DE2055339B2 - Kerngittef für einen Atomreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kerngitter für einen Atomkernreaktor zur Führung der Köpfe der Brennelementanordnungen im Reaktorkern, bestehend aus mehreren dünnen Stegen, die derart kreuzweise ineinandergreifen, daß eine maschengitterartige Anordnung mit einer Anzahl von Durchtrittsöffnungen für die Brennstoffanordnungen entsteht

Bei dem Atomreaktor des Atomkraftwerks »Dresden« in der Nahe von Chikago ist der Reaktorkern heterogen. Das heißt, <er enthalt mehrere Brennelementanordnungen, die vertikal in einer Reihe angeordnet sind, so daß sich die Kernspaltreaktion von selbst aufrechterhält Der Reaktorkern ist in einem Druckkessel enthalten, in dem er in eine Arbeitsflüssigkeit, wie leichtes Wasser, taucht, die nicht nur als Kühlmittel, sondern auch als Neutronenmoderator dient

Jede Brennelementeanordnung hat einen rohrförmigen Strömungskanal, der eine Anordnung aus langgestreckten Brennelementen oder -stäben enthält, die zwischen einer oberen und unteren Verbindungsplatte gehaltert sind. Die Brennelementeanordnungen sind in dem Druckkessel zwischen einem oberen Kerngitter und einer unteren Reaktorkern-Stützplatte angeordnet

Die untere Reaktorkern-Stützplatte stützt die Brennelementanordnungen seitlich ab und bildet eine Kühlmitteldruckabgrenzung zwischen der unteren Füllung und dem Reaktorkernbereich. Das obere Kerngitter dient einmal zur Aufrechterhaltung eines geeigneten Abstandes zwischen den Brennelementeanordnungen und zum anderen dazu, eine Seitwärtsbewegung der Brennelementeanordnungen, beispielsweise während seismischer Störungen (Erschütterungen), zu verhindern.

Da die Brennelementeanordnungen einen verhältnismäßig geringen Abstand voneinander aufweisen, haben ίο die Stege des Kerngitters nur eine begrenzte Dicke. So sind die Stege etwa 9,53 mm dick, etwa 330 mm hoch und etwa 5,08 m lang. Das Kerngitter besteht aus zwei sich im rechten Winkel kreuzenden Anordnungen paralleler Stege, die mit Schlitzen an ihren Kreuzungen, ι s w*e die Stege in einem Eierkasten, ineinandergreifen.

Da zur Verbindung der Stege Schlitze erforderlich sind, hat das Kerngitter nicht die gewünschte Steifigkeit oder Festigkeit Versuche, die Stege an den Krei<zungen zur Verbesserung der Steifigkeit oder Festigkeit des Kerngitters zusammenzuschweißen, waren wegen der sich ergebenden Verwerfung oder Verbiegung des Kerngitters bzw. der Stege erfolglos. Ein Kerngitter der gattungsgemäßen Art ist aus der GB-PS 11 47 144 bekannt Aus der DE-OS 15 89 051 ist es bekannt, daß die Stege Schlitze aufweisen, mit denen sie ineinandergreifen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kerngitter der gattungsgemäßen Art mit größerer Steifigkeit oder Festigkeit anzugeben, bei dem der quadratische Querschnitt der Brennelementeanordnungs-DurchtrittsöHnungen beibehalten wird, ohne daß die Anordnung in irgendeiner Weise verformt wird.

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe, beim eingangs genannten Kerngitter, dadurch gelöst daß die Stege in J5 an sich bekannter Weise Schlitze aufweisen, mit denen sie ineinandergreifen und daß an den Kreuzungen der Stege jeweils eine in die Stege eingreifende Schraube vorgesehen ist, die mit Gewindegängen versehen ist die einen spitzen Winkel zwischen der {/«cwindedruckflankenfläche und der Schraubenachse aufweisen, wobei die Stege mit einem dem Außengewinde der Schrauben angepaßten Innengewinde versehen sind, so daß beim Anziehen der Schrauben die Stege gegen die Schrauben gedrückt werden.

Nach dem Anziehen der Schrauben stehen die Stege in Längsrichtung unter Zugspannung, so daß die Schlitze nicht aufgeweitet werden und das Kerngitter fest und verwindungssteif zusammengehalten wird.

Weiterbildungen bind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ausführlicher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Atomreaktorkernanordnung,

Fig.2 eine Draufsicht auf ein Segment des Kerngitters,

Fig.3 in Seitenansicht wie das Kerngitter in einen Halterungsring eingreift

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht einer Kreuzung der Stege des Kerngitters in auseinandergezogener Anordnung,

Fig.5ein Ausführungsbeispiel einer Kreuzungsbefestigungsschraube,

F i g. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Kreuzungsbefestiguiigsschraube und

F i g. 7 eine Teilquerschnittsansicht des spitzwinkligen Gewindes.

Der Atomreaktor-Brennstoffkern nach Fi g. 1 enthält mehrere austauschbare Brennelementeanordnungen 10, die durch mehrere Regelstabführungsrohre 9, die durch eine Platte 12 hindurchragen, in einem Druckkessel U auseinanderliegend gehalten sind. Jede Brennelementeanordnung greift mit einem sich verjüngenden Nasenstück 13 in einen Halterungssockel in einem Brennelementehalterangsgehäase ein, das oben am Regelstabfühnui£3rohr angeordnet ist (Das Führungsrohr und das Ende des Nasenstücks sind mit öffnungen zur Aufnahme eines Kühlmittels aus einer unter Druck stehenden Kühlmittelzuführkammer 14 versehen).

An den oberen Enden sind die Brennelementeanordnungen 10 in gerader Linie ausgerichtet und seitlich von einem Kerngitter 16 gehalten. Das Kerngitter 16 ist aus mehreren kreuzweise verbundenen Stegen 17(1) und 17(2) gebildet, die mit ineinanderpassenden Verriegelungsschlitzen an ihren Kreuzungen versehen sind. Die Enden dieser Stege greifen in einen einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Halterungsring 18, den ein Absatz 19 trägt. Der Absatz 19 ist an einer ringförmigen Ummantelung, die den Kern umgibt, oder au: andere Weise in dem Druckkessel 11 befestigt

Ein Segment des Kemgitters 16 ist in Fig.2 in Draufsicht dargestellt Die sich kreuzenden und ineinandergreifenden Stege 17(1) und 17(2) bilden mehrere Brennelementeanordnungs-Durchführungen 20 mit quadratischem Querschnitt Jeder Durchführung 20 nimmt vier Brennelementeanordnungen 10 und einen Regelstab8 mit kreuzförmigem Querschnitt auf.

Einzelheiten des Eingriffs der Enden der Stege 17(1) und 17(2) in den Halterungsring 18 sind in Fig.3 dargestellt Der Halterungsring 18 weist einen Stützwinkel 21 und einen Sicherungsring 22 auf, der am Stützwinkel 21 mit mehreren Kopfschrauben 23 befestigt ist. An jedem Ende der Stege 17(1) und 17(2) ist ein Steg-Endstab 24 angeschweißt Die Endstäbe 24 sind dicker als die verhältnismäßig dünnen Stege 17(1) und 17(2), um einen ausreichenden Materialquerschnitt zur Befestigung aiu Halterungsring 18 durch einen unteren Sicherungsstift 26 und einen oberen Sicherungsstift 27 zu schaffen. Die Stifte 26 und 27 sind durch Heftschweißungen befestigt

Einzelheiten einer typischen Kreuzung 15 von Stegen 17(1) und 17(2) sind in Fig.4 perspektivisch in auseinanderfeezogener Anordnung dargestellt An jeder Kreuzung sind die Stege 17(1) mit sich nach unten öffnenden Schlitzen 28(1) versehen. Die Stege 17(2) sind mit ähnlichen sich nach oben öffnenden Schlitzen 28(2) versehen. Die Schlitze 28(I) und 28(2) erstrecken sich über die Höhe Λ der Stege, so daß sie in dem in F i g. 2 dargestellten zusammengesetzten Zustand wie die Stege in einem Eierkasten ineinandergreifen.

Die Stege 17(1) und 17(2) sind verhältnismäßig dünn. Ihre Dicke t liegt in der Größenordnung von 943 mm. Die Höhe Λ beträgt etwa 330 mm, und der längste Steg kann über 5,08 m lang sein. Wegen dieser Abmessungen und wegen der Schlitze 28(1) und 28(2) hat das zusammengesetzte Kerngitter nicht die gewünschte Steifigkeit oder Festigkeit, wenn keine Befestigungsoder Verstärkungsmittel für die Kreuzungen 15 vorgesehen sind. Versuche, die Kreuzungen durch Schweißen zu versteifen, waren erfolglos, weil sich das Kerngitter dabei wirft und verdreht bzw. verbiegt Man hat erwogen, die Oberflächen der Durchführungen für die Brennelementeanordnungen nach dem Schweißen maschinell zu bearbeiten, dies jedoch als übermäßig kostspielig und zeitaufwendig verworfen. Die verschiedensten bekannten Klemm- oder Einspannanordnungen haben sich als zu kostspielig, unwirksam odor unbrauchbar erwiesen, weil ihr Raumbedarf zu hoch ist

Versuche, die Kreuzungen durch Schrauben mit normalem Gewinde zu versteifen, waren ebenfalls erfolglos, weil sich herausgestellt hat, daß sich die Enden der Schlitze 28 und 29 wie Schlitzmuttern verhalten. Eine Schraube mit normalem V-förmigen Gewinde übt eine nach außen gerichtete Kraft auf das in dieses

ίο eingreifende Gewinde an den Schlitzenden aus, so daß die Schlitze gespreizt und nicht zusammengezogen werden.

Dieses Problem wird nach der Erfindung durch Verwendung von Befestigungsschrauben 31 mit spitz winkligen Gewindegängen gelöst, die beim Festziehen eine Kraft in Richtung auf die bzw. quer zur Schraube ausüben. Wie aus Fig.4 zu ersehen ist wird sowohl oben als auch unten an den Kreuzungen 15 eine Befestigungsschraube 31 verwendet Zu diesem Zweck ist das Endteil 32(1) des Schlitzes 38(1) mit einer Gewändebchrung und der Steg!?(!) aui der dem Schütz 28(1) gegenüberliegenden Seite mit einem kurzen Gewindeschlitz 33(1) versehen. Der Durchmesser der Schrauben 31 ist größer (z. B. 15,88 mm) als die Dicke t der Stege. Ferner befindet sich am Ende des Gewindeteils 32(1) ein Absatz 34(1). Die Stege 17(2) sind in ähnlicher Weise mit Gewindebohrungen versehen.

Wie Fig.5 zeigt, sind die Schrauben 31 mit einem Absatz 36 versehen, der sich beim Anziehen der

jo Schraube (z. B. in dem Gewindeschlitz 33(1) und dem Gewindeteil 32(2) des Schlitzes 28(2) an den Kantenbzw. Randoberflächen der Stege 17(1) und 17(2) anlegt Eine andere Ausführungsform einer Befestigungsschraube ist in Fig.6 als kopflose Schraube 31' dargestellt die dann verwendet werden kann, wenn Vorsprünge auf oder über den Oberflächen der Stege 17(1) und 17(2) unerwünscht sind. In diesem Falle drückt das Ende 37 der Schraube 3Γ beim Anz'ehei? der Schraube gegen (beispielsweise) den Absatz 34(2) und gegen den Boden des Gewindeschlitzes 33(1).

Die Querschnittsansicht nach F i g. 7 zeigt Einzelheiten des spitzwinkligen Gewindes. Das Gewinde hat eine sägezahnartige Querschnittsform, wobei die Gewindedruckflankenfläche 38 mit der Längsachse 39 der Schraube einen spitzen Winkel A bildeü Wenn die Schraube daher mit einer Kraft /₍angezogen wird, tritt eine resultierende Querkraft f\ auf, die den Steg in Richtung auf die Schraube zieht oder drückt Die Größe der Querkraft /1 ist eine Funktion des Winkels A. Bei vorgegebener Anzugskraft f, läßt sich die Querkraft /i für jeden Winkel A berechnen. Bei einem Winkel A von 90° ist die Kraft f, -0, und mit abnehmendem Winkel A in Richtung auf 0° nimmt die Kraft f\ zu. Eine Verringerung des Winkels A führt jedoch auch zu einer

v> Schwächung der Festigkeit der Gewindegänge, und ein Gewinde mit einem Winkel, der kleiner ab 45" ist, läßt sich schwieriger herstellen. Man muß daher einen Kompromiß zwischen den verschiedenen Parametern, wie Festigkeit der Cewindegänge, dem Winkel A und

μ der Teilung des Gewindes schließen.

(Die in F i g. 7 dargestellte Gewindeform ähnelt etwas dem »Widerhakengewinde« nach der US-ratentschrift 1 97 466. Dieses Gewinde ist jedoch so ausgebildet, daß es beim Anziehen so gestaucht wird, daß es in seiner ringförmigen Mutter oder seinem Gewindering v?rklemmt wird.)

Eine Schraube, die sich für das Kerngitter als geeignet erwiesen hat hat einen Durchmesser von 1538 mm, eine

mit Gewinde versehene Lange von 38,1 mm, eine Gewindeteilung von 12 Gewindegangen pro 25,4 mm und einen Winkel A von 754"· Bei diesem Gewindewinkel betragt die Querkraft f\ etwa 25% der Anzugskraft

Das Kerngitter wird vorzugsweise wie folgt zusammengesetzt: Die Stege 17(1) und 17(2) werden, nachdem sie geschlitzt und mit Endstaben 24 versehen sind, auf dem Stützwinkel 21 in Einbaulage angeordnet. Dann wird der Sicherungsring 22 am Stützwinkel 21 befestigt. Die Stege 17(1) und 17(2) werden durch optische oder

andere Mittel ausgerichtet und in der Einbaulage in bezug auf den Halterungsring 18 festgeklemmt. Dann werden Löcher für die Sicherungsstifte 26 und 27 gebohrt und die Stifte eingesetzt und durch Heftschweißung befestigt. Die Stegkreuzungen werden mit Gewindebohrungen für die Schrauben 31 versehen. Die Schrauben 31 werden eingeschraubt, festgezogen und durch Heftschweißung (die Schweißnahte 40 sind in Fig.2 dargestellt) befestigt Das auf diese Weise zusammengebaute Kerngitter kann dann auf dem Absatz 19 in dem Druckkessel eingesetzt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kerngitter für einen Atomkernreaktor zur Führung der Köpfe der Brennelementanordnungen im Reaktorkern, bestehend aus mehreren dünnen Stegen, die derart kreuzweise ineinandergreifen, daß eine maschengitterartige Anordnung mit einer Anzahl von Durchtrittsöffnungen für die Brennstoffanordnungen entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (17) in an sich bekannter Weise Schlitze (28) aufweisen, mit denen sie ineinandergreifen und daß an den Kreuzungen (15) der Stege (17) jeweils eine in die Stege (17) eingreifende Schraube (31) vorgesehen ist, die mit Gewindegängen versehen ist, die einen spitzen Winkel (A) zwischen der Gewindedruckflankenfiäche (38) und der Schraubenachse (39) aufweisen, wobei die Stege (17) mit einem dem Außengewinde der Schrauben angepaßten Innengewinde versehen sind, so daß heim Anziehen der Schrauben (31) die Stege gegen ifie Schrauben gedrückt werden.

2. Kemghter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Schraube (31) oben und unten an den Kreuzungen (15) in die Stege (17) eingreift

3. Kerngitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winker zwischen 45,0° und 8939° liegt

4. Kerngitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Schrauben (31) größer als die Dicke ^ der Stege (17) ist

5. Kerngitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ste&£ (17) :<iit ihren Enden an einem ringförmigen Stützbajiteil (18) befestigt sind.

6. Kerngitter nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende aller Stege (17) mit einem Endstab (24), der dicker als die Stege ist zur Befestigung an dem Stützbauteil (18) versehen ist