DE1079750B - Holding device for nuclear reactor fuel elements - Google Patents
Holding device for nuclear reactor fuel elementsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung bezieht sich auf Haltevorrichtungen für vertikal orientierte Kernreaktoren und betrifft insbesondere Halterungen für Moderatorwerkstofrsäulen und Brennstoffelementsäulen, welche den Kern ; eines Kernreaktors bilden.The invention relates to and relates to holding devices for vertically oriented nuclear reactors in particular holders for moderator material columns and fuel element columns comprising the core; of a nuclear reactor.
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.Two main problems, which are with the support of the nuclear fuel elements and the moderator material occur, must be taken into account when planning or constructing a vertically oriented nuclear reactor will. The first problem arises from the difference in thermal expansion between the Moderator material and the material of the basic component that holds the reactor core. The second The problem is that a holder for the fuel elements must be created by means of which keeps the fuel elements centered and supported in their channels in the moderator structure be, this bracket must at the same time be resilient to take the case into account, that a fuel element falls freely onto the holder. Different heat expansions can cause stresses and movements that cause instability or breakage of the Have moderator build-up, and a collision of the fuel elements on rigid brackets could cause the protective coating of the elements to flake off, contaminating the Reactor is coming.
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.Other inevitable problems but ■■ only the vertically oriented reactors are not 'peculiar to arise from the desire to the pumping power losses at the entrance of the coolant in the fuel element channels of the moderator and at the exit from this herahzuset- to a minimum value: zen, as well as from the control of the coolant flow in the channels such that a certain uniform temperature rise is achieved in all channels.
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.There is a grid-shaped holding plate for fuel and graphite reflector elements known which one has a symmetrical arrangement of large recesses, small holes and tenons. This plate enables a variety of different core assemblies, with the unused holes plugged in to prevent coolant from bypassing the fuel elements. In another known holding device for vertically oriented nuclear reactors, a steel plate serves as the basis for the bricks, and these The plate has a number of cutouts corresponding to the number of fuel element channels. The recesses taper away from an intermediate surface and are surrounded by an annular groove, which engages in a locking device which is provided for holding the fuel elements in the channels is.
Haltevorrichtung
für Kernreaktor-BrennstoffelementeHolding device
for nuclear reactor fuel elements
Anmelder:Applicant:
United Kingdom Atomic Energy Authority, LondonUnited Kingdom Atomic Energy Authority, London
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,
Siegen, Oranienstr. 14th
Frank Geoffrey Greenhalgh und Everett Long, London, sind als Erfinder genannt wordenFrank Geoffrey Greenhalgh and Everett Long, London, have been named as inventors
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. '> The main purpose of the invention is to create a holding device for the vertical columns of fuel elements and moderator material that form the core of a nuclear reactor, these holders being designed to be resilient in order to slow down the impact caused by falling fuel elements, '- and also the different thermal expansions between the basic support components and 'take into account the moderator and fuel element columns they hold. '>
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.The holding device for vertically oriented nuclear reactors for holding moderator material columns and fuel element columns in fuel channels the moderator columns with a base plate, which are aligned with the fuel channels has, is characterized according to the invention that for each moderator column and associated Fuel element column a common holder is provided, which allows a transverse to the axis of the fuel channel running free movement of the moderator and fuel elements relative to the base plate allows such that; the fuel element column upon expansion or contraction of the base plate remains centered in the fuel channel.
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 nachAnother feature of the holding device according to the invention is that the common Bracket consists of a ball and cage component group movable relative to the base plate and that a ring is provided within this component group, which extends upwards and downwards over the plate extends addition, so that the upwardly projecting ring part a movement limit for the ball and forms cage component group during the after
90i 770/34890i 770/348
unten vorspringende Ringteil in der Grundplatte eingelassen ist.Ring part protruding below is embedded in the base plate.
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.The holding device according to the invention is further characterized in that the common holder has a strut that supports the lowermost fuel element of the fuel element column, wherein the strut shifted or displaced in a controlled manner under the influence of impact or excess weight will.
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.Another distinguishing feature of the item of the invention is that the strut has cutting blades which are arranged so that they are exposed to an area in which they can cut when the load on the Strive exceeds a predetermined value.
Schließlich wird die erfmdungsgemäße Haltevorrichtung noch dadurch gekennzeichnet, daß die Strebe einen Flansch trägt, der dazu dient, die Kühlmittelströmung durch den Brennstoffkanal zu steuern.Finally, the holding device according to the invention is also characterized in that the strut carries a flange which serves to control the flow of coolant through the fuel channel.
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.A holding device according to the invention is now to be used, for example, to reproduce it Drawings are described in more detail, namely the drawing (divided into the two Figures 1 and 2) show a section through the lower end of a nuclear reactor fuel element channel.
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.A load-absorbing retaining strut 210 is formed in a guide 211 by means of a shear pin or shear bolt 212 . Four cutting blades 213 are attached to the strut, which have quarter-circle cutting edges or cutting edges (braking surfaces) that can move over the inner wall of a component 215 .
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.The component 215 has a flange 216 which is seated on a hub piece 217 which has a conical inlet opening 218 . The hub piece 217 is held by three webs 219 which form part of a bearing or centering bushing 220 . The centering bushing 220 is mounted on an upper steel plate 221 , which is seated on a ball bearing 222 on a lower steel plate 223. The plate 223 is held in its correct position by a ring 224 which, at its upper end 225, limits the running or free movement of the ball bearing 222 , while at its lower end 226 it is in a 10.16 cm thick main holding or mounting bracket. Support plate 227 is held. The plate 227 is provided with a bore 228 which has a groove 229 . The component 215 terminates in a smooth end piece 230 which is shaped in such a way that it offers a low interference resistance to the gas flowing upwards through the bore 228.
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.The upper plate 221 also holds a graphite column 231, which is to be regarded as one of many similar columns, all of which border one another with their bases and form the graphite moderator structure of a nuclear reactor. On the lowest brick 232 of the graphite column 231 sit two cover plates 233, 234, and above that there is another graphite brick 235. The building block 235 is a brick of the lowest building block layer of the actual moderator structure. The building block 232 is one of the brick or building block layer which forms the lower graphite reflector of the reactor. The cover plates 233, 234 are dimensioned in such a way that they take account of Wigner's growth. The building block 232 has a shoulder 236. The section below this shoulder is to be regarded as free of Wigner's growth, and it is precisely these lower sections that lie against adjacent building blocks, giving the moderator structure a rigid structure. The bearing 222 allows differential thermal expansion between the plate 227 and the graphite structure.
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 NabenstückThe strut 210, made of a material with low neutron absorption (e.g. magnesium), supports or holds a graphite column 237 enclosed in a magnesium container 238. The strut 210 also has a central pull rod 239 which is screwed into a hub piece 240 . At the other end of the tie rod 239 is a hub piece
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. ίο 241 is provided, which carries a conical component 242 which is equipped with three bearing or centering legs 243 . A fuel element 244 with a cone 247 seated in component 242 is partially shown.
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, derThe guide 211 has a flange 245 and webs 246. The diameter of this flange is 'adapted to the fluidic requirements in order to cause a rise in temperature of the gas while it is flowing through the reactor core'
ao etwa gleich der Temperaturerhöhung in den anderen Kanälen des Kerns ist.ao roughly equal to the temperature increase in the others Channels of the core is.
Der Abschetfbolzen oder Seegerstift 212 ist so ausgebildet, daß er sowohl durch die Führung 211 als auch durch den Bauteil 215 hindurchragt. Erfolgt einThe release bolt or Seegerstift 212 is designed so that it protrudes through both the guide 211 and through the component 215 . Is done a
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.If there is a larger impact on the strut 210 (for example by a freely falling fuel element which impacts the conical component 242 ), part of the impact is absorbed by the shearing off of the bolt 212 , the strut 210 is driven downwards along the guide 211 and the rest of the impact gradually while the cutting blades 213 cut or penetrate into the inner wall 214 of the component 215, intercepted. A minor shock, such as that caused when the fuel elements are loaded into the reactor, is absorbed by the strength of the bolt. If the shear bolt has broken once and the cutting blades have gnawed their way into the wall 214 , the parts located inside the sleeve 217 must be replaced. Since the lower surfaces of the blades or cutting blades 213 protrude beyond the end of the component 210 , when the parts held by the sleeve 217 are pulled out of the reactor by lifting the bearing legs 243, the base surfaces of the cutting blades 213 can guide the guide 211 and thus also lift the component 215.
Claims (5)
»Nucleonics«, 14, Nr. 11, S. 54, 1956;
»Reactor Handbook«, London, 1955, S. 1001 bis 1003.Considered publications:
"Nucleonics", 14, No. 11, p. 54, 1956;
"Reactor Handbook", London, 1955, pp. 1001-1003.
Deutsches Patent Nr. 1 029 495.Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1 029 495.
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