DE2918112A1

DE2918112A1 - Vorrichtung zur querhalterung der brennstaebe eines brennelementbuendels fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE2918112A1
Application number: DE19792918112
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1978-05-19
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE2918112C3; JPS54152783A; DE2918112B2; GB2022310A; SU884591A3; NL7903069A; IE48230B1; SE431268B; FR2426312A1; FR2426312B1; ES480693A1; BR7903046A; IT7967990A0; IT1118608B; US4297170A; SE7904157L; IE790943L; GB2022310B; JPS5933863B2; BE876368A

Description

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FRAMATOME
924oo Courbevoie, Frankreich

Vorrichtung zur Querhalterung der Brennstäbe eines Brennelementbündels für einen Kernreaktor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einem Brennelementbündel für einen Kernreaktor sind die Brennstäbe parallel als Bündel angeordnet, indem sie zur Erraöglichung des Durchtritts des Kühlmittels regelmässig angeordnet gehalten sind.

Im Betrieb sind die Brennstäbe durch die Strömung des Kühlmittels bedingten Schwingungen, Wärmedehnungen und strahlungsbedingten Verdickungen unterworfen. Die Brennstäbe werden durch eine bestimmte Anzahl von Querhaltevorrichtungen als regelmässige Bündel gehalten. Die Querhaltevorrichtungen bilden Verstrebungen und sind als im wesentlichen regelmässig längs des Bündels im Abstand verteilte Gitter ausgebildet.

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Die von einem derartigen Gitter zu erfüllenden wesentlichen Funktionen sind die folgenden:

- Halten der Brennstdbe gemäss einem genauen und regelrnässigen Quernetz selbst unter der Wirkung von Querkräften,

- Ermöglichen einer axialen Ausdehnung der Brennstäbe,

- Halten der Brennstäbe mit einer ausreichenden Querkraft zur Begrenzung ihrer Schwingungen unter der Wirkung des um sie herum strömenden Kühlmittels.

Die Gitter müssen ferner der Strömung einen minimalen Widerstand leisten und hierfür in otromungsi'ichtung einen minimalen Hauptrahmen aufweisen. Um andererseits den Neutronenfluss möglichst wenig zu stören, müssen bei der Konstruktion der Gitter Materialien mit hoher neutronenabsorption vermieden werden.

Hierzu wurden Gitter zum Halten von Brennstäben in Brennelementbündeln für Kernreaktoren entworfen, die für die Brennstäbe Halte- oder Verkeilungsteile aufweisen, die innerhalb der Zellen des Gitters angebracht oder aus dem die Wand der Zellen bildende Material ausgeschnitten sind. Es wurde ebenfalls die Verwendung von unterschiedlichen Metallmaterialien in Betracht gezogen zur Bildung der Bewährung des Gitters und der elastischen Halteelemente für die Brennstäbe.

Diese Vorrichtungen sind aber kompliziert aufgebaut und ermöglichen keine Ausübung von Querkräften vollkommen kontrollierter Intensität an Brennstäben zur Begrenzung ihrer Schwingungen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die diesen Nachteil vermeidet, einfach aufgebaut ist und die Ausübung von Querkräften kontrollierter Intensität auf die Brennstäbe eines Brennelementbündels zur Querhalterung der Brennstäbe ermöglicht.

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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine üchrägansicht einiger Zellen von drei Gittern, die die durch die Vorrichtung nach der Erfindung gebildeten Unteranordnungen bilden;

B'ig. 2 eine Draufsicht einer ein Brennelement umschliessenden Zelle eines der Lndgitter;

Fig. 3 eine Draufsicht einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorrichtung viex¹ identische Teile aufweist;

Fig. 4 eine üchrägansicht von Einzelheiten der Vorrichtung nach der Erfindung gemnns einer ersten Ausführungsforra;

Fig. 5 eine Schrägansicht von Einzelheiten einer Vorrichtung nach der Erfindung gemHss einer zweiten Ausführungs-

Fig. 1 zeigt einen Teil einer ^uerhaltevorrxchtung nach der Erfindung mit einem durch ein Gitter mit quadratischen Zellen 10 gebildetes Oberteil 1, mit einem mit dem Oberteil 1 identischen Unterteil 2 und mit einem mittleren Teil 5, gebildet durch ein Gitter mit quadratischen Zellen 11 derselben Abmessung wie die Zellen 10, jedoch von geringerer Höhe als die die Teile 1 und 2 der Vorrichtung bildenden Gitter. Die drei Unteranordnungen 1, 2 und 5 bilden eine Querhaltevorrichtung für Rohre, wobei die Abmessungen der Zellen 10

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ausreichen für den Durchtritt eines Rohres durch die Zellen in Längsrichtung des Brennelementbündels, d. h. senkrecht in Fig. 1.

Die Gitter 1 und 2 sind an ihren seitlichen Enden an einer Metallplatte 3 befestigt, die ihre Halterung in einem gexvissen Längsabstand zwischen den Gittern 1 und 2 ermöglicht.

Die Gitter 1 und 2 bestehen aus Metallplatten 12, 13, die senkrecht zueinander und starr so zusammengebaut sind, dass sie ein Netz bilden, von dem in Pig. 1 nur ein Teil sichtbar ist.

Dieses Netz enthält eine Anzahl von äusserst wichtigen Maschen oder Zellen, deren Anzahl grosser als die Anzahl der Brennstäbe im Brennelementbündel ist, da bestimmte Zellen anstelle von Brennstäben von Halterohren für das Brennelementbündel durchquert werden.

Die Metallplatten 12, 13» die zum Beispiel Platten aus nur wenig absorbierendem Material, wie dem Zircaloy, sein können, sind miteinander durch Schweissen verbunden zur Bildung eines starren Gitters mit genauen Seiten für eine genaue Positionierung der Brennstäbe in das Brennelementbündel bildenden Bündel.

Das mittlere Gitter 5 besteht aus Metallplatten 14 mit geringerer Breite als die Metallplatten 12, 13, wobei das durch die Metallplatten 14 gebildete Netz im wesentlichen identisch mit dem Netz der durch die Metallplatten 12, 13 gebildeten Gitter 1, 2 ist.

Am Unterteil der Metallplatten 12, 13 des oberen Gitters und am Oberteil der Metallplatten 12, 13 des unteren Gitters 2 sind Kerben 15 ausgebildet. Diese Kerben gestatten die Anbringung des mittleren Gitters 5 zwischen dem oberen und dem unteren Gitter 1 bzw. 2 in der Weise, dass das mittlere

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Gitter 5 ein wenig in Querrichtung gegenüber den Gittern 1, versetzt ist, vgl. Fig. 1 und 2.

Fig. 2 zeigt einen Brennstab 6 innerhalb einer Zelle 10 des oberen Gitters. Dieser Brennstab 6 wird in der Zelle 10 durch die Wände 14- des mittleren Gitters 5 gehalten, die mit dem Brennelement längs zweier Ilantellinien 16 in Berührung stehen. Der Brennstab 6 steht längs Ilantellinien 17 ebenfalls in Berührung mit den Wänden 12, 13 der Zelle 'des oberen Gitters 1.

Die Wände 14- des mittleren Gitters 5 sind elastisch, was die Ausübung einer Kraft auf den Brenn stab 6 ermöglicht, wenn das mittlere Gitter 5 um einen bestimmten Betrag in Querrichtung gegenüber den Endgittern 1 und 2 versetzt ist. Das elastische Gitter ^ wird aus einem Material, wie dem Inconel hergestellt, dessen plastizität unter Bestrahlung unverändert bleibt.

Der Brennstab 6 xvird längs der Mantellinien 17 gehalten und steht ebenfalls in Berührung mit den Wänden 12, 13 der Zelle des Gitters 2, das genau senkrecht zur Zelle des Gitters 1 angeordnet ist, vgl. fig. 2.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist einfach aufgebaut und ermöglicht eine optimale Erfüllung der Funktionen, die ein Haltegitter für die Brennstäbe eines Brenneleraentbündels erfüllen soll. Die Endgitter 1, 2 ermöglichen das Halten der Brennstäbe 6 gemäss einem vollständig definierten Netz und bilden eine vollkommen steife Halterung, die den Querkräften ohne Verformung widerstehen kann. Die durch die beiden Gitter 1, 2 und die seitlichen Verstrebungsplatten gebildete Anordnung ist vollkommen steif.

Das gegenüber den Gittern 1, 2 versetzt angeordnete mittlere Gitter 5 besteht aus Platten 14 aus einem elastischen Material, und ermöglicht die Ausübung einer Querkraft auf die

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ßrennstäbe 6. Diese Kraft kann in Abhängigkeit von der Versetzung des Gitters 5 gegenüber den Gittern 1, 2 eingestellt werden, was eine Begrenzung der Schwingungen der Brennelemente unter der otrömungswirkung des Kühlmittels gestattet. Diese Befestigungsart gestattet ausserdem die axialen Ausdehnungen der Brennstäbe während deren Erhitzung.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Fall erfolgt die Versetzung des mittleren Gitters 5 gegenüber den Endgittern 1, 2 längs der Diagonalen des den Querschnitt einer Zelle bildenden Quadrats, d. h. um einen identischen Betrag in den Richtungen der Zellenwände. In diesem Fall erfolgt die Verteilung der Kräfte vollkommen symmetrisch.

Die Versetzung des mittleren Gitters 5 kann durch jedes Mittel erfolgen, wobei die Kraftausübung durch dieses Gitter auf die Brennelemente durch eine Anlage des Gitters 5 an einem der beiden Endgitter 1, 2 oder an diesen beiden Gittern erfolgt.

Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform der Haltevorrichtung nach der Erfindung, bei der das mittlere Gitter 5 in vier von den Symmetrieachsen des Gitters begrenzten Sektoren unterteilt ist. Jeder Sektor ist zur Innenseite des Gitters 5 hin durch doppelte v/ände begrenzt, die durch die miteinander verschwelssten Metallplatten 14- gebildet werden. Die Versetzungen der Gitters 5 sind in jedem Sektor unterschiedlich und symmetrisch zu den Symmetrieachsen des Gitters 5-

Eine derartige Konstruktion hat den Vorteil, die auf die Brennstäbe 6 vom Gitter 5 ausgeübten Kräfte auszugleichen. Das Gitter 5 ist gegenüber den Endgittern 1, 2 in den Grenzen des in den Kerben 15 vorgesehenen Spiels beweglich. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht im Ausgleich der auf eine Anordnung von vier quadratisch angeordneten Zellen ausgeübten Kräfte .

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Fig. 4- zeigt die Innenwände 12, 13 zweier senkrecht übereinander angeordneter Zellen 10, die jeweils zum Gitter 1 bzw. gehören. An den Wänden 12, 13 der Gitter 1 bzw. 2 sind jeweils Vornprünge 19, 20 bzw. 19' ■> 20' in der Weise vorgesehen, dass die Berührung des Brennstabs 6 mit den Wänden 12 und 13 jeweils längs der Vorsprünge 19, 19', 20, 20' erfolgt, die auf derselben Senkrechten angeordnet sind. Diese Vorsprünge können durch Ausschneiden oder Zurückdrücken des Metalls der Wände 12 und 13 hergestellt werden.

Fig. 5 zeigt ein mittleres Gitter 5, dessen Platten die Wände der Zellen bilden und kleine geneigte Ablenker 21, 22 und 21', 22' aufweisen, die die Verbindung zwischen den Wänden Gitters 5 und den Wänden der Gitter 1, 2 herstellen. Diese Ablenker erleichtern das Einführen der Brennstäbe während des Zusammenbaus.

Die oberen und unteren Ränder der Zellenwände des Gitters 5 können ebenfalls Abschrägungen aufweisen, die dieselbe Aufgabe wie die Ablenker 21, 22 und 21', 22' haben.

Eine besonders interessante Ausführungsform der Erfindung besteht in der Herstellung der Gitter 1, 2 einerseits und des Gitters 5 andererseits aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Man erhält dann eine Verspannung der Brennstäbe, die bei Wärme grosser als bei Kälte ist, was das Einsetzen der Brennstäbe beim Zusammenbau erleichtert und beim Heissbetrieb eine ausreichende Kraft ergibt.

Dies kann im Fall der Vorrichtung von Fig. 3 beispielsweise erreicht werden, wenn das Gitter 5 einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Gitter 1, 2 hat.

Die Form der Zellen und der Aufbau der Gitter 1, 2 und 5 müssen nicht unbedingt identisch mit den dargestellten Formen

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und Konstruktionen sein. Je nach, der Art des mit der Haltevorrichtung nach der Erfindung auszurüstenden Brennelementbündels sind Abänderungen denkbar.

Das mittlere Gitter kann durch eine Anordnung von Einzelgittern gebildet werden, wie sie zum Beispiel bei 5 in Fig. 3 dargestellt sind, die im Zwischenraum zwischen den Endgittern so aneinandergrenzend angeordnet sind, dass sie die gesamte Querfläche des Brennelementbündels überdecken.

Es können ebenfalls eine Anbringung und Halterung dec Gitters 5 gegenüber den Gittern 1, 2 von beliebiger Art vorgenommen werden, wie auch Verbesserungen für die Halterung und Einführung der Brennelemente in die Gitter, in Abweichung von den in Fig. 4- und 5 gezeigten.

Zur Herstellung der Haltevorrichtung können beliebige Materialien verwendet werden, während das Material zur Herstellung des massivsten Teils der Vorrichtung, d. h. der Anordnung von Gittern 1 und 2 und deren Verbindung, ein für Neutronen nur wenig absorbierendes Material, z. B. Zircaloy, sein muss. Für die Herstellung des Gitters 5₅ für das gute elastische Eigenschaften angestrebt werden und das nur wenig massiv ist, können dagegen Materialien je nach ihren mechanischen Eigenschaften und. ihrem Wärmeausdehnungskoeffizient, z. B. Inconel, gewählt werden.

Schliesslich kann die Vorrichtung nach der Erfindung zum Halten von Brennstäben in jeder Art von in Kernreaktoren verwendeten Brennelementbündeln angewendet werden.

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Claims

Palentanwälte

DlPL-ING. R. BEETZSEH.-DlPL-ING. K. LAMPRECHT; DR.-ING. H. BEEIZJR. O Q 1 Q 1

RECHTS/.iT.'i.UT D PL-PHYS. DR. JUR. U. HEIDRiCH Z3 I ö I

DR.-mG. W. IiMPE - DIPL-ING. J. SIEGrRlEO

PRIV.-D3Z. DiPL-CSIEM. DR. RER. NAT. W. SCHMITT-FUMIAN

Steinsdorfstraße 10 - D-8000 München 22

31o-29.6o8p(29.6o9H) k. Mai 1979

Ansprüche

M. / Vorrichtung zur Querhalterung der Brennstäbe eines Brennelementbündels für einen Kernreaktor, dessen parallele Brennstäbe ein Bündel bilden, indem sie durch Querverstrebungen regelonissig gehalten werden, die als Haltevorrichtungen ausgebildet sind zur Ausübung von Querkräften auf die Brennstäbe zur Begrenzung der Schwingungen unter Zulassung einer axialen Ausdehnung der Brennstäbe,

gekennzei'chne t

durch drei Unteranordnungen von in Längsrichtung des Brennelementbunäels aufeinanderfolgend angeordneten Gittern (1, 2, 5) ·, bestehend aus:

zwei Endgittern (1, 2) aus Metallplatten (12, 1;">) , die geraäss einem regelmässigen Netz angeordnet sind, das Zellen (10) begrenzt, durch die die Brennstäbe (6) hindurchtreten und die als zur Längsachse des Brennelementbündels parallele Seitenflächen die quer zum Brenneleraentbündel angeordneten Hetallplatten derart aufweisen, dass deren Breite die Dicke der Endgittex* (1, ?.) in Längsrichtung bildet, wobei die beiden Sndgitter (1, 2) identisch uric: in einem bestimmten Längsabstand entlang den Brennstäben (6) miteinander verbunden angeordnet sind, und

ein mittleres Gitter (5) aus elastischen lietallplatten (14) von geringerer Breite als die Breite der i'ietallplatten (12, 15) der beiden Sndgitter (1, 2), das

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gemoss einem regelmässigen Netz zwischen den beiden Endgittern (1, 2) in einen Lilursabstand entlang den Brennstäben (6) und in querrichtung gegenüber den Endgittern (1,2) derart versetzt angeordnet ist, dass die elastischen wände (14) der Zellen des mittleren Gitters (5) auf die Brennstäbe (6) ^uerkräfte ausüben, die die Brennstäbe (O gegen br-stimmte Ketal IpI fit ten (12, 13) der Zellen (10) der Endgitter (I₁2) drücken, wobei sich das mittlere Gitter (5) an wenigstens einem der Endgitter (1, 2) abstützt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass wenigstens einen der Endgitter (1, 2) an seinem in Berührung :ni t üem :nit tieren Gitter (5) stehenden Teil Kerben (15) aufweist zum Halten des mittleren Gitters (5) gegenüber den Endgittern (1, 2) mit einer gewiesen Möglichkeit einer ^uereinstellung.

J. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichneC,

dass das mittlere Gitter (^) zwei symmetrische Achsen aufweist, wobei die ^uerversetzung des mittleren Gitters (5) in jedem seiner von den symmetrischen Achsen begrenzten Teile symmetrisch ist zu den Versetzungen in den anderen Teilen des mittleren Gitters (5) bezüglich dessen Symmetrieachsen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet,

dass das mittlere Gitter (^) durch eine Anordnung von Einzelgittern gebildet LsL, die derart nebeneinander angeordnet sind, dass sie die gesamte Querfläche des Brennelementsbündels bedecken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennr,elehne t,

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dass die mit den Brennstäben (6) in Berührung stehenden Innenwände (12, 13, 12¹, 13') der Zellen (10) der Endgitter (1, 2) Vorsprünge (19, 20, 19', 20') für die Halterung der Brennstäbe (6) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

dass die Ränder der das mittlere Gitter (5) bildenden Metallplatten (14) zur Erleichterung der Führung der Brennstäbe während ihrer Einführung Vorsprünge (22) oder Abschrägungen aufweisen.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet

durch Metallplatten (12, 13, 14) aus einem Neutronen nur gering absorbierenden Metall.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

dass das Metall der das mittlere Gitter (5) bildenden Metallplatten (14) einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als die die Endgitter (1, 2) bildenden Metallplatten (12, 13) aufweist.

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