DE1079750B - Haltevorrichtung fuer Kernreaktor-Brennstoffelemente - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Haltevorrichtungen für vertikal orientierte Kernreaktoren und betrifft insbesondere Halterungen für Moderatorwerkstofrsäulen und Brennstoffelementsäulen, welche den Kern ; eines Kernreaktors bilden.

Zwei Hauptprobleme, welche bei der Halterung der Kernbrennstoffelemente und des Moderatorwerkstoffes auftreten, müssen bei der Planung bzw. Konstruktion eines vertikal orientierten Kernreaktors berücksichtigt werden. Das erste Problem ergibt sich aus der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem Moderatorwerkstoff und dem Werkstoff des Grundbauteils, welcher den Reaktorkern hält. Das zweite Problem besteht darin, daß eine Halterung für die Brennstoffelemente geschaffen werden muß, mittels welcher die Brennstoffelemente zentriert und abgestützt in ihren Kanälen im Moderatoraufbau gehalten werden, diese Halterung gleichzeitig aber federnd nachgiebig sein muß, um dem Fall Rechnung zu tragen, daß ein Brennstoffelement frei auf die Halterung herabfällt. Unterschiedliche Wärmeaus dehnungen können Beanspruchungen und Bewegungen hervorrufen, welche eine Unstabilität oder einen Bruch des Moderatoraufbaus zur Folge haben, und ein Aufpral- : len der Brennstoffelemente auf starre Halterungen könnte zu einem Abplatzen der Schutzmantel der Elemente führen, so daß es zu einer Verseuchung des Reaktors kommt.

Andere unumgängliche Probleme, die aber nicht '■■ nur den vertikal orientierten Reaktoren eigentümlich sind, ergeben sich aus dem Bestreben, die Pumpleistungsverluste beim Eintritt des Kühlmittels in die Brennstoffelementkanäle des Moderators und beim Austritt aus diesen auf einen Kleinstwert herahzuset- : zen, sowie aus der Steuerung der Kühlmittelströmung in den Kanälen, derart, daß ein gewisser gleichmäßiger Temperaturanstieg in allen Kanälen erzielt wird.

Es ist eine gitterförmige Halteplatte für Brennstoff- und Graphit-Reflektor elemente bekannt, welche eine symmetrischeAnordnung großer Aussparungen, kleiner Löcher und Zapfen aufweist. Diese Platte ermöglicht eine Vielzahl verschiedener Kernaufbauanordnungen, wobei die unbenutzten Löcher verstöpselt werden, um zu verhindern, daß Kühlmittel die Brennstoffelemente umgeht. Bei einer weiteren bekannten Haltevorrichtung für vertikal orientierte Kernreaktoren dient eine Stahlplatte als Grundlage für die Ziegel, und diese Platte weist eine den Brennstoffelementkanälen entsprechende Anzahl von Aussparungen auf. Die Aussparungen verjüngen sidh von einer Zwischenfläche weg und sind von einer ringförmigen Nut umgeben, die in eine Sperrvorrichtung eingreift, welche zum Halten der Brennstoffelemente in den Kanälen vorgesehen ist.

Haltevorrichtung
für Kernreaktor-Brennstoffelemente

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Frank Geoffrey Greenhalgh und Everett Long, London, sind als Erfinder genannt worden

Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung einer Haltevorrichtung für die den Kern eines Kernreaktors bildenden senkrechten Säulen von Brennstoffelementen und Moderatorwerkstoff, wobei diese Halterungen nachgiebig ausgebildet sind, um den durch fallende Brennstoffelemente "hervorgerufenen Aufprall abbremsend auf zufangen, '--und außerdem den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen den Grundhai terungsibauteilen und' den von ihnen gehaltenen Moderator- und Brennstoffelementsäulen Rechnung tragen. '>

Die Haltevorrichtung fü-r vertikal orientierte Kernreaktoren zur Halterung von Moderatorwerkstoffsäulen und Brennstoffelementsäulen in Brennstoffkanälen der Moderatorsäulen mit einer Grundplatte, welche mit den Brennstoffkanälen fluchtende Aussparungen aufweist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß für jede Moderatorsäule und zugehörige Brennstoffelementsäule eine gemeinsame Halterungvorgesehen ist, welche eine quer zur Achse des Brennstoffkanals verlaufende freie Bewegung der Moderator- und Brennstoffelementsäiilen relativ zur Grundplatte zuläßt, derart, daß; bei Ausdehnung oder Zusammenziehung der Grundplatte die Brennstoffelementsäule im Brennstoffkanal zentriert bleibt.

Ein weiteres Kennzeichen der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung besteht darin, daß die gemeinsame Halterung aus einer relativ zur Grundplatte beweglichen Kugel- und Käfigbauteilgruppe besteht und daß innerhalb dieser Bauteilgruppe ein Ring vorgesehen ist, welcher sich nach oben und unten über die Platte hinaus erstreckt, so daß der nach oben vorspringende Ringteil eine Bewegungsbegrenzung für die Kugel- und Käfigbauteilgruppe bildet, während der nach

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unten vorspringende Ringteil in der Grundplatte eingelassen ist.

Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Halterung eine Strebe aufweist, die das unterste Brennstoffelement der Brennstoffelementsäule trägt, wobei die Strebe unter dem Einfluß von Stoß oder Übergewicht in gesteuerter Weise verschoben bzw. verlagert wird.

Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, daß die Strebe Schneideklingen aufweist, die so angeordnet sind, daß sie einer Fläche ausgesetzt werden, in welche sie einzuschneiden vermögen, wenn die Belastung auf der Strebe einen vorbestimmten Wert übersteigt.

Schließlich wird die erfmdungsgemäße Haltevorrichtung noch dadurch gekennzeichnet, daß die Strebe einen Flansch trägt, der dazu dient, die Kühlmittelströmung durch den Brennstoffkanal zu steuern.

Eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden, und zwar stellt die Zeichnung (unterteilt in die beiden Fig. 1 und 2) einen Schnitt durch das untere Ende eines Kernreaktor-Brennstoffelementkanals dar.

Eine Belastung aufnehmende Haltestrebe 210 ist vermittels eines Scherstiftes oder Abscherbolzens 212 in einer Führung 211 gebalten. An der Strebe sind vier Schneidklingen 213 befestigt, welche viertelkreisförmige Schneiden oder Schneidkanten (Bremsflächen) haben, die sich über die Innenwand eines Bauteiles 215 hinweg bewegen können.

Der Bauteil 215 hat einen Flansch 216, welcher auf einem Nabenstück 217 aufsitzt, das eine konische Eingangsöffnung 218 aufweist. Das Nabenstück 217 ist durch drei Stege 219 gehalten, welche einen Teil einer Lager- bzw. Zentrierbuchse 220 bilden. Die Zentrierbuchse 220 ist auf einer oberen Stahlplatte 221 gelagert, die auf einem Kugellager 222 auf einer unteren Stahlplatte 223 sitzt. Die Platte 223 wird durch einen Ring 224 in ihrer richtigen Lage gehalten, welcher an seinem oberen Ende 225 den Lauf oder die freie Bewegung des Kugellagers 222 begrenzt, während er an seinem unteren Ende 226 in einer 10,16cm starken Haupt-Halte- bzw. Stützplatte 227 gehalten ist. Die Platte 227 ist mit einer Bohrung 228 versehen, die eine Auskehlung 229 aufweist. Der Bauteil 215 läuft in ein glattes Endstück 230 aus, welches derart geformt ist, daß es dem aufwärts durch die Bohrung 228 hindurchströmenden Gas einen geringen Störungswiderstand entgegensetzt.

Die obere Platte 221 hält außerdem eine Graphitsäule 231, welche als eine von vielen gleichartigen Säulen anzusehen ist, die alle mit ihren Grundflächen aneinandergrenzen und den Graphitmoderatoraufbau eines Kernreaktors bilden. Auf dem untersten Ziegel 232 der Graphitsäule 231 sitzen zwei Deckplatten 233, 234, und darüber befindet sich ein weiterer Graphitziegel 235, Der Baustein 235 ist ein Ziegel der untersten Bausteinschicht des eigentlichen Moderatoraufbaus. Der Baustein 232 ist einer aus der Ziegel- bzw. Bausteinschicht, welche den unteren Graphitreflektor des Reaktors bildet. Die Deckplatten 233, 234 sind so dimensioniert/ daß sie dem Wignerschen Wachstum Rechnung tragen. Der Baustein 232 hat einen Absatz 236. Das Teilstück unterhalb dieses Absatzes ist als frei von Wignerschen Anwachsen anzusehen, und gerade diese unteren Teilstücke legen sich an benachbarte Bausteine, wodurch der Moderatoraufbau ein starres Gefüge erhält. Das Lager 222 läßt eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischender Platte 227 und dem Graphitaufbau zu.

Die Strebe 210, aus einem Werkstoff mit geringer Neutronenabsorption hergestellt (beispielsweise Magnesium), trägt oder hält eine Graphitsäule 237, die in einem Magnesiumbehälter 238 eingeschlossen ist. Die Strebe 210 weist außerdem eine mittige Zugstange 239 auf, die in ein Nabenstück 240 eingeschraubt ist. Am anderen Ende der Zugstange 239 ist ein Nabenstück

ίο 241 vorgesehen, welches einen konischen Bauteil 242 trägt, der mit drei Lager- bzw. Zentrierschenkel 243 ausgestattet ist. Ein Brennstoffelement 244 mit einem im Bauteil 242 sitzenden Kegel 247 ist teilweise dargestellt.

Die Führung 211 hat einen Flansch 245 und Stege 246. Der Durchmesser dieses Flansches wird 'den strömungstechnischen Erfordernissen angepaßt, um einen Temperaturanstieg des Gases währenddes Durchströmens durch den Reaktorkern zu 'bewirken, der

ao etwa gleich der Temperaturerhöhung in den anderen Kanälen des Kerns ist.

Der Abschetfbolzen oder Seegerstift 212 ist so ausgebildet, daß er sowohl durch die Führung 211 als auch durch den Bauteil 215 hindurchragt. Erfolgt ein

größerer Stoß auf die Strebe 210 (beispielsweise durch ein frei fallendes Brennstoffelement, welches auf den konischen Bauteil 242 aufprallt), so wird ein Teil des Stoßes durch das Abscheren des Bolzens 212 aufgefangen, die Strebe 210 entlang der Führung 211 nach unten getrieben und der Rest des Stoßes allmählich, während die Schneidklingen 213 in die innere Wandung 214 des Bauteiles 215 einschneiden bzw. eindringen, abgefangen. Ein kleinerer Stoß, wie er beispielsweise beim Laden der Brennstoffelemente in den Reaktor hervorgerufen wird, wird durch die Festigkeit des Abscberbolzens abgefangen. Ist der Abscherbolzen einmal zerbrochen und ha'ben sich die Schneidklingen in die Wandung 214 eingefressen, so müssen die innerhalb der Büchse 217 sich befindenden Teile ersetzt werden. Da die unteren Flächen der Schaufeln bzw. Schneidklingen 213 über das Ende des Bauteils 210 hinausragen, können beim Herausziehen der durch die Büchse 217 gehaltenen Teile aus dem Reaktor, und zwar durch Anheben der Lagerschenkel 243, die Grundflächen der Schneidklingen 213 die Führung 211 und somit den Bauteil 215 mit anheben.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Haltevorrichtung für vertikal orientierte Kernreaktoren zur Halterung von Moderatorwerkstoffsäulen und Brennstoffelementsäulen in Brennstoffkanälen der Moderatorsäulen mit einer Grundplatte, welche 'mit den Brennstoffkanälen fluchtende Aussparungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Moderatorsäule und zugehörige Brennstoffelementsäule eine gemeinsame Halterung vorgesehen ist, welche eine quer zur Achse des Brennstoffkanals verlaufende freie Bewegung der Moderator- und Brennstoffelementsäulen relativ zur Grundplatte zuläßt, derart, daß bei Ausdehnung oder Zusammenziehung der Grundplatte (223 bis 227) die Brennstoffelementsäule im Brennstoffkanal zentriert bleibt.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Halterung aus einer relativ zur Grundplatte beweglichen Kugel- und Käfigbauteilgruppe besteht und daß innerhalb dieser Bauteilgruppe ein Ring (224) vorgesehen ist, welcher sich nach oben und unten über

die Platte (223) hinaus erstreckt, so daß der nach oben vorspringende Ringteil eine Bewegungsbegrenzung für die Kugel- und Käfigbauteilgruppe bildet, während der nach unten vorspringende Ringteil in der Grundplatte eingelassen ist.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Halterung eine Strebe (210) aufweist, die das unterste Brennstoffelement der Brennstoffelementsäule trägt, wobei die Strebe unter dem Einfluß von Stoß oder Übergewicht in gesteuerter Weise verschoben bzw. verlagert wird.

4. Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Strebe Schneideschaufeln bzw. Schneideklinken (213) trägt, die so angeordnet sind, daß sie einer Fläche ausgesetzt werden, in welche sie einzuschneiden vermögen, wenn die Belastung auf die Strebe einen vorbestimmten Wert übersteigt.

5. Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strebe (210) einen Flansch (245) trägt, der dazu dient, die Kühlmittelströmung durch den Brennstoffkanal zu steuern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Nucleonics«, 14, Nr. 11, S. 54, 1956;
»Reactor Handbook«, London, 1955, S. 1001 bis 1003.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 029 495.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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