DE1514560C3

DE1514560C3 - Abstandshalter für kastenförmige Kernreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE1514560C3
Application number: DE1514560A
Authority: DE
Inventors: Gerald Wien Huber; Diethelm Dipl.-Ing. Knoefler; Hans Kroepfl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-09-03
Filing date: 1965-09-03
Publication date: 1975-01-09
Also published as: BE685557A; DE1514560B2; US3398053A; DE1514560A1; CH451335A; SE307405B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Abstandshalter für Kernreaktorbrennelemente in Kastenform und durchbrochenem äußeren Mantel aus Strukturmaterial, bei dem eine Vielzahl von Brennstäben einzeln in den Maschen eines Steggitters aus Strukturmaterial durch feste und lose, federnde Anlageelemente gehaltert ist.

Vielfach haben die bei heterogenen Kernreaktoren benötigten Brennelemente eine kastenförmige Gestalt. Sie enthalten eine größere Anzahl von sehr dünnen oder auch sehr langen Brennstäben, die in dieser Lage durch sogenannte Abstandshalter festgelegt werden müssen: Beim älteren deutschen Patent 1514110 bestehen Hie Abstandshalterkonstruktionen aus einem Stegraster, also aus einer größeren Anzahl einander rechtwinklig kreuzender Stege, wobei durch jede der dadurch entstehenden Maschen ein Brennstab hindurchgeführt ist. Zur Zentrierung dieser Brennstäbe in diesen Maschen sind Vorsprünge und Fahnen aus dem Stegmaterial herausgearbeitet. Weiterhin sind dort die Siege umfassende federnde Anlageelemente vorgesehen, " um Fertigungstolerarizen und unterschiedliche thermische Ausdehnungen während des Betriebes aufnehmen zu können, aber auch einen möglichst einfachen konstruktiven Aufbau zu ermöglichen.

Eine teilweise federnde Halterung der Brennstäbe ist auch aus der belgischen Patentschrift 644 056 zu entnehmen. Jedoch sind die dazu vorgesehenen Elemente nicht lose, sondern starr angebracht. .

Das für derartige teilweise federnde Abstandshalter benötigte Material hat aber einen verhältnismäßig großen Neutronenabsorptionsquerschnitt und beeinflußt damit die Neutronenbilanz des Reaktors in ungünstigem Maße.

Es stellte sich daher die Aufgabe eine Abstandshalterung zu finden, die unter besonderer Berücksichtigung neutronenphysikalischer Gesichtspunkte eine schwingungssichere Zentrierung der einzelnen Brennstäbe mit einfachsten Mitteln gewährleistet.

Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei dem eingangs genannten Abstandshalter dadurch, daß erfindungsgemäß jeder einzelne Brennstab im Kasten zwischen zwei starren und einem einzigen losen, federnden Anlageelement aufgenommen ist. Dabei sind die starren Anlageelemente aus den Rasterstegen herausgearbeitet und die federnden Anlageelemente lose in das Rastergitter eingesetzt. Die rasterförmig angeordneten Stege sind dabei aus einem nur wenig neutronenabsorbierenden Material, wie z. B. Zirkon oder einer Zirkonlegierung, gefertigt, lediglich die federnden, eingesetzten Teile bestehen aus rostfreiem Stahl oder einer hochtemperaturfesten und korrosionsfesten Nickellegierung. Letztere hat wohl ebenfalls einen wesentlich größeren Neutronenabsorptionsquerschnitt, jedoch ist das Verhältnis von Materialien kleinen zu großen Neutronenabsorptionsquerschnitts so hoch, daß die Wirkung des letzteren auf die Energiebilanz des Reaktors nurmehr eine sehr abgeschwächte ist.

Ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen, aus zwei verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzten. Abstandshalter sei an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein derartiges Brennelement mit einem erfindungsgemäßen Abstandshalter;

Fig.2 zeigt eine Verbindungsmöglichkeit zwischen den einzelnen Rasterstegen und den federnden Elementen;

F i g. 3 zeigt verschiedene Variationen der Ausführungsform dieser federnden Elmente.

Die Brennstäbe selbst sind mit 1 bezeichnet, die sich kreuzenden Rasterstege aus Zirkon oder einer Zirkonlegierung mit 4 und 5, die federnden Teile aus rostfreiem Stahl oder einer hochwarmfesten und korrosionsbeständigen Nickellegierung tragen die Bezeichnung 3. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die Rasterstege 2 und 5 mit Vorsprüngen versehen, die

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ζ. B. als Ausprägungen, abgebogene Teilstücke der den. Nicht unerwähnt soll bleiben, daß nicht nur eine

Stege usw. ausgeführt sein können. Diese Vorsprünge Drei-Punkte-Lagerung des Brennstabes in einer

bilden die starren und festen Anlagepunkte für die zu Horizontalebene möglich ist, sondern auch in der

halternden Brennstäbe. Der dritte Halterungspunkt vertikalen Richtung. Dazu ist es lediglich notwendig,

dagegen ist federnd ausgeführt und wird durch das 5 daß die festen Anlagepunkte je Steg in doppelter

Teil 3 gebildet. Dieses erstreckt sich jeweils über Ausführung, also z. B. an der oberen und an der un-

zwei benachbarte Maschen, d. h. jedes Ende der teren Kante angebracht sind und das federnde Teil 3

federnden Teile trifft auf einen Brennstab. seinen Anlagepunkt in der Mittelebene dieses Stegra-

F i g. 2 zeigt wie ein derartiges federndes EIe- sters hat. Dadurch ist in vertikaler Richtung gesehen ment 3 in dem Verband der Rasterstege 2 und 5 ge- ίο eine stabile Halterung der Brennstäbe möglich, der haltert werden kann. Eine feste Verbindung ist dazu Federdruck kann niemals im Sinne eines Biegemonicht erforderlich. Selbstverständlich könnten die mentes auf den Brennstab 1 wirken.
Stege 5 auch aus einem unteren und einem oberen Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, daß die Haupt-Teil bestehen, die wiederum durch entsprechende masse des Abstandshalters aus nur wenig neutronen-Schlitzung mit den Stegen 2 und dem federnden 15 absorbierendem Material besteht und nur ein sehr Teil 3 verbunden sind. geringer Teil, nämlich die kleinen Federstücke 3, aus

Nach F i g. 3 ist an einem schematischen Quer- einem Material mit höherem Neutronenabsorptionsschnitt des Brennelementes eine Vielzahl von Mög- querschnitt gefertigt ist. Bei einwandfreier Gewährlichkeiten für die Ausführungsform des federnden leistung der mechanischen Halterungseigenschaften Teiles 3 eingezeichnet. Durch die Länge der federn- 20 ist somit die Beeinflussung der Neutronenbilanz des den Arme kann dabei die für notwendig erachtete gesamten Reaktors im Vergleich zu Abstandshaltern Federkraft eingestellt werden. Durch die Größe der gemäß dem Stand der Technik nur sehr gering. Umbiegung der Enden dieses Teiles 3 kann der zu- Selbstverständlich lassen sich auch noch andere Konlässige Federweg begrenzt werden, so daß nach einer struktionen nach den Grundprinzipien der vorliegengewissen Verbiegung, die noch für zulässig gehalten 25 den Erfindung durchführen, die alle die vorstehend wird, auch das Teil 3 als fester Anschlag für den genannten Vorteile aufweisen.

Brennstab 1 wirkt. Entsprechend der Länge des Abschließend sei erwähnt, daß die Rasterstege mit federnden Teiles 3 ändert sich selbstverständlich dem das kastenförmige Brennelement umhüllenden auch der Anbringungsort für die Vorsprünge21 und Mantel starr, z.B. durch Lötung oder Schweißung 51. Diese können dabei auch zu einer Beeinflussung 30 verbunden sind und damit auch hier zur Steigerung der Kühlmittelströmung im Sinne einer Verbesserung der Festigkeit beitragen bzw. umgekehrt die Verwender Kühlwirkung und des Kühlmittelaustausches zwi- dung dünnerer Mantelbleche bei gleich hoher Festigschen benachbarten Maschen mit herangezogen wer- keit erlauben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abstandshalter für Kernreaktorbrennelemente in Kastenform und durchbrochenem äußeren Mantel aus Strukturmaterial, bei dem eine Vielzahl von Brennstäben einzeln in den Maschen eines Steggitters aus Strukturmaterial durch feste und lose, federnde Anlageelemente gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Brennstab (1) im Kasten zwischen zwei starren (21, 51) und einem losen, federnden Anlageelement (3) aufgenommen ist.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Anlageelemente (21, 51) aus den die Maschen bildenden Stegen (2,4,5) nach an sich bekannten Verfahren herausgearbeitet sind und die federnden Elemente (3) als lose, an beiden Enden abgebogene, längliche, bandförmige Teile in das Steggitter derart eingesetzt sind, daß jedes der beiden Enden in zwei nebeneinanderliegenden Maschen jeweils das dritte Anlageelement bilden.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Richtung der federnden bandförmigen Teile verlaufenden Gitterstege aus zwei übereinander angeordneten Hälften bestehen, die durch entsprechende Schlitzung mit den anderen Gitterstegen verbunden sind und auch die federnden Teile in ihrer Sollage halten.

4. Abstandshalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstege zur Versteifung des Brennelementmantels mit diesem fest, z. B. durch Verlötung oder Verschweißung verbunden sind.

5. Abstandshalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstege aus einer nur wenig neutronenabsorbierenden Zirkonlegierung, z.B. Zircaloy, und die federnden Teile (3) z.B. aus rostfreiem Stahl oder hochwarmfesten und sehr korrosionsbeständigen Nikkellegierungen gefertigt sind.

6. Abstandshalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Anlageelemente (21) an beiden Kanten der Gitterstege übereinander angeordnet sind, je Masche sind in zwei Ebenen eine doppelte Anzahl fester Anlageelemente vorgesehen, so daß in vertikaler Richtung zusammen mit dem federnden Anlageelement (3) eine stabile Drei-Punkte-Lagerung gegeben ist.