifte 3 hinein. Diese beiden Zentrierstifte 3 sind am Kopf 2 der Brennelemente 1 diagonal gegenüberliegend be¬ festigt, wie auch aus FIG 2 ersichtlich ist. In dieser FIG 2 kann man erkennen, daß die Brennelemente 1 in der Kernumfassung 8 eng aneinandergerückt angeordnet sind und daß die am Rand stehenden Brennelemente um 90" gedreht eingesetzt sind.
Zum Befestigen der Zentrierstifte 3 im Kopf 2 der Brennelemente 1 sind gemäß FIG 4 im Rahmen 6 Bohrungen 9 angebracht, in welche die mit einem abgesetzten Hals 3a versehenen Zentrierstifte 3 eingesetzt und durch einen in eine Querbohrung 11 eingeführten Zentrierstift 10 gehalten sind. Aus der FIG 4 ist der Sitz des Zentrierstiftes 3 in der Zylinderöffnung 7 der Gitterplatte 4 des Gerüsteinsatzes 5 zu ersehen. Er ragt mit seiner Spitze 3b aus der Öffnung 7 heraus. Der Zylinderstift ist durch eine Stemmkante 12 gesichert. FIG 5 zeigt eine Befestigung eines Zylinderstiftes 3, der einen kegelförmigen Hals 3c mit Gewindeende 3d hat und in eine ent¬ sprechende konische Öffnung 13 im Rahmen 6 eingesetzt und durch eine Mutter 14 festgeschraubt ist. Zur Sicherung dient eine Spreizkerbe 15.
In FIG 6 ist ein Zentrierstift 3 dargestellt, der am Kopf 2 eines Brennelementes 1 durch eine Schweißnaht 16 befestigt ist.
Aus FIG 7 geht eine Befestigung eines Zentrierstiftes 3 an einer Grundplatte 17 des Kopfes 2 eines Brennelementes hervor. In die¬ ser Grundplatte 17 ist eine Gewindebohrung 19 vorgesehen, in die Zentrierstift 3 eingedreht und durch eine Sicherungsschraube 20a fixiert ist. Der Zentrierstift 3 ist in einem vorgegebenen Zentrierbereich im Durchmesser abgesetzt, wobei das mit einer Einführspitze 3b versehene dünnere Ende 3e eine entsprechende Bohrung 18a in Aufbauten 18 der Gitterplatte 4 durchdringt.
In den Figuren 4' bis 7 sind Ausführungen gezeigt, bei denen die Zentrierstifte 3 starr und austauschbar in den Kopf 2 der Brennelemente 1 eingesetzt sind.
FIG 8 zeigt eine gefederte austauschbare Anordnung der Zentrier¬ stifte 3. Während die starren Zentrierstifte 3 bei einer Anord- nung von zwei Zentrierstiften im Kopf 2 vier Öffnungen 7 in der Grundplatte 4 benötigen, können bei der gefederten Ausführung der Zentrierstifte 3 vier Zentrierstifte - je einer in den vier Eckbereichen des Kopfes eines Brennelementes - angeordnet sein, die dann nur zwei Öffnungen in der Gitterplatte benötigen. Die dabei nicht in Eingriff befindlichen zwei Zentrierstifte sind während des Betriebes in eingedrückter Stellung und beteiligen sich an der gefederten Aufschwimmsicherung der Brennelemente durch den Gerüsteinsatz 5.
In üblicher Weise sind auch bei gefederter Ausbildung der Zen¬ trierstifte zwei Zentrierstifte im Kopf der Brennelemente und vier Öffnungen in der Gitterplatte 4 vorgesehen. Sind zwei Stifte im Kopf und vier Öffnungen in der Gitterplatte 4 vorge¬ sehen, so kann es zu Schwierigkeiten kommen, wie dies z.B. bei Niederhaltebrücken 20 - an zwei Brennelementeposition in FIG 1 gezeigt - der Fall ist. Die Befestigungspunkte 21 dieser Nieder¬ haltebrücken 20 müssen dann zur Umgehung dieser Schwierigkeiten so angeordnet werden, daß sie neben dem Bereichen der Öffnungen 7 zu liegen kommen, d.h. neben zwei Öffnungen 7 sind jeweils mindestens zwei Befestigungspunkte 21 für die Niederhaltebrücken 20 vorgesehen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung, die in FIG 8 darge¬ stellt ist, bei welcher der Zentrierstift einen kegelförmigen Zentrierbereich 3f aufweist, der keine selbsthemmende Wirkung haben darf (d.h. der Neigungswinkelc der Kegelfläche zur Mit¬ tenachse muß größer sein als der Reibungswinkel o , der im wesentlichen abhängig ist vom Werkstoff). Bei der dargestellten Zentrierstift-Gestaltung sind die Öffnung 7 in der Gitterplatte 4 des Gerüsteinsatzes 5 entsprechend konisch ausgebildet. Da- durch ergibt sich ein spielfreier Eingriff des Zentrierstiftes in die Öffnung 7, wobei er die Oberseite 4a der Gitterplatte 4 nicht bzw. nur unwesentlich überragt, so daß eventuell vorhande¬ ne Aufbauten 18 an der Gitterplatte 4 nicht stören.
Bei der gefederten Ausführung können also sowohl zwei Stifte am Kopf der Brennelemente 1 und vier Öffnungen in der Gitterplatte 4 des Gerüstaufbaues angeordnet sein, sowie vier Stifte am Kopf der Brennelemente und zwei Zentrieröffnungen 7 in der Gitter- platte 4 des Gerüsteinsatzes 5 vorgesehen sein.
Diese letztere Lösung ist in der Draufsicht in der FIG 9 dar¬ gestellt. In den Eckbereichen des Kopfes 2 sind Aufnahmeboh¬ rungen 21 angeordnet, in welche die Zentrierstifte eingesetzt werden. Zwischen dem Zentrierstift 3 und der Grundplatte 17 eine Druckfeder 22 angebracht, welche den Zentrierstift 3 einem Anschlagbund 23 in die dargestellte Position drückt, der Grundplatte ist ein Zentrierteil 24 für die Druckfeder befestigt.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Zentrieren von Bauteilen eines Kernreaktors, bei der in einem Kernbehälter (K) Brennelemente (1) angeordnet sind, deren Köpfe (2) durch einen Gerüsteinsatz (5) fixierbar sind, wobei am Kopf (2) der Brennelemente (1) Zentrierstifte (3) angeordnet sind und am Gerüsteinsatz (5) Öffnungen (7) ange¬ bracht sind, in welche die Zentrierstifte (3) einführbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Zentrierstifte (3) in einem vorgegebenen Zentrierbereich im Durchmesser abgesetzt sind, wobei das mit einer Einführspitze (3b) versehene dünnere Ende (3e) eine im Durchmesser kleinere Bohrung (18a) als die Öffnung (7) in Aufbauten (18) der Gitterplatte (4) durchdringt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Kopf des Brenn¬ elementes (1) mit einem Rahmen (6) versehen ist, in dem minde¬ stens zwei diagonal gegenüberliegende Öffnungen (9, 13) ange¬ ordnet sind, in denen die Zentrierstifte (3) eingesetzt und ver- ankert sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der die Zentrierstifte (3) einen kegelförmigen Hals (3c) mit Gewindeende (3d) haben und in eine entsprechende konische Öffnung (13) im Rahmen (6) einge- setzt und durch eine Mutter (14) festgeschraubt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Zentrierstifte (3) in ihrer Längsachse federnd im Kopf (2) eines Brennelementes (1) angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5 , bei der der Zentrierbereich der Zentrierstifte (3 ) kegelförmig und die zum Zentrieren dienenden Öffnungen (7 ) im Gerüsteinsatz (5 ) entsprechend konisch ausge¬ bildet sind .
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