DE1589481A1

DE1589481A1 - Abstandhalter fuer radiale Fixierung von Brennstoffstaeben

Info

Publication number: DE1589481A1
Application number: DE19671589481
Authority: DE
Inventors: Tomlin John E; Sahlin Sven Thorbjoern; Santen Aart Van
Original assignee: ASEA AB; Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1966-11-23
Filing date: 1967-11-21
Publication date: 1972-03-02
Also published as: SE321746B; US3536583A

Description

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Dipi-,iNQ. HELMUT MISSLING β₃ gjessen.

RICHARDSCHlEE b,_{smarokstwss6 ί3} 12.it.1969

TELEFON: CoeiH)73Hsp

PATENTANWÄLTE ,

Mi/E 9369 ... Az.:. P 15 09

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolagat _} V ä s t e r a s/Schweden

Abstandhalter für radiale Fixierung von Brennstoffstäben

Die "Erfindiong betrifft einen Abstandhalter für die radiale lixierung von Brennstoffstäben in einer Reaktorbrennstoffkassette mit einem Pedersystem, das aus an den Brennstoffstäben anliegenden Federelementen bestellt.

Abstandhalter der beschriebenen Art sind in mehreren verschiedenen Ausführungen bekannt. Dies beruht darauf, daß ein Abstandhalter trotz seiner scheinbar einfachen Ausführung in vielen Hinsichten sehr hohe Anforderungen erfüllen muß. Von besonderer Bedeutung ist der Strömungswiderstand, den der Abstandhalter für das Kühlmittel bildet, das durch die Brennstoffkassetten längs der Brennstoff stäbe strömt'. Dieser Strömungswiderstand soll so klein wie möglich sein, auch scheinbar kleine Verbesserungen des Strömungswiderstandes können eine entscheidende Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Reaktors haben. Weiter sind die mechanische Festigkeit, die Federungseigenschaften, der Anlagedruck und die Form der Anlagefläche sowie die Einwirkung auf den Neutronenfluß in der

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Brennstoffkassette von Bedeutung. Der Aufbau des Abstandhalten wird außerdem dadurch kompliziert, daß die Brennstoffstäbe sehr dicht stehen, wodurch der zugängliche Raum stark begrenzt ist. Dies bedeutet besondere Schwierigkeiten hinsichtlich der Federungseigenschaften der Abstandhalterfedern, da es sehr schwer ist, allzu kurzen Federelementen eine genügende Elastizität zu geben.

Die genannten Probleme werden durch die Erfindung in einer bedeutend einfacheren und befriedigenderen Weise als bei bisher bekannten Abstandhaltern gelöst. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagestellen und die Befestigungsstellen längs der Federelemente abwechselnd so angeordnet sind, daß wenigstens jede Anlagestelle im inneren Teil des Abstandhalters in der Mitte zwischen zwei benachbarten Befestigungspunkten und jeder Befestigungspunkt in der Mitte zwischen zwei benachbarten Anlagestellen liegt. Wenn man die Befestigungspunkte in dieser Weise wählt, erhält man die größtmögliche Länge der federnden Teile des Gitters zwischen den Befestigungspunkten. Hierdurch kann man eine ausreichende Elastizität in den Federn erhalten, die als Federbänder mit einer den Brennstoffstäben parallelen Bandfläche ausgebildet werden können, was den niedrigsten Strömungswiderstand ergibt.

Der Grundgedanke der Erfindung kann vielfach variiert werden. Mehrere Grundtypen solcher Variationen sind im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigen

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Fig. 1 einen Abstandhalter mit geschlossenen ringförmigen Gitterteilens

Fig. 2 ein Montageschema eines Abstandhalters nach Fig. 1, Fig. 3, 4 und 5 verschieden ausgebildete Befestigungspunkte, Fig. 6 und 7 zwei verschiedene Aufbauarten eines Federgitters,

Fig. 8 ein Befestigungselement, Fig. 9 ein Befestigungselement, das in einem Stück mit dem Federgitter ausgeführt ist,

Fig. 10 eine Ansicht eines vollständigen Befestigungspunktes nach Fig. 9,

Fig. 11 einen Teil eines Federgitters, Fig. 12 einen Schnitt nach Linie A-A in Fig. 11 und Fig. 13 eine Ansicht eines aus Teilen nach Fig. 11 und 12 aufgebauten Federgitters.

In den Figuren bezeichnet 1 die Brennstoffstäbe, 2, 2a, 2b oder 2c Teile des Federgitters und 3 die Verbindungs- oder Befestigungspunkte der Teile des Federgitters. Die Federelemente des Federgitters sind mit Anlagekörpern 4 in, der Form von Ausbuchtungen im Federmaterial versehen. Es ist -wichtig, daß diese Ausbuchtungen lang genug sind, damit sie auch in der Axialrichtung der Brennstoff stäbe nachgiebig werden. Die Brennstoffstäbe 1 erleiden nämlich auch Kleinere axiale Lageveränderungen bei Wärmeausdehnung und 'Vibrationen, und die Anlagekörper 4 des Federgitters müssen

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diesen Bewegungen folgen, weil sonst ein Gleiten zwischen dem Anlagekörper und dem Brennstoffstab entsteht, was einen Verschleiß der Hülse des Brennstoffstabes zur Folge hat * Das Federgitter wird vorzugsweise aus federndem Material aufgebaut, aber auch Draht kann in Präge kommen.

An den Befestigungspunkten 3, die in längstmöglichem Abstand von vier um sie herum liegenden Brennstoffstäben angeordnet sind, ist ein Befestigungselement 5 in der Form eines Stiftes angebracht. Die geschlossenen, im wesentlichen quadratischen Gitterteile, die jeden Brennstoffstab 1 umgeben, haben ein etwas größeres Seitenmaß als die Teilung im Brennstoffstabmuster und folglich auch ein größeres Seitenmaß als der Abstand zwischen den Befestigungsstiften 5, die von einem jeden solchen geschlossenen Gitterteil umschlossen werden. Die beschriebene-Ausführung der Gitterteile erlaubt, daß die Ausbuchtung 4 verhältnismäßig lang wird und dadurch zufriedenstellende Federungseigenschaften auch in axialer Richtung erhält.

Da die geschlossenen Gitterteile die- Befestigungsstifte 5 umschließen, müssen sie in mehreren verschiedenen Ebenen angebracht werden. Die Montage eines Abstandhalters, der nach diesem Prinzip aufgebaut ist, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Befestigungsstifte werden in eine Spannvorrichtung eingesetzt, wonach Gitterteile der in Fig. 1 gezeigten Art in der Reihenfolge eingesetzt werden,

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die durch die Buchstaben in Fig. 2 angegeben ist. Erst werden Gitterteile in die Positionen a eingesetzt, danach in die Positionen b, c und d. Die Befestigung an den Stiften 5 wird zweckmäßig durch Löten gesichert. Die Stifte 5 können auch so ausgebildet sein, daß sie einen Niet- oder Schraubenverband bilden.

Fig. 3 zeigt ein Verfahren zum Verstärken der Befestigung an einem Befestigungsstift 5 mit Hilfe eines äußeren aufgeschlitzten Bohres 6, das über den Stift 5 und die !eile 2 des Federgitters gezogen wird. Das Rohr 6 kann durch Biegen des-aufgeschlitzten Endes fixiert werden.

Pig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen, bei denen die geschlossenen Gitterteile nur in zwei statt wie in Fig. T, 2 und 3 in vier Ebenen angeordnet sind. In der Ausführungsform nach Fig. 4 sind Einbuchtungen 7 an den Eckpunkten der G-itterteile angeordnet. Der Befestigungsstift 5 liegt somit außerlialb des geschlossenen Gitterteiles. In Fig. 5 ist der Befestigimgsstift 5 weggelassen, die Ecken der Gitterteile sind gerade gemacht und ein Befestigungsorgan 6 desselben Typs wie in Pig. 3 ist in dem Befestigungspunkt der 'Gitterteile angeordnet.

Fig. 6 zeigt ein Federgitter, das aus Federbändern 2a mit geradliniger Haupterstreckung aufgebaut ist, Die Federbänder bilden ein kariertes Muster und sind in den Kreuzungspunkten an Befestigungsstiften 5 fixiert.

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Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform mit geschlossenen Gitterteilen 2b. Diese G-itterteile 2b liegen im Gegensatz zu den Gitterteilen 2 nach Fig. 1 an den der äußeren Seite des Gitterteils nahestehenden Brennstoffstäben 1 an, während der Brennstoffstab, der vom Gitterteil 2b umschlossen ist, somit nicht von diesem Gitterteil berührt wird. Die Befestigungsorgane bestehen in diesem Fall aus kreuzförmigen Eckstiften 10. Andere geeignete Typen von Eckstiften sind auch in dieser Ausführungsform denkbar.

Fig. 8 zeigt einen Befestigungsstift mit zwei zueinander winkel- rechten Schlitzen 11 und 12. Dieser Typ von Befestigungsstift kann mit Vorteil bei Befestigungspunkten nach Fig. 5 verwendet werden.

Fig. 9 zeigt einen Befestigungspunkt in einem Federgitter, wo die Federbänder 2 mit Gabeln 13 in einem mit den Federbändern zusammenhängenden Teil aus Blechmaterial versehen sind. Die Gabel 13 ist dazu vorgesehen, die Ecken eines in einer anliegenden Ebene angeordneten Federbandes aufzunehmen. Ein derartiger vollständiger Befestigungspunkt ist in Fig. 10 gezeigt. Die nach oben gerichtete

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Gabel 13 ist mit voll ausgezogenen Linien dargestellt. Eine entsprechende nach unten gerichtete Gabel ist durch die obere Ebene verdeckt und ist deshalb mit gestrichelten Linien angedeutet. Es ist zweckmäßig, alle diese Typen des Zusammenfügen verschiedener Gitterteile durch Löten oder Schweißen zu fixieren.

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Fig. 11 zeigt ein Zweiebenen-Federband 20 mit quergehenden Schlitzen 14 an den Befestigungspunkten und längsgehenden Schlitzen 15 zwischen den Befestigungspunkten. Das Federgitter wird dadurch aufgebaut, daß Federbänder des in der Figur gezeigten Typs ■winkelrecht zueinander gelegt werden, wobei die Querschlitze 14 einander zugekehrt sind, so daß die Bänder in derselben Ebene zu liegen kommen. Die Längsschlitze 15 trennen den oberen und den unteren Teil des Bandes, die mit entgegengesetzt gerichteten Ausbuchtungen 4 versehen sind, wie aus Fig. 12 hervorgeht, die den Schnitt A-A in Fig. 11 zeigt. Die Ausbuchtungen 4 sind in Fig. 12 in dem gezeigten Schnitt übertrieben konvex gezeichnet. Eine gewisse sehr schwache, aber doch bedeutende konvexe Form \^ird gewöhnlich bei Biegung der Anlagekörper 4 automatisch erhalten. Die konvexe Form bewirkt, daß keine scharfen Kanten an den Brennstoffstäben scheuern.

Fig. 13 ist eine Endansicht eines aus Elementen nach Fig. 11 und 12 aufgebauten Abstandhalters. Das Federgitter 2 kann mit einem steifen äußeren Rahmen versehen werden, aber es ist auch denkbar, den Abstandhalter ohne äußeren Rahmen herzustellen, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Wenn die Brennstoffstäbe 1 in das Federgitter eingesetzt sind, werden die Federn zurückgedrängt, so daß sie sich überlappen, wie die Figur zeigt. In unbelastetem Zustand sind die Winkellagen der Federn ungefähr entgegengesetzt.

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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten ϊοχ-men begrenzt, die alle Abstandhalter für Brennstoffpatronen Mit quadratischem Querschnitt zeigen. Pur andere Typen von Brennstoffpatronen können z.B. hexagonale oder dreieckige Federgitter in Frage kommen, die nach den oben für quadratische Federgitter angegebenen Prinzipien aufgebaut sind» Überhaupt sind mehrere Abänderungen- denkbar.

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Claims

1. Aus einem zusaranusnhitiigenclen Federgitter bestehender und zur radialen Fixierung der BrennstoffatÜbe in einer Kernbrennstoffkassette dienender Abstandhalter -Hit langgestreckten Federelementen« die an den Brennstoffst-afeen anliegen und sich hauptsächlich winkelrecht zur I'ingsaeiäse der Brennstoffstäbe erstrecken und von denen jedes Pederaleiaent wenigstens mittelbar an einem anderen Pederelement an jeder Saite Jeder Anlagestelle befestigt ist, wobei die Befeetigungsstellen an oder im wesentlichen an den Stellen zwischen den Brennstioffstäben liegen, die am weitesten von den Brennstoffst^:iben entfernt sind, dadurch gekennzeichnet, dafl die Anlage 3 teilen und die Befestigungsstellen l'nga der Federelemente abwechselnd so angeordnet sind, dafl wenigstens Jede Anlegestelle im inneren Teil des Abstandhalters in der Mitte zwischen swei benachbarten Befestlgpimgspuiikten und jeder Befestigungspunkt in der Mitte zwischen zwei benachbarten Anlagestellen liegt·

?. Abstandhalter nach Inspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, dafl wenigstens im innerem Seil des Abstandhalters zwischen zwei nahe-. liegenden Gitterbefeatigangspunkten zwei yederelemente angeordnet sind, die je an eines am nächsten gelegenen Brennstoffstab anliegen.

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3· Abstandhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente mit Anlagekörpern, vorzugsweise in der Form einer Ausbuchtung im Federmaterial, ausgebildet sind.

4· Abstandhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Federgitters mit Hilfe von "Befestigungselementen in der Form von Stiften, Nieten, Rohren o.dgl. aneinander befestigt sind.

5. Abstandhalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente in wenigstens zwei Ebenen angeordnet sind und daß die zu einem Brennstoffstab gehörenden Federelemente an der im Verhältnis zum Brennstoffstab äußeren Seite der Befestigungselemente befestigt sind, so daß der Abstand zwischen zwei entgegengesetzten zu demselben Brennstoffstab gehörenden Grundlinien des Federelementes größer ist als der Teilungsabstand zwischen den Brennstoffstäben.

6. Abstandhalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federgitter aus geschlossenen Federbiindern aufgebaut ist, die je einen Brennstoffstab umgeben, aneinander befestigt und in vier verschiedenen Ebenen angeordnet sind. -

7. Abstandhalter nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband, das jeden einzelnen Brennstoffstab umschließt, auch die in den Befestigungspunkten angeordneten Befestigungselemente umschließt. 209810/0366 ' BAD-OFHGiNAL

8. Abstandhalter nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbändern, die jeden einzelnen Brennstoffstab umschließen, in den Befestigungspunkten mit ihrer Außenseite an- · einander oder an den Befestigungselementen anliegen.

9. Abstandhalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem genannten Befestigungselement ein zweites äußeres Befestigungselement vorhanden ist, dag zwischen sich und dem erstgenannten Befestigungselement die an den Befestigungspunkten zusammentreffenden Federbänder einschließt.

10. Abstandhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente aus zusammenhängenden Federb'indern mit reehtliniger Haupters treckung gebildet sind*

11. Abstandhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Federgitter aus geschlossenen Federbändern aufgebaut ist, die je einen Brennstoffstab umgeben und mit vorzugsweise als Ausbuchtungen ausgebildeten Anlagekörpern an den am nächsten um den erstgenannten Brennstoffstab liegenden Brennstoffstäben anliegen.

12. Abstandhalter nach einem der obenstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente aus Stiften oder Rohren mit Schlitzen bestehen, in welchen die Befestigungsteile der Federelemente liegen.

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15· Abstandhalter nach einem, der Ansprüche 1 bis 4_r dadurch gekennzeichnet, daß das Pedergitter aus einander kreuzenden gebogenen Bändern aufgebaut ist, die in den Kreuzungspunkten mit cpiergehenden Schlitzen versehen sind, so daß sie ganz; oder teilweise ineinander eingeschoben werden können, und die sswischen, den Kreuzungspunkten mit längsgehenden Schlitzen, in einen oberen und einen unteren Teil aufgeteilt sind»

14. Abstandhalter nach Anspruch 13t dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Bandteil mit entgegengesetzt gerichteten Anlagekörpern, vorzugsweise in der Form von Ausbuchtungen im Bande, versehen sind, und daß die Anlagekörper je an einem Brennstoffstab anliegen.

15. Abstandhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Teil des Federbandes so ausgebildet sind, daß sie bei eingesetzten Brennstoffstäben einander in axialer Richtung überlappen.

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