DE1769065U

DE1769065U - DISTANCE SWITCHES FOR FUEL RODS OF NUCLEAR REACTORS.

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Publication number: DE1769065U
Application number: DE1957S0025765
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-12-21
Filing date: 1957-12-21
Publication date: 1958-06-26

Description

Abstandshalter für Brennstoffstäbe von Kernreaktoren In heterogenen Kernreaktoren ist der Kernbrennstoff bekanntlich auf eine Vielzahl von Brennstoffelementen verteilt, von denen die stabförmigen Elemente bevorzugt verwendet werden. In ihrer einfach- sten Ausführungsform bestehen sie aus oberflächengekühlten umman- t telten Zylindern, in die der Kernbrennstoff kompakt eingefüllt ist, im allgemeinen weisen sie jedoch zusätzlich noch einen zentralen Kühlkanal auf. Bei Brennstoffelementen zur Verwendung in Reaktoren mit Reaktorgefäß ist der Kernbrennstoff meistens auf eine Vielzahl von Brennstoffplatten oder-stäben verteilt, die ummantelt und im allgemeinen im gemeinsamen Leitrohr des Brennstoffelementes gehal- tert' : sind (vgl. Schnittansicht gemäß Fig. 1). Von den mannigfache Anforderungen, die an Brennstoffelemente gestellt werden, steht hier diejenige nach einwandfreier Abstandshaltung der einzelnen Stäbe untereinander und zum Leitrohr im Vordergrund. Eine Lösung soll dahingehend gesucht werden, daß einmal f die für die Abstandshalterung benötigte Materialmenge im Verhältnis zur Brennstoffmenge des Brennstoffelementes möglichst klein gehalten wird, um die Neutronenabsorption nicht unnötig zu erhöhen. Zum anderen soll die Ummantelung nach Möglichkeit nicht durch Schweiß-und Lötverbindungen geschwächt werden.Spacers for fuel rods of nuclear reactors In heterogeneous nuclear reactors, as is known, the nuclear fuel is distributed among a large number of fuel elements, of which the Rod-shaped elements are preferably used. In their simple- In the first embodiment, they consist of surface-cooled, jacketed t third cylinders in which the nuclear fuel is compactly filled, in general, however, they also have a central one Cooling duct on. In fuel elements for use in reactors with a reactor vessel, the nuclear fuel is mostly distributed over a plurality of fuel plates or rods, which are jacketed and in the generally held in the common guide tube of the fuel element tert ': are (cf. sectional view according to FIG. 1). Of the manifold requirements that are placed on fuel elements, the focus here is on the proper spacing of the individual rods from one another and from the guide tube. A solution should be sought to the effect that once f the amount of material required for the spacer is kept as small as possible in relation to the amount of fuel in the fuel element in order not to unnecessarily increase the neutron absorption. On the other hand, the sheathing should, if possible, not be weakened by welded and soldered connections.

Gemäß der Neuerung werden diese Forderungen auf einfache. Weise durch Verwendung eines schellenartigen Umfassungselementes mit rippenförmigen Abstandsflügeln erreicht.According to the innovation, these requirements are simple. Way through Use of a clip-like enclosing element with rib-shaped spacer wings achieved.

Die Zeichnung veranschaulicht eine Reihe von Ausführungsbeispielen, es zeigt Fig. 1 die bereits erwähnte grundsätzliche Anordnung von Brennstoffstäben im Leitrohr eines Brennstoffelementes, Fig. 2 ausschnittsweise in Seitenansicht einen einzelnen Brennstoffstab mit Abstandshalter, mit zwei zugehörenden Schnittansichten 2a, 2b, Fig. 3 ein sechskantiges Brennstoffelement ausschnittsweise im Waagrechtschnitt, mit Brennstoffstäben gemäß Fig. 2, Fig.'4 ausschnittsweise in Seitenansicht zwei Brennstoffstäbe mit Doppelring-Abstandshaltern, Fig. 5 in Seitenansicht die Anordnung gemäß Fig. 4, abgewandelt, Fig. 6 ausschnittsweise in Seitenansicht einen Brennstoffstab mit gekrümmtem Abstandsflügel, Fig. 7 ausschnittsweise in Seitenansicht zwei Brennstoffstäbe mit klauenartig ausgebildetem Abstandshalter, mit der dazugehörenden Schnittansicht 7a, Fig. 8 die Anordnung gemäß Fig. 7, abgewandelt im Waagrechtschnitt, Fig. 9-ausschnittsweise in der Seitenansicht einen Brennstoffstab mit schräg gestelltem Abstandsflügel und Fig. 10 drei Brennstoffstäbe mit mehrteilig zusammengesetzten Abstandshaltern im Waagrechtschnitt.The drawing illustrates a number of exemplary embodiments, 1 shows the basic arrangement of fuel rods already mentioned in the guide tube of a fuel element, FIG. 2, a section in a side view a single fuel rod with spacer, with two associated sectional views 2a, 2b, FIG. 3 a hexagonal fuel element in a horizontal section in detail, with fuel rods according to FIG. 2, Fig.'4 cut out in side view two fuel rods with double ring spacers, Fig. 5 in side view Arrangement according to FIG. 4, modified, FIG. 6 shows a detail in a side view Fuel rod with a curved spacer wing, FIG. 7, a detail in a side view two fuel rods with a claw-like spacer, with the associated one Sectional view 7a, FIG. 8 the arrangement according to FIG. 7, modified in horizontal section, 9 shows a partial side view of a fuel rod with an inclined Spacer wing and Fig. 10 three fuel rods with multi-part composite Spacers in horizontal cut.

Der näheren Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen sei zunächst vorausgeschickt, daß die im Leitrohr befindlichen Brennstoffstäbe bezüglich ihrer Längs-und Drehbeweglichkeit in bekannter Weise so gehalten sind, daß einerseits eine gewisse Längsausdehnung möglich ist, daß andererseits aber durch die vorbeistreichende Kühlströmung keine Drehbewegung der einzelnen Stäbe zustandekommen kann. Die für die genannten Zwecke vorgesehene Halterung ist der Übersichtlichkeit halber bei den Anordnungen gemäß den Fig. 1 bis 10 fortgelassen.Let us begin with a more detailed explanation of the individual embodiments it was said that the fuel rods located in the guide tube with respect to their Longitudinal and rotational mobility are held in a known manner so that on the one hand a certain longitudinal extension is possible, but that on the other hand through the passing Cooling flow, no rotary movement of the individual rods can occur. The for the stated purposes provided bracket is for the sake of clarity the arrangements according to FIGS. 1 to 10 are omitted.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist als Abstandshalter und Umfassungselement des ummantelten Brennstoffstabes 1 der einteilige Ring 2 vorgesehen, der als schellenartiges Band um den Brennstoffstab gelegt ist. Die rippenförmigen Abstandsflügel 3 können auf verschiedene Weise gebildet werden. Wie aus den Schnittansichten gemäß Fig. 2a und 2b besonders deutlich zu erkennen ist, besitzt der einteilige Ring 2 vor der Montage einen den Brennstoffstabdurchmesser so weit überschreitenden Durchmesser, daß die Abstandsflügel 3 durch seitliches Anstauchen der die Flügel bildenden Ringzone gebildet werden können. Gemäß Fig. 2a besitzt der Ring 2 (währendder Faltung) noch einegewisse Lose gegenüber dem Brennstoffstab 1. In Fig. 2b (nach der Faltung) sitzt der Abstandshalter auf dem Brennstoffstab schrumpfähnlich fest. fest.In the arrangement according to FIG. 2, the one-piece ring 2, which is placed around the fuel rod as a clip-like band, is provided as a spacer and surrounding element of the jacketed fuel rod 1. The rib-shaped spacer wings 3 can be formed in various ways. As can be seen particularly clearly from the sectional views according to FIGS. 2a and 2b, the one-piece ring 2 has a diameter which exceeds the fuel rod diameter so far that the spacer blades 3 can be formed by lateral upsetting of the ring zone forming the blades. According to Figure 2a, the ring 2 still has (during folding) a certain slack in relation to the fuel rod 1. In Fig. 2b (after the folding) the spacer sits on the fuel rod like a shrinkage. fixed.

Durch die Faltung erhält der Abstandshalter zugleich eine große Steifheit und Festigkeit, so daß die Halterdicke mit Rücksicht auf den Måterialverbrauch und die Kühlquerschnittsverengung klein gehalten werden kann. Der Festsitz bleibt auch bei wechselnder Temperatur des Kühlmittels bestehen, weil die Ausdehnung des an der Peripherie des Brennstoffstabes liegenden Abstandshalters gegenüber dem Stab selbst immer geringer ist.As a result of the folding, the spacer is also given great rigidity and strength, so that the holder thickness with consideration of the material consumption and the cooling cross-sectional constriction can be kept small. The tight fit also remains exist when the temperature of the coolant changes, because the expansion of the the periphery of the fuel rod lying spacer opposite the rod itself is always lower.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 zeigt'mehrere, mit Abstandshaltern gemäß Fig. 2 ausgerüstete Brennstoffstäbe im Inneren des Leitrohres 4.The arrangement according to FIG. 3 shows several, with spacers according to FIG 2 equipped fuel rods inside the guide tube 4.

Je nach der Position des einzelnen Stabes weist der Abstandshalter eine mehr oder weniger große Zahl vbn Abstandsflügeln auf. Diese können symmetrisch, oder auch je nach Position, mit wechselnder Anzahl am einzelnen Stab angeordnet sein. Bezüglich der mit dem Bezugszeichen 5 versehenen Teile sei auf die Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 9 verwiesen.Depending on the position of the individual rod, the spacer a more or less large number of spacer wings. These can be symmetrical, or, depending on the position, with a changing number on the individual Be arranged rod. With regard to the parts provided with the reference number 5 reference is made to the description in connection with FIG.

Gemäß Fig. 4 bestehen die Umfassungselemente aus zwei Ringen, die durch die senkrecht daran befestigten Querstege 6 (als Abstandsflügel) zu einer baulichen Einheit vereinigt sind. Aus der Darstellung geht zugleich hervor, daß die Abstandshalter benachbarter Stäbe niveaumäßig gegeneinander versetzt sein können. Auf diese Weise vermeidet man örtlich allzu konzentrierte Querschnittsverengungen für das Kühlmittel.According to FIG. 4, the enclosing elements consist of two rings which through the perpendicularly attached transverse webs 6 (as spacer wings) to a structural unit are united. At the same time it follows from the representation that the spacers of adjacent bars can be offset from one another in terms of level. In this way one avoids locally overly concentrated cross-sectional constrictions for the coolant.

Die gleichen Gesichtspunkte treffen auch für die in Fig. 5 dargestellte Anordnung zu, die sich von derjenigen nach Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß einer der durchgehenden Querstege durch die kurzen abgewinkelten Fahnen 7 ersetzt ist.The same considerations also apply to that shown in FIG Arrangement to which differs from that of FIG. 4 in that one the continuous transverse webs is replaced by the short angled flags 7.

Zur Verbesserung der gegenseitigen Berührung und Abstützung kann man den Abstandsflügeln eine Wölbung geben, die quer zur Achse des einzelnen Brennstoffstabes gerichtet ist. Ein Ausführungsbeispiel hierzu zeigt Fig. 6.To improve mutual contact and support one can give the spacer wings a curvature that is transverse to the axis of the individual fuel rod is directed. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 6.

Eine zusätzliche Verbesserung erzielt man gemäß Fig. 7,7a, wenn man die gewölbten Abstandsflügel an ihrer oberen und unteren Kante sowie im Mittelteil gegenüber den dazwischenliegenden Teilen überhöht bzw. so formt, daß sie bei der Berührung den Nachbarstab entlang der gesamten Berührungskante klauenartig umfassen. Besonders ausgeprägt ist die klauenartige Umfassung bei der Abstandshalterausbildung gemäß Fig. 8. Hier weisen die die Abstandsflügel darstellenden Querstege quer zur Elementenachse abgewinkelte Fahnen 8 auf. Mit der dadurch gebildeten Klaue stützen sie den Brennstoffstab gegen den Nachbarstab ab.An additional improvement is achieved according to Fig. 7,7a if you the curved spacer wings on their upper and lower edges and in the middle part compared to the parts in between, or shaped so that they are at the Touch the neighboring rod along the entire contact edge like a claw. Particularly pronounced is the claw-like enclosure in the spacer design according to FIG. 8. Here, the transverse webs representing the spacer wings point transversely to Element axis angled flags 8 on. Support with the claw thus formed off the fuel rod against the neighboring rod.

Eine gut an Auskehlungen anschmiegsame Abstandshaltung bietet die Ausführungsform gemäß Fig. 9, bei der der Abstandsflügel 9-schräg zur Stabachse an die entsprechenden Halteringe angesetzt ist. Auskehlungen der erwähnten Art bilden beispielsweise die inneren Kanten des sechskantigen Leitrohres gemäß Fig. 3. Die dort mit dem Bezugszeichen 5 versehenen Teile stellen die hier mit bezeichneten schräg gestellten Abstandsflügel dar. Es empfiehlt sich der besseren Auflage wegen, die oberer Kante der schräg stehenden Abstandsflügel bogenförmig zu erhöhen.The Embodiment according to FIG. 9, in which the spacer wing 9 is inclined to the rod axis is attached to the corresponding retaining rings. Form grooves of the type mentioned for example the inner edges of the hexagonal guide tube according to FIG. 3. The There parts provided with the reference number 5 represent the parts indicated here with diagonally positioned spacer wings. It is recommended for better support because to increase the upper edge of the sloping spacer wings in an arc shape.

Bei den bisher erläuterten Ausführungsformen der Abstandshalter war angenommen, daß der die Abstandsflügel tragende Ring aus einem ungeteilten Stück besteht und nach Möglichkeit auf dem Brennstoffstab durch Stauchung aufgeschrumpft wird. Man kann aber auch die Abstandshalter mehrteilig ausbilden, so daß sie aus Einzelsegmenten zusammensetzbar sind und an den Trennfugen verlötet bzw. verschweißt werden können. Die Anordnung nach Fig. 10'zeigt ein Ausführungsbeispiel hierzu, bei dem die Abstandsstücke 10 zugleich als gemeinsamen Abstandsflügel zweier benachbarter Elemente benutzt sind. Der. Geometrie der Grundrißanordnung gemäß Fig.'10 folgend lassen sich mit Abstandshaltern-der dargestellten Art beispielsweise bei Brennstoffelementen mit kreisförmigem Leitrohr die auf konzentrischen Kreisen sitzenden Brennstoffstäbe jeweils zu einem zusammenhängenden Brennstoffsatz vereinigen. Durch Ineinanderfügen solcher Brennstoffsätze läßt sich dann in, einfacher Weise die Brennstoffüllung eines Brennstoffelementes aufbauen.In the previously explained embodiments of the spacers, it was assumed that the ring carrying the spacer wings consists of an undivided piece and, if possible, is shrunk onto the fuel rod by compression. But you can also design the spacers in several parts, so that they can be assembled from individual segments and soldered or welded at the joints. The arrangement according to FIG. 10 'shows an exemplary embodiment for this, in which the spacers 10 are used at the same time as common spacer wings for two adjacent elements. Of the. Let the geometry of the plan arrangement according to Fig. 10 follow with spacers-of the type shown, for example Fuel elements with circular guide tube which are on concentric Combine fuel rods seated in circles to form a coherent fuel set. By fitting such fuel sets into one another, the fuel filling of a fuel element can then be built up in a simple manner.

Sollte die Spaltkorrosion zwischen Umfassungselement und Brennstoffstabhülle von Bedeutung sein,. ersetzt man die Schrumpfve'rbindung zweckmäßig durch eine Lötverbindung, die zugleich im Betrieb den Temperatursprung von innen nach außen vermindert.Should the crevice corrosion between the surrounding element and the fuel rod cover matter. the shrink connection is expediently replaced by a soldered connection, which at the same time reduces the temperature jump from the inside to the outside during operation.

8 Schutzansprüche 10 Figuren8 claims for protection 10 figures

Claims

Protection claims 1. Spacers for fuel rods in fuel elements of nuclear reactors, characterized by a clip-like enclosing element with rib-shaped spacer wings.

2. Spacer according to claim 1, characterized in that as Enclosing element is a one-piece ring with a rod diameter that far exceeds the bar diameter Diameter is used that the spacer wings by upsetting the side the ring zone forming the wings can be formed.

3. Spacer according to claim 1, characterized in that the Enclosing element has several rings, preferably two, which are perpendicular through transverse webs attached to it (as spacer wings) combined to form a structural unit are.

4. Spacer according to claim 2 or 3, characterized in that that the spacer wings are curved.

5. Spacer according to claim 4, characterized in that the curved spacer wings at their upper and lower edge as well as in the middle part with respect to the parts lying in between are elevated or shaped so that they the after- Grip a bar stick along the entire contact edge like a claw. 6. Spacer according to claim 2 or 3, characterized in that that the spacer wings are perpendicular to the element axis in each case

opposite direction have angled flags (as holding claws).

7. Spacer according to claim 2 or 3, characterized in that that the spacer wings are attached to the retaining rings at an angle to the rod axis.

8. Spacer according to one of claims 2 to 7, characterized in that that the surrounding element and spacer wing can be assembled from individual segments.