DE2122008B2 - Kernbrennstoffanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernbrennstoffanordnung, bestehend aus einem Bündel umhüllter Brenrfstoffstäbe, die durch eine sie tragende untere Endplatte, durch eine mit dieser über Zugglieder verbundene obere Endplatte und durch zwischen den beiden Endplatten angeordnete, von den Brennstoffstäben und den Zuggliedern durchsetzte und an den Brennstoffstäben unter Reibschluß anliegende Gitter parallel zueinander und zu den Zuggliedern gehalten sind.

Kernbrennstoffanordnungen dieser Art sind aus der FR-PS 15 36 257 bekannt, und auch in den FR-PS 15 46 968 und 15 84 335 sind Kernbrennstoffanordnungen mit ähnlichem Aufbau beschrieben. Bei allen diesen bekannten Kernbrennstoffanordnungen sind sowohl die oberen und die unteren Endplatten als auch die dazwischen angeordneten Gitter mit den Zuggliedern fest verbunden und bilden insoweit eine mechanisch starre Einheit, innerhalb deren lediglich die Brennstoffstäbe eine gewisse Bewegungsfreiheit in Längsrichtung behalten, indem sie an den zwischen den Endplatten vorgesehenen Gittern teilweise nur unter Reibschluß anliegen und sich relativ dazu in gewissem Umfange verschieben können.

Ein analoger Aufbau von Kernbrennstoffanordnungen mit fester Verbindung von Zuggliedern und Endplatten bzw. Abstandselementen ist auch in der DT-AS 12 27 572 und der US-PS 30 15 616 beschrieben, wobei in diesem Falle die dort vorgesehenen Abstandselemente jeweils zwischen den Endplatten wirksam werden und diese zu einer mechanisch starren Einheit zusammenfassen.

Kernbrennstoffanordnungen der oben beschriebenen Art vermögen im praktischen Reaktorbetrieb den auftretenden Unterschieden in der thermischen Beanspruchung zwischen den verschiedenen Bauelementen und insbesondere zwischen den Brennstoffstäben einerseits und den Zuggliedern andererseits nur sehr unvollkommen Rechnung zu tragen, und es hat sich in der Praxis immer wieder gezeigt, daß bei diesen Kernbrennstoffanordnungen unterschiedliche thermische Längsausdehnungen zu Deformationen führen, die sowohl den normalen Reaktorbetrieb als auch die bei einem Ersatz von ausgebrannten Brennstoffstäben erforderlichen Austauscharbeiten stark erschweren, indem sie den Anlaß bilden für ein Verklemmen von Brennstoffstäben oder Steuerstäben und auch für ein Zerbrechen der Hüllen von Brennstoffstäben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kernbrennstoffanordnung der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß alle ihre einzelnen Teile die notwendige Bewegungsfreiheit behalten, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen ohne Verformung ausgleichen zu können.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch zwischen den Zuggliedern einerseits und den Gittern andererseits nur eine Reibschlußverbindung besteht.

Der tragende Gedanke der Erfindung liegt also darin, auch zwischen den Zuggliedern einerseits und den Gittern andererseits keine feste Verbindung wie bisher üblich, sondern eine Reibschlußverbindung vorzusehen, um eine Längsverschiebung zwischen Zuggliedern und Gittern zu ermöglichen und unterschiedliche thermische Dehnungen auszugleichen, wobei ein wichtiger Teilaspekt auch darin zu sehen ist, daß die zwischen den Gittern einerseits und den Brennstoffstäben andererseits wirksam werdenden Reibungskräfte erheblich größer sind als die Reibungskräfte, die zwischen den Gittern einerseits und den Zuggliedern andererseits zum Tragen kommen. Dies ergibt sich daraus, daß die Anzahl der Brennstoffstäbe sehr viel größer ist als die Anzahl der Zugglieder - im allgemeinen liegt das Zahlenverhältnis bei etwa 10:1 oder noch höher - und das Ergebnis ist, daß die Gitter auf den Brennstoffstäben zurückgehalten werden, während sie auf den Zuggliedern während einer Änderung der thermischer Bedingungen leicht Gleitbewegungen ausführen können. Bewegungen von geringerem Ausmaß könner jedoch auch zwischen den Gittern und den Brennstoff stäben auftreten, so daß Ausdehnungsunterschiede auch zwischen den verschiedenen Brennstoifstäben zurr Ausgleich gebracht werden.

Zur Verhinderung eines Kriechens der Gitter läng; des Bündels der Brennstoffstäbe können die Bewegung der Gitter begrenzende Anschläge vorgesehen werden die aber ein Spiel lassen, das mindestens gleich dei Längungsdifferenz zwischen den heißesten Brennstoff stäben einerseits und den Zuggliedern andererseits in Reaktorbetrieb ist. Diese Anschläge können durch au die Zugglieder oder zumindest einige davon aufschieb bare und relativ dazu bewegliche Abstandshülsen odei auch durch Vorsprünge an den Zuggliedern gebilde werden, die nach der Montage der gesamten Kern brennstoffanordnung an den Zuggliedern oder einen Teil davon erzeugt oder darauf aufgeschweißt werden.

Im übrigen sind vorteilhafte Ausgestaltungen um Weiterbildungen der Erfindung in den Unteransprüchei im einzelnen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eine Ausführungsbeispiels veranschaulicht, das den Aufbai einer Kernbrennstoffanordnung für einen Druckwasser

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reaktor betrifft; im einzelnen zeigen

F i g. la und Ib den oberen und den unteren Teil einer Kernbrennstoffanordnung in einem Schnitt längs der SchnittlinieI-Iin Fig.2,

Fig.2 einen Teilschnitt durch die Darstellung in Fig. la und Ib längs der Schnittlinie 11-11 in Fig. Ib und

Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines Teils der unteren Endplatte.

Die gezeigte Kernbrennstoffanordnung 10 umfaßt ein Bündel umhüllter Brennstoffstäbe 12, die von einer unteren Endplatte 14 getragen werden, welche über Zugrohre 18 an einer oberen Endplatte 16 aufgehängt ist. Die Brennstoffstäbe 12 werden durch drei längs der Anordnung verteilte Gitter 20 an den Knotenpunkten eines quadratischen Netzwerks gehalten. Die obere Endplatte 16 wird durch eine Art Abzugshaube 22 zur Führung des Kühlmittels (leichtes Wasser) und zum Anschluß der Anordnung an ein (nicht gezeigtes) Tragwerk verlängert.

Die ßrennstoffstäbe 12 (von denen in F i g. la und Ib lediglich ein Teil gezeigt wird) werden durch Endstopfen 24 und 26 verschlossen. Die unteren Endstopfen 24 stützen sich jeweils auf die untere Endplatte 14. Zwischen den oberen Endstopfen 26 und der oberen Endplatte 16 wird bei der Montage ein ausreichendes Spiel j gelassen, so daß ein durch die gesamte Längungsdifferenz der Brennstoffstäbe 12 während des Betriebes bedingtes Nachstellen nicht erforderlich ist. Im allgemeinen wird ein Spiel von größenordnungsmäßig einigen Millimetern pro Meter Brennstoffstab vorgesehen.

Jedes der drei als Beispiel gezeigten Gitter 20 umfaßt innerhalb eines Rahmens ein Netzwerk von ineinandergreifenden Blechen, die Zellen mit quadratischem Querschnitt begrenzen. Die Bleche sind durchbrochen und werden jeweils durch zwei zueinander parallele geradlinige Gurte 28 gebildet, die durch schmale gewellte Bänder 30 miteinander verbunden sind, welch letztere mehrere Vorsprünge nach jeder Seite der Ebenen der beiden Gurte bilden (siehe Fig. la und Fig. Ib - rechter Teil). Axial zu jeder Aussparung zwischen zwei schmalen Bändern sind bei einem der Gurte Schlitze vorgesehen, so daß ein Ineinandergreifen der zueinander senkrechten Bleche untereinander ermöglicht wird. Die schmalen gewellten Bänder werden durch die einmal eingesetzten Brennstoffstäbe und Zugglieder elastisch deformiert und üben so eine Reibungskraft auf diese aus.

Die Zugglieder 18 zur Aufhängung der unteren Endplatte 14 an der oberen Endplatte 16 werden bei der gezeigten Ausführungsart durch Rohre gebildet, die dazu geeignet bzw. bestimmt sind, neutronenabscrbierendes Material enthaltende bewegliche Stangen frei passieren zu lassen, die einen Teil der Reaktorsteuerstäbe bilden. Wie Fig.2 zeigt, werden 16 der 169 Knotenpunkte des regulären Netzwerkes von Zuggliedern 18 eingenommen. Die unteren Enden der einzelnen Zugglieder 18 sind mit daran befestigten Fixierungsblöcken versehen, die einen axialen Durchgang für die Kühlmittelzirkulation haben. Jeder dieser Blöcke stützt sich vermittels einer Schulter auf die untere Endplatte 14 und besitzt eine mit Gewinde versehene Verlängerung zur Aufnahme einer Befestigungsmutter 34. Am oberen Ende sind die Zugglieder 18 beispielsweise durch Einpressen in der oberen Endplatte 16 festgelegt.

Die Endplatten 14 und 16 werden von öffnungen durchsetzt, durch welche das Kühlmittel ein- und austritt. Die öffnungen in der Endplatte 14 (s. F i g. 2 und 3) werden zum einen durch kreisförmige Bohrungen 44 gebildet, die in den Maschenmitten des Netzwerks angeordnet sind, an dessen Knotenpunkten sich die umhüllten Brennstoffstäbe befinden, und zum anderen am Umfang jedes Zuggliedes 18 durch vier öffnungen 46 von länglicher Form.

Die Verschiebungen der Gitter 20 längs der Zugglieder 18 werden durch Anschläge begrenzt, die von den vier Eckzugrohren getragen werden, von denen zwei in F i g. 2 sichtbar sind. Diese Anschläge werden durch Abstandshülsen 36, 38, 40 (Fig. Ib) und 42 (Fig. la) gebildet, von denen jede in einem kragcnförmigen Radialvorsprung endet, der sich gegen ein Gitter 20 oder eine der Endplatten 14 oder 16 abstützt. Die Gesamtlänge der Abstandshülsen 36, 38, 40 und 42 und der drei Gitter 20 ist geringer als der Abstand zwischen den einander zugewandten Oberflächen der oberen und der unteren Endplatte 16 bzw. 14, so daß ein notwendiges Spiel für die gesamten im Betrieb auftretenden Längungsdifferenzen bestehen bleibt.

Die Hüllen der Brennstoffstäbe 12, die Zugglieder 18 und die Abstandshülsen 36, 38, 40 und 42 bestehen beispielsweise aus einer Zirkoniumlegierung oder aus rostfreiem Stahl. In Anbetracht der erforderlichen Elastizität für die Komponenten der an den Hüllen und den Zuggliedern 18 anliegenden Gitter 20 bestehen letztere im allgemeinen aus rostfreiem Stahl oder einer Nickel- Eisen-Chromlegierung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernbrennstoffanordnung, bestehend aus einem Bündel umhüllter Brennstoffstäbe, die durch eine sie tragende untere Endplatte, durch eine mit dieser über Zugglieder verbundene obere Endplatte und durch zwischen den beiden Endplatten angeordnete, von den Brennstoffstäben und den Zuggliedern durchsetzte und an den Brennstoffstäben unter Reibschluß anliegende Gitter parallel zueinander und zu den Zuggliedern gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch zwischen den Zuggliedern (18) einerseits und den Gittern (20) andererseits nur eine Reibschlußverbindung besteht.

2. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Zugglieder (18) Anschläge (36,38,40, 42) zur Begrenzung einer Verschiebung der Gitter (20) relativ zu den Zuggliedern (18) angeordnet sind.

3. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge für die Begrenzung der Gitterbewegung die Zugglieder (18) umgebende und darauf verschiebbare Abstandshülsen (36,38,40,42) sind.

4. Kernbrennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit in den Maschen eines Gitters regelmäßig angeordneten Brennstoffstäben, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (18) die Brennstoffstäbe (12) an etwa einem Zehntel der Gittermaschen des Gitters ersetzen.