DE29510594U1 - Reactor fuel element spacer - Google Patents
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Description
BeschreibungDescription
Abstandhalter eines ReaktorbrennelementsSpacer of a reactor fuel element
Die Erfindung betrifft einen Abstandhalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a spacer with the features specified in the preamble of claim 1.
Die Brennstäbe von Brennelementen, die von Leichtwasser als Kühlmittel durchströmt werden, sind üblicherweise seitlich durch Halteglieder in den Maschen eines Gitters gehalten, um zu verhindern, daß sie bei den Vibrationen, in die sie vom Kühlwasserstrom versetzt werden, aneinander schlagen. In Druckwasser-Reaktoren sind diese Abstandhalter in der Regel an Strukturrohren, insbesondere Steuerstab-Führungsrohren, gehalten, während in Siedewasser-Brennelementen einzelne Brennstäbe, die als Tragstäbe ausgebildet sind, oder sogenannte Wasserrohre die Abstandhalter tragen.The fuel rods of fuel elements through which light water flows as a coolant are usually held laterally by retaining elements in the mesh of a grid to prevent them from hitting each other due to the vibrations caused by the cooling water flow. In pressurized water reactors, these spacers are usually held on structural tubes, in particular control rod guide tubes, while in boiling water fuel elements, individual fuel rods, which are designed as support rods, or so-called water tubes, carry the spacers.
In modernen Brennelementen (insbesondere bei Druckwasser-Reaktoren) sind im oberen, heißen Bereich des Brennstabbündels die Abstandhalter mit Mischflügeln ausgerüstet. Diese fahnenartigen Flügel bewirken sowohl einen Austausch des Kühlmittels zwischen den einzelnen "Unterkanälen" (d.h. den Zwischenräumen zwischen benachbarten Brennstäben) als auch einen 5 Transport von kälterem Wasser aus dem Zentrum des Unterkanals an die Staboberfläche. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Kühlung der Brennstäbe verbessert wird, sich Temperaturunterschiede ausgleichen, Dampfblasen von den Staboberflächen gespült werden und praktisch kein Filmsieden auftritt.In modern fuel elements (particularly in pressurized water reactors) the spacers in the upper, hot area of the fuel rod bundle are equipped with mixing blades. These flag-like blades both exchange the coolant between the individual "sub-channels" (i.e. the spaces between neighboring fuel rods) and transport colder water from the center of the sub-channel to the rod surface. These measures improve the cooling of the fuel rods, equalize temperature differences, flush steam bubbles from the rod surfaces and practically prevent film boiling.
Die Reichweite dieser Maßnahmen ist aber beschränkt, da die durch die Mischflügel hervorgerufene Ablenkung im Kühlwasserstrom mit dem Abstand von den Fahnen abnimmt. In den Unterkanälen sollten daher die Fahnen einen geringeren axialen Abstand voneinander haben als der Abstand, der aus statisch/mechanischen Gründen zur Abstützung der Brennstäbe erforderlich ist. Daher sind Brennelemente bereits bekannt, beiThe scope of these measures is limited, however, because the deflection in the cooling water flow caused by the mixing blades decreases with the distance from the vanes. In the sub-channels, the vanes should therefore have a smaller axial distance from each other than the distance that is required for static/mechanical reasons to support the fuel rods. For this reason, fuel elements are already known to
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denen zwischen zwei Abstandhaltern, deren axialer Abstand durch die statisch/mechanischen Überlegungen bestimmt ist, jeweils sogenannte "Zwischengitter" geschaltet sind, die hauptsächlich als Träger von den Mischflügeln dienen. 5between which so-called "intermediate grids" are placed between two spacers, the axial distance of which is determined by static/mechanical considerations, and which mainly serve as supports for the mixing blades. 5
Durch diese Maßnahmen erhöht sich aber der gesamte Druckverlust, den das Kühlwasser längs des Brennstabbündels erleidet. Dies kann zu einer reduzierten Durchströmung des Stabbündels führen. Aus diesen Gründen sind häufig im unteren Teil des Brennelements keine Zwischengitter und auch nur Abstandhalter ohne Mischflügel vorgesehen. In diesem unteren Bereich ist nämlich die Kühlmitteltemperatur noch niedrig und auch ohne zusätzliche Vermischung die Kühlwirkung ausreichend.However, these measures increase the overall pressure loss that the cooling water suffers along the fuel rod bundle. This can lead to a reduced flow through the rod bundle. For these reasons, there are often no intermediate grids in the lower part of the fuel element and only spacers without mixing blades. In this lower area, the coolant temperature is still low and the cooling effect is sufficient even without additional mixing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abstandhalter und/oder Zwischengitter eines derartigen Brennelements so zu gestalten, daß ein erhöhter Druckverlust möglichst vermieden wird.The invention is based on the object of designing spacers and/or intermediate grids of such a fuel element in such a way that an increased pressure loss is avoided as far as possible.
Zwischengitter brauchen an sich keine Noppen, Federn oder andere Stützelemente zu tragen, da sie die Brennstäbe nicht abstützen müssen. Sie können daher als Gitter mit schmäleren und dünneren Stegen ausgebildet sein als Abstandhalter, die zum Abstützen ausgelegt sind. Da sich die Brennstäbe in Folge 5 der thermischen Belastung jedoch leicht verbiegen, können sie den Mischflügeln von Zwischengittern so nahe kommen, daß die Kühlmittelströmung an der Brennstaboberfläche gestört oder die Mischflügel sogar durch Scheuern an den Fahnen beschädigt werden können. Daher sind die erfindungsgemäßen Gitter, auch 0 wenn sie nur die Aufgabe haben, die Fahnen auf Abstand von den Brennstäben zu halten, mit Halteelementen {Haltegliedern) ausgestattet.Intermediate grids do not need to carry any studs, springs or other support elements, since they do not have to support the fuel rods. They can therefore be designed as grids with narrower and thinner webs than spacers, which are designed for support. However, since the fuel rods bend easily as a result of thermal stress, they can come so close to the mixing blades of intermediate grids that the coolant flow on the fuel rod surface can be disturbed or the mixing blades can even be damaged by rubbing against the vanes. Therefore, the grids according to the invention are equipped with holding elements (holding members), even if their only task is to keep the vanes at a distance from the fuel rods.
Die Erfindung sieht nunmehr ein Gitter - sei es als regulärer Abstandhalter mit oder ohne Flügel oder sei es als Zwischengitter ausgebildet - vor, bei dem die Maschen, die jeweils Halteglieder für einen Brennstab enthalten, schachbrettartigThe invention now provides a grid - whether as a regular spacer with or without wings or as an intermediate grid - in which the meshes, each of which contains holding elements for a fuel rod, are arranged in a checkerboard pattern.
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95 &dgr; 3 4 695 δ 3 4 6
in zwei Gruppen aufgeteilt sind, wobei die Halteglieder der ersten Gruppe oberhalb der Halteglieder der zweiten Gruppe liegen und benachbarte Maschen auf der Höhe der Halteglieder strömungsmäßig miteinander verbunden sind. Dadurch sind die Einschnürungen, die von den Haltegliedern im Strömungsquerschnitt der Strömungskanäle gebildet werden, auf mehrere Ebenen gestaffelt, wobei die Kühlmittelströmung dem jeweiligen Hindernis ausweichen kann.are divided into two groups, with the holding elements of the first group being located above the holding elements of the second group and adjacent meshes being connected to one another in terms of flow at the height of the holding elements. As a result, the constrictions formed by the holding elements in the flow cross-section of the flow channels are staggered on several levels, whereby the coolant flow can avoid the respective obstacle.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Brennstäbe in einer Masche jeweils von zwei Noppen und einer Feder gehalten werden, wobei die Feder mit ihrem Materialquerschnitt in der Strömung steht. Vorteilhaft liegen die beiden Noppen und die Feder in einer Ebene. Diese Ausbildung der Halteglieder kann auch allgemein bei anders ausgebildeten Abstandhaltern vorteilhaft sein.It is also advantageous if the fuel rods are held in a mesh by two studs and a spring, where the spring is positioned with its material cross-section in the flow. The two studs and the spring are advantageously located in one plane. This design of the holding elements can also generally be advantageous for differently designed spacers.
Das Ausweichverhalten der Kühlmittelströmung wird verbessert, wenn die Halteglieder der zweiten Gruppe an nach unten überstehende Teile der Stege angesetzt oder aus solchen Teilen geformt sind.The evasive behavior of the coolant flow is improved if the holding elements of the second group are attached to parts of the webs that protrude downwards or are formed from such parts.
Alternativ oder zusätzlich können auch die Halteglieder der ersten Gruppe an nach oben überstehenden Teilen der Stege angesetzt oder aus diesen Teilen ausgeformt sein.Alternatively or additionally, the holding elements of the first group can also be attached to upwardly projecting parts of the webs or be formed from these parts.
Für mischende Abstandhalter oder Zwischengitter ist allgemein vorgesehen, daß ihre Maschen auf der dem Leichtwasser-Strom abgewandten Oberseite des Gitters die Mischflügel tragen. Diese sind in einer Ebene angeordnet. Die Strömung kann dann den Mischflügeln nicht ausweichen, sondern wird auf effektive Weise verwirbelt. Bevorzugt sind die Mischflügel an Teilen der Stege angesetzt, die auf der Oberseite des Gitters überstehen. Diese Teile der Stege (insbesondere sich kreuzender Stege) bilden also dann nur ein geringes Hindernis für den von den Mischflügeln auf die Kühlmittelströmung ausgeübten Drall. Dabei ist es vorteilhaft, wenn in jedem StrömungskanalFor mixing spacers or intermediate grids, it is generally intended that their meshes on the top of the grid facing away from the light water flow carry the mixing blades. These are arranged in one plane. The flow cannot then avoid the mixing blades, but is swirled in an effective manner. The mixing blades are preferably attached to parts of the webs that protrude from the top of the grid. These parts of the webs (in particular intersecting webs) therefore only form a small obstacle to the swirl exerted by the mixing blades on the coolant flow. It is advantageous if in each flow channel
zwei Mischflügel vorgesehen sind, die derart gleichsinnig um die Mittelachse des Strömungskanals gebogen sind, daß sie dem Kühlwasser den gewünschten Drall versetzen.two mixing blades are provided which are bent in the same direction around the central axis of the flow channel in such a way that they impart the desired swirl to the cooling water.
Anhand von drei Ausführungsbeispielen und sechs Figuren wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail using three embodiments and six figures.
Figur 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein Zwischengitter für den oberen Teil eines Druckwasser-Reaktors, wobei die Brennstäbe weggelassen sind und auch die dargestellten Maschen nur zum Abstützen von Brennstäben vorgesehen sind. Maschen, die an Steuerstab-Führungsrohren gehalten sind, sind nicht dargestellt. Figur 1 zeigt dabei zwei benachbarte Maschen I, II, die von zueinander parallelen Längsstäben la, Ib, Ic und Querstäben 2a, 2b, 2c gebildet werden, die die Längsstege ungefähr rechtwinklig durchsetzen.Figure 1 shows a partial cross-section through an intermediate grid for the upper part of a pressurized water reactor, whereby the fuel rods are omitted and the meshes shown are only intended for supporting fuel rods. Meshes that are held on control rod guide tubes are not shown. Figure 1 shows two adjacent meshes I, II, which are formed by mutually parallel longitudinal rods la, Ib, Ic and transverse rods 2a, 2b, 2c that pass through the longitudinal webs at approximately right angles.
Figur 2 zeigt einen Schnitt längs der Schnittlinie B-B der Figur 1.Figure 2 shows a section along the section line B-B of Figure 1.
Die Masche I gehört, ebenso wie die Maschen I' und I1', zu einer ersten Gruppe von Maschen, deren Halteelemente etwa in der Mittelebene M-M der Gitterstege angeordnet sind. Eine zweite Gruppe von Maschen (II, II', II1') besitzt dagegen Halteelemente, die ungefähr in einer darunterliegenden Ebene M'-M1 liegen. Die Maschen der beiden Gruppen sind schachbrettartig über den Querschnitt verteilt.Mesh I, like meshes I' and I 1 ', belongs to a first group of meshes whose holding elements are arranged approximately in the central plane MM of the grid bars. A second group of meshes (II, II', II 1 '), on the other hand, has holding elements that lie approximately in an underlying plane M'-M 1. The meshes of the two groups are distributed in a checkerboard pattern over the cross-section.
Als Halteelemente sind in jeder Masche jeweils zwei der aus 0 den Stege ausgeprägten Noppen 3a ... 3e und eine der aus den Stegen ausgestanzten Federn 4a, 4b vorgesehen. Die Federn sind dabei so in die Masche hineingebogen, daß sie einen möglichst geringen Strömungswiderstand haben, der nur von ihrem Materialquerschnitt, also der Wanddicke der Stege, bestimmt ist. Diese Halteelemente greifen an Haltepunkten, die ungefähr äquidistant über den Umfang der Brennstäbe verteilt sind, an den Brennstäben an.Two of the knobs 3a ... 3e formed from the webs and one of the springs 4a, 4b punched out of the webs are provided as holding elements in each mesh. The springs are bent into the mesh in such a way that they have as little flow resistance as possible, which is only determined by their material cross-section, i.e. the wall thickness of the webs. These holding elements grip the fuel rods at holding points that are distributed approximately equidistantly around the circumference of the fuel rods.
Dabei sind die Noppen und Federn, 3a, 3b, 3e und 4a aus Stegteilen 5, 6 ausgeprägt oder ausgestanzt, die nach unten über das Gitter überstehen. Das Kühlmittel, dem die Federn und Noppen dieser Ebene M1-M' einen Widerstand entgegenstellen, kann also durch die Zwischenräume zwischen diesen überstehenden Stegteilen hindurch in benachbarte Maschen ausweichen. Von diesen Nachbarmaschen kann nun das Kühlmittel durch die halbmond-förmigen Durchbrüche 7, die durch das Ausbiegen der ausgestanzten Federn in der Ebene M-M entstehen, wieder in die ursprüngliche Masche zurückkehren, wenn ihnen die Halteglieder in den Nachbarmaschen einen Strömungswiderstand entgegensetzen. The knobs and springs 3a, 3b, 3e and 4a are formed or punched out of web parts 5, 6 which protrude downwards over the grid. The coolant, which is resisted by the springs and knobs of this plane M 1 -M', can therefore escape through the gaps between these protruding web parts into neighboring meshes. From these neighboring meshes, the coolant can now return to the original mesh through the crescent-shaped openings 7 which are created by the bending of the punched-out springs in the plane MM, if the holding elements in the neighboring meshes provide a flow resistance.
Die Linien, an denen sich einander kreuzende Stege durchsetzen, stellen jeweils die Mittelachse von sogenannten "Unterkanälen" oder "Strömungskanälen" dar, die jeweils von benachbarten (nicht dargestellten) Brennstäben begrenzt sind. Mit den Mischflügeln 8a, 8b ist gezeigt, daß in jedem Unterkanal ein Paar von Leitflügeln angeordnet ist, die gleichsinnig derart seitlich in den Kühlmittelstrom hineinragen, daß dem Kühlmittel ein Drall um die Mittelachse des Strömungskanals eingeprägt wird.The lines where intersecting webs pass through each other represent the center axis of so-called "sub-channels" or "flow channels", each of which is delimited by adjacent fuel rods (not shown). The mixing blades 8a, 8b show that a pair of guide blades is arranged in each sub-channel, which protrude laterally into the coolant flow in the same direction in such a way that the coolant is given a swirl around the center axis of the flow channel.
In den Figuren 3 und 4 sind ein entsprechender Längsschnitt und Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform gezeigt, bei der auch die Halteelemente 10 (obere Ebene N-N) an vorspringenden Stegteilen 11 angeordnet sind, die nach oben über das Gitter überstehen. Diese überstehenden Teile 11 tragen die Mischflügel 12. Die in der Ebene N1-N1 liegenden Halte-0 elemente 13 sind, wie bereits in den Figuren 1 und 2 gezeigt, von nach unten überstehenden Stegteilen 14 gebildet.Figures 3 and 4 show a corresponding longitudinal section and cross section through a second embodiment in which the holding elements 10 (upper level NN) are also arranged on projecting web parts 11 which project upwards over the grid. These projecting parts 11 carry the mixing blades 12. The holding elements 13 lying in the level N 1 -N 1 are, as already shown in Figures 1 and 2, formed by web parts 14 which project downwards.
Während beim ersten Ausführungsbeispiel {Figuren 1 und 2) die Unterkante der Stege und beim zweiten Ausführungsbeispiel (Figur 3 und 4) auch noch die Oberkanten (Biegekanten), an denen die Leitflügel angesetzt sind, jeweils einen zickzackförmigen Verlauf haben, ist bei den entsprechenden Figuren 4While in the first embodiment (Figures 1 and 2) the lower edge of the webs and in the second embodiment (Figures 3 and 4) also the upper edges (bending edges) to which the guide vanes are attached each have a zigzag shape, in the corresponding Figures 4
95 6 3 H 6 995 6 3 H 6 9
und 5, die ein drittes Ausführungsbeispiel zeigen, der übliche Verlauf der Ober- und Unterkanten von derartigen Abstandhaltern
und/oder Mischgittern gezeigt. Abweichend von den Figuren 1 bis 4 sind ferner die Federn 2 0 hier aus Inconnel
oder einem anderen Federmaterial gebildet und in die Stege, die aus Zircaloy bestehen, eingehängt. Die Art dieser Befestigung,
bei der die Feder durch entsprechende Fenster in den Stegen greift, ist aus der überproportional stark gezeichneten
Feder 21 {Figur 5) erkennbar.
10and 5, which show a third embodiment, the usual course of the upper and lower edges of such spacers and/or mixed grids is shown. Deviating from Figures 1 to 4, the springs 20 here are made of Inconnel or another spring material and are suspended in the webs, which consist of Zircaloy. The type of this fastening, in which the spring engages through corresponding windows in the webs, can be seen from the disproportionately strong spring 21 (Figure 5).
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Claims (8)
dadurch gekennzeichnet, daß die Masehen, die Halteglieder enthalten, schachbrettartig in zwei Gruppen aufgeteilt sind, wobei die Halteglieder (I, I1, I'1) der ersten Gruppe oberhalb {Ebene M-M) der Halteglieder der zweiten Gruppe (Ebene M'-M') liegen und benachbarte Maschen auf der Höhe der Halteglieder strömungsmäßig miteinander verbunden sind.1. Spacer for a fuel element of a nuclear reactor cooled with light water, in which the fuel rods and, if applicable, structural tubes of the fuel element are guided through the meshes (I, 1'...1I 11 ) of a grid and the fuel rods are laterally fixed in the meshes by holding members (3a...3e, 4a, 4b),
characterized in that the meshes containing holding members are divided into two groups in a checkerboard pattern, the holding members (I, I 1 , I' 1 ) of the first group being located above (level MM) the holding members of the second group (level M'-M') and adjacent meshes being fluidly connected to one another at the level of the holding members.
Priority Applications (1)
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| DE29510594U DE29510594U1 (en) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | Reactor fuel element spacer |
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1995
- 1995-06-29 DE DE29510594U patent/DE29510594U1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19951026 |
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| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 19990401 |