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Die
Erfindung betrifft einen Steuerstab und eine Steuerstabklinge für einen
Siedewasserreaktor, wobei die Steuerstabklinge einen freien Randabschnitt
mit einer Vertiefung umfasst, die eine Öffnung, eine untere Oberfläche und
eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Auslässen für Kanäle, die
dafür vorgesehen
sind, ein Absorbermaterial aufzunehmen, und ein Abdeckelement umfasst, das
dafür vorgesehen
ist, an wenigstens einem Teil des Randabschnitts angebracht zu werden,
wobei das Abdeckelement einen Abdeckabschnitt, der dafür vorgesehen
ist, die Öffnung
der Vertiefung abzudichten, und einen Stützabschnitt umfasst, der in montiertem
Zustand dafür
vorgesehen ist, an einer Wandoberfläche in der Vertiefung anzuliegen
und die Ausbildung wenigstens eines Durchlasses zwischen den Auslässen der
Kanäle
in der Vertiefung zu ermöglichen.
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Üblicherweise
umfassen Steuerstäbe
für Siedewasserreaktoren
(SWR) einen zentralen Teil und vier Steuerstabklingen, die von dem
zentralen Teil vorstehen und von denen jede im rechten Winkel bezüglich der
benachbarten Steuerstabklingen vorgesehen ist. Üblicherweise sind herkömmliche
Steuerstabklingen aus einem Blech eines Stahlmaterials hergestellt.
Die Steuerstabklingen sind mit einem freien Randabschnitt mit einer
längs gefrästen Vertiefung
versehen. Eine Vielzahl von Kanälen
ist in die Vertiefung in einer Reihe übereinander gebohrt. Die Kanäle haben
einen Durchmesser, der geringer als die Dicke des Metallblechs ist,
so dass eine zufriedenstellende Wanddicke erreicht wird. Die Kanäle erstrecken
sich von dem freien Randabschnitt der Steuerstabklinge zu dem zentralen
Teil der Steuerstäbe.
Ein geeignetes Absorbermaterial ist in den Kanälen angeordnet. Anschließend wird
das Absorbermaterial eingeschlossen, indem die Schenkel der Vertiefung
zusammengerollt werden. Anschließend werden die Endoberflächen der
Schenkel mit einer Längs-Schweißnaht zusammengeschweißt, so dass eine
dichte und druckresistente Abdichtung der Vertiefung erreicht wird.
Eine relativ tiefe Vertiefung muss hier an dem Randabschnitt der
Steuerstabklinge vorgesehen sein, so dass die Schenkel eine Länge erhalten,
die ihr Zusammenrollen ermöglicht.
Im verschweißten
Zustand erhält
der freie Randabschnitt der Steuerstabklinge hier eine gerundete
Form, Lind daher muss das Absorbermaterial in einem nicht völlig vernachlässigbaren
Abstand von der Endoberfläche
der Steuerstabklinge angeordnet sein. Um die Reaktivitätswirkung
der Steuerstabklinge zu erhöhen,
wäre es
wünschenswert,
wenn das Absorbermaterial näher
an der Endoberfläche
angeordnet werden könnte.
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In
einer Veröffentlichung
in Research Disclosure 33925/92 ist eine Steuerstabklinge gezeigt,
die mit einer konkaven Vertiefung an einem freien Randabschnitt
versehen ist. Um die Vertiefung abzudichten, wird hier ein Abdeckelement,
das eine im Wesentlichen entsprechende Form aufweist, in der Vertiefung
angewendet. Das Abdeckelement umfasst einen Abdeckabschnitt, der
die Öffnung
der Vertiefung abdichtet, und einen Stützabschnitt, der eine konvexe
Kontaktoberfläche
aufweist, die so angeordnet ist, dass sie an einer entsprechenden
konkaven Wandoberfläche
der Vertiefung anliegt. Das Abdeckelement wird mittels zweier Längs-Schweißnähte an den
Schenkeln der Vertiefung befestigt. Der Stützabschnitt umfasst einen abgeschrägten Abschnitt,
so dass ein Durchlass zwischen der abgeschrägten Wandoberfläche des
Stützabschnitts
und der konkaven Wandoberfläche
der Vertiefung gebildet wird, wobei dieser Durchlass die Auslässe der
Kanäle
in den Raum miteinander verbindet. Die Kanäle enthalten hier ein pulverartiges
Absorbermaterial. Der Durchlass ermöglicht eine Strömung der
Spaltgase, die während
des Betriebs erzeugt werden, zwischen den Kanälen, so dass ein Druckausgleich
erzielt wird. Das Abdeckelement hat eine Form, die die Anordnung
zweier weiterer Durchlässe
ermöglicht.
Diese weiteren Durchlässe
sind im Wesentlichen unmittelbar innerhalb der Schweißnähte angeordnet.
Durchlässe
ermöglichen
die Leitung eines Schutzgases zu der Wurzelseite der Schweißnähte während des Schweißvorgangs.
Das Abdeckelement hat in diesem Fall einen relativ komplizierten
Aufbau, während gleichzeitig
die konkav geformte Vertiefung bewirkt, dass die Auslässe der
Kanäle
wenigstens lokal in einem relativ großen Abstand von der Endoberfläche der
Steuerstabklinge angeordnet sind. Die Möglichkeit, das Absorbermaterial
nahe der Endoberfläche der
Steuerstabklinge anzuordnen, wird dadurch eingeschränkt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Steuerstabklinge zur Verfügung zu
stellen, die einen freien Randabschnitt aufweist, der einen relativ
einfachen Aufbau hat, so dass die Steuerstabklinge zu geringen Kosten
hergestellt werden kann, während
gleichzeitig der Aufbau des Randabschnitts bewirkt, dass die Steuerstabklinge
während
des Betriebs eine hohe Reaktivitätswirkung
erzielt.
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Die
oben genannten Aufgaben werden durch die Steuerstabklinge der eingangs
genannten Art erreicht, die sich durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 auszeichnet. Da der Stützabschnitt eine Breite hat,
die geringer als die Breite der Vertiefung ist, ist wenigstens an
einer Seite des Stützabschnitts,
bevorzugt jedoch an beiden Seiten des Stützabschnitts ein Durchlass
zwischen einer Seitenwandoberfläche
des Stützabschnitts
und der Seitenwandoberfläche
in der Vertiefung ausgebildet. Ein solcher Durchlass ermöglicht eine
Strömung
von Spaltgasen während
des Betriebs, so dass der Druck zwischen den Kanälen, die zu der Vertiefung
führen, ausgeglichen
wird. Ein solches Abdeckelement kann eine relativ unkomplizierte
Form haben und kann dadurch zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
Durch solche beidseitigen Durchlässe
kann die Vertiefung flach ausgebildet werden, und die Auslässe der
Kanäle
sind somit in einem relativ kurzen Abstand von der Endoberfläche der
Steuerstabklinge ausgebildet. Dabei kann das Absorbermaterial auch
in einem relativ kurzen Abstand von der Endoberfläche der
Steuerstabklinge so angeordnet sein, dass die Steuerstabklinge während des
Betriebs eine hohe Reaktivitätswirkung
erzielt.
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Erfindungsgemäß hat der
Stützabschnitt eine
Breite, die geringer als die Breite der Auslässe der Kanäle ist. Dadurch bedeckt der
Stützabschnitt die
Auslässe
der Kanäle
nur teilweise, und die erzeugten Spaltgase können an dem Stützabschnitt vorbei
und durch den Durchlass in benachbarte Kanäle strömen. Vorteilhafterweise hat
der Stützabschnitt
eine durchgehende Erstreckung entlang der gesamten Länge des
Abdeckelements. Ein Befestigungselement, das einen Stützabschnitt
mit einer durchgehenden Erstreckung aufweist, hat ein im Wesentlichen
konstantes Querschnittsprofil entlang seiner Erstreckung, was eine
einfache Herstellung zu niedrigen Kosten ermöglicht. Ein solches Befestigungselement
ermöglicht
auch eine einfache Montage, da keine besondere Anpassung des Stützabschnitts
bezüglich
der Auslässe
der Kanäle
vorgenommen werden muss, um eine zufriedenstellende Funktion zu
erzielen. Das Abdeckelement hat ein im Wesentlichen T-förmiges Querschnittsprofil.
Vorteilhafterweise umfasst ein T-förmiges Abdeckelement einen
oberen Abdeckabschnitt mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen
Querschnittsprofil mit einer Breite, die im Wesentlichen die Öffnung der
Vertiefung abdeckt, und einer Dicke, die eine druckresistente Abdichtung
der Vertiefung ermöglicht.
Vorteilhafterweise hat der Stützabschnitt
auch ein im Wesentlichen rechtwinkliges Querschnittsprofil mit einer sich
im Wesentlichen senkrecht nach unten erstreckenden Erstreckung in
der Vertiefung von einem zentralen Teil des Abdeckabschnitts. Ein
solches T-förmiges
Abdeckelement ist einfach herzustellen.
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Erfindungsgemäß weist
der Stützabschnitt eine
im Wesentlichen plane Kontaktoberfläche auf, die dafür vorgesehen
ist, an der entsprechenden planen unteren Oberfläche der Vertiefung anzuliegen. Bei
einer planen Kontaktoberfläche
entstehen keine lokalen Hohlräume
des Raums in dem Kontaktbereich. Solche lokalen Hohlräume vergrößern den
Abstand von den Auslässen
der Kanäle
zu der Endoberfläche
der Steuerstabklinge und damit den Abstand des Absorbermaterials
zu der Endoberfläche.
Die untere Oberfläche
der Vertiefung kann als Nut in den Bereichen ausgebildet sein, die
sich zwischen den Auslässen
der Kanäle
erstrecken. Bevorzugt hat die Nut hier eine Breite, die der Breite
des Stützabschnitts
entspricht. Dadurch erzielt der Stützabschnitt des Abdeckelements
auf einfache Art eine korrekte und stabile Positionierung in der
Vertiefung während der
Montage. Dementsprechend bedeckt der Abdeckabschnitt des Abdeckelements
im Wesentlichen eine Öffnung
der Vertiefung in dieser Position. Bei einer solchen Positionierung
können
jedoch schmale Schlitze zwischen den Rändern des Abdeckelements und
den Schenkeln der Vertiefung erzielt werden. Solche Schlitze erleichtern
ein Anschweißen
der Ränder
des Abdeckelements an die inneren Oberflächen der Schenkel, wenn die
Schlitze das Leiten eines Schutzgases in den Durchlass ermöglichen,
so dass das Schutzgas an der Unterseite der geformten Schweißnaht wirken
kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Abdeckelement durch zwei Längs-Schweißnähte an dem Randabschnitt der
Steuerstabklinge befestigt. Vorteilhafterweise können solche Schweißnähte mit
einem WIG-Brenner erzielt werden. Dementsprechend bietet ein T-förmiges Abdeckelement
einen Durchlass auf jeder Seite des Stützabschnitts. Daher ermöglichen
die Durchlässe
zusätzlich
zu dem Druckausgleich während
des Betriebs auch ein Leiten eines Inertgases zu der Unterseite
der Schweißstelle während des
Schweißvorgangs.
Durch solche Zufuhr eines Inertgases wird sichergestellt, dass die Schweißnähte mit
hoher Qualität
ausgebildet werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht das Absorbermaterial aus festen Absorberkörpern. Vorteilhafterweise sind
feste Absorberkörper
stabförmig
und haben ein kreisförmiges
Querschnittsprofil. Feste Absorberkörper haben im Verhältnis zu
pulverförmigem
Absorbermaterial den Vorteil, dass das Absorbermaterial hier nicht
in Gefahr ist, während
des Schweißvorgangs
aufgewirbelt und mit der Schweißnaht
vermischt zu werden. Vorteilhafterweise umfassen die festen Absorberkörper Borkarbid.
Borkarbid ist das häufigste
Absorbermaterial und kann durch einen HIP-Vorgang (heißes isostatisches
Pressen) zu festen Absorberstäben
gepresst werden. Alternativ können
Absorberstäbe
aus Hafnium verwendet werden. Ein oder mehrere Absorberstäbe können in
jedem der Kanäle
angeordnet sein. Wenn Absorberstäbe aus
Borkarbid Neutronenstrahlung absorbieren, dehnen sie sich aus. Um
eine Ausdehnung des Absorberstabs in axialer Richtung in dem Kanal
zu ermöglichen,
kann eine Feder an der hintersten Stelle des Kanals angeordnet sein.
Dadurch kann das äußere Ende
des Absorberstabs relativ nah an dem Abdeckelement angeordnet sein,
ohne die Gefahr, dass der Absorberstab das Abdeckelement während der
axialen Ausdehnung verformt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Steuerstabs für einen
Siedewasserreaktor zeigt;
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2 einen
Randabschnitt einer Steuerstabklinge und ein Abdeckelement gemäß der Erfindung
zeigt;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2 zeigt
und
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4 eine
Schnittansicht eines Randabschnitts einer Steuerstabklinge mit montiertem
Abdeckelement zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen Steuerstab 1 zum Steuern des Neutronenflusses in
einem Siedewasserreaktor (SWR). Der Steuerstab 1 umfasst
vier Steuerstabklingen 2, die in einem rechten Winkel bezüglich der angrenzenden
Steuerstabklingen 2 ausgerichtet sind. Die Steuerstabklingen 2 umfassen
eine Vielzahl gebohrter Kanäle 3,
die übereinander
in einer Reihe angeordnet sind und sich zwischen einem freien Randabschnitt
der Steuerstabklingen 2 und einem Zentrum, wo sich die
Steuerstabklingen 2 treffen, erstrecken. Die Steuerstabklingen 2 sind
aus einem Blechmaterial hergestellt, das bevorzugt Stahl ist und eine
Dicke von 7–8
mm hat. Die Kanäle 3,
die in den Steuerstabklingen 2 gebohrt sind, können hier
einen Durchmesser von 5–6
mm haben.
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2 zeigt
sowohl einen Randabschnitt einer Steuerstabklinge 2, bevor
sie eingeschlossen wird, als auch ein Abdeckelement 4 zum
Abdichten des Randabschnitts. Dementsprechend umfasst die Steuerstabklinge
ein Blechmaterial, dessen freie Endoberfläche mittels eines Fräsvorgangs
mit einer ersten U-förmigen
Schiene 5 versehen wird. Die erste Schiene 5 hat
eine konstante Breite über
ihre Erstreckung entlang im Wesentlichen der gesamten freien Endoberfläche des
Blechmaterials. Anschließend
wird eine zweite, schmalere U-förmige
Schiene 6 zentral in der ersten U-förmigen Schiene 5 gefräst. Die
zweite Schiene 6 hat ebenfalls eine konstante Breite über ihre
Erstreckung entlang im Wesentlichen der gesamten freien Endoberfläche des
Blechmaterials. Die erste und die zweite U-förmige Schiene 5 und 6 bilden
zusammen eine Vertiefung 7 in dem freien Endabschnitt der
Steuerstabklinge 2. Die Vertiefung 7 ist seitlich
durch Schenkel 8 begrenzt, die eine geeignete Wanddicke
haben. Nach oder vor der Herstellung der Vertiefung 7 wird
eine große
Zahl von geraden Kanälen 3 mit
kreisförmigem
Querschnitt in die Steuerstabklinge 2 gebohrt. Dementsprechend
erstrecken sich die Kanäle 3 zwischen
dem freien Randabschnitt der Steuerstabklinge 2 und einem Zentrum,
wo sich die Steuerstabklingen 2 treffen. Die Kanäle 3 haben
einen Durchmesser, der geringer als die Breite der ersten U-förmigen Schiene 5 ist,
aber die Breite der zweiten U-förmigen
Schiene 6 übersteigt.
Die zentral angeordnete zweite U-förmige Schiene 6 erhält somit
nur eine Erstreckung in den Oberflächenbereichen 9, die
zwischen den Auslässen
der Kanäle 3 in
der Vertiefung 7 ausgebildet sind. 2 zeigt
Auslässe
von sechs gebohrten Kanälen 3.
Die drei am weitesten unten angeordneten Kanäle 3 wurden hier mit
Absorbermaterial in Form von festen Absorberstäben 10 versehen, die
vorteilhafterweise aus Borkarbid hergestellt sind. Die Absorberstäbe 10 haben
einen kleineren Durchmesser als die Kanäle 3, so dass sie
sich radial erstrecken können, wenn
sie während
des Betriebs einer Bestrahlung ausgesetzt sind. Eine Feder, die
in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist an der hintersten Stelle
in den Kanälen 3 angeordnet,
so dass die Absorberstäbe 10 mit
nachgebendem Druck in der Richtung zu den Auslässen der Kanäle gehalten
werden. Die Absorberstäbe 10 können sich
axial in den Kanälen 3 gegen
die Wirkung der Feder ausdehnen. Die Absorberstäbe 10 umfassen eine
Abschrägung 11,
so dass sich ihre Dicke an dem äußeren Ende
verringert. Da die Endoberfläche
der Absorberstäbe 10 ebenfalls
einer Bestrahlung ausgesetzt ist, sind die Absorberstäbe am äußeren Ende
der höchsten
Strahlungs dosis ausgesetzt. Durch eine solche Abschrägung 11 wird sichergestellt,
dass der Absorberstab 10 in diesem Bereich keine radiale
Erstreckung erhält,
so dass der Absorberstab 10 an der umgebenden Kanalwand
anliegt.
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2 zeigt
somit auch das Abdeckelement 4, das dafür vorgesehen ist, die Vertiefung 7 so
abzudichten, dass die Steuerstabklinge 2 eine äußere ebene
Endoberfläche
erhält.
Das Abdeckelement 4 hat eine Länge, die der Länge der
Vertiefung 7 entspricht, und weist einen Abdeckabschnitt 12 auf,
dessen Breite der Breite der ersten U-förmigen Schiene 5 entspricht.
Die obere Oberfläche
des Abdeckabschnitts 12 ist dafür vorgesehen, im Wesentlichen
die Endoberfläche
der Steuerstabklinge in befestigtem Zustand zu bilden. Ein Stützabschnitt 13 des
Abdeckelements 4 ist in 2 durch
gestrichelte Linien markiert. Der Stützabschnitt 13 erstreckt
sich kontinuierlich entlang der gesamten Länge des Abdeckelements 4 und
hat eine Breite, die im Wesentlichen der Breite der zweiten Schiene 6 entspricht.
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3 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2. Hier
sind die erste U-förmige Schiene 5 und
die Konstruktion und die Tiefe der zweiten U-förmigen Schiene 6 deutlicher
zu erkennen als in 2. Das Abdeckelement 4 hat
ein im Wesentlichen T-förmiges
Querschnittsprofil. Der Abdeckabschnitt 12 des Abdeckelements 4 umfasst
einen oberen, im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnittsbereich
mit einer Wanddicke, die dafür
dimensioniert ist, Spaltgase mit einem spezifischen Druck einzuschließen, und
einer Breite, die im Wesentlichen der Breite der Öffnung der
Vertiefung 7 entspricht. Der Stützabschnitt 13 des
Abdeckelements 4 umfasst einen unteren, im Wesentlichen rechtwinkligen
Querschnittsbereich, dessen Breite im Wesentlichen der Breite der
zweiten U-förmigen Schiene 6 entspricht.
Der Stützabschnitt 13 hat
eine Höhe,
so dass eine plane untere Kontaktoberfläche 14 an einer entsprechenden
planen unteren Oberfläche 15 der
zweiten U-förmigen
Schiene 6 anliegt, wenn die obere Oberfläche des
Abdeckabschnitts 12 auf gleicher Höhe mit der Endoberfläche der
Schenkel 8 ist. Ein Absorberstab 10 mit einer
Abschrägung 11 am
Ende ist in dem Kanal 3 angeordnet.
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Randabschnitts einer Steuerstabklinge 2 mit
einem befestigten Abdeckelement 4. Da der Stützabschnitt 13 eine
Breite hat, die geringer als die Breite der Vertiefung 7 ist,
entstehen an beiden Seiten des Stützabschnitts 13 Durchlässe 16,
die sich entlang der Vertiefung 7 erstrecken. Die Durchlässe 16 verbinden die
Auslässe
der Kanäle 3 miteinander
und ermöglichen
dadurch eine Strömung
von Spaltgasen zwischen den Kanälen 3 während des
Betriebs. Der Überdruck,
der während
des Betriebs durch die Spaltgase erzeugt wird, kann dadurch im Wesentlichen
gleichmäßig zwischen
allen Kanälen 3 verteilt werden,
die zu dem Raum 7 der Steuerstabklinge 2 führen.
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Die
zweite U-förmige
Schiene 6 hat damit eine Breite, die im Wesentlichen der
Breite des Stützabschnitts 13 entspricht.
Dadurch erhält
das Abdeckelement 4 während
der Montage eine stabile Positionierung in der Vertiefung 7,
so dass gleichförmige schmale
Schlitze auf beiden Seiten des Abdeckelements 4 zwischen
den Rändern
des Abdeckabschnitts 12 und den Schenkeln 8 der
Vertiefung 7 ausgebildet werden. Solche Schlitze ermöglichen
die Leitung eines Schutzgases zu den Durchlässen 16 während eines
Schweißvorgangs
der Ränder
des Abdeckabschnitts 12 zu den inneren Oberflächen der Schenkel 8.
Das Abdeckelement 4 ist hier mittels zweier Längs-Schweißnähte 17 in
der Vertiefung 7 befestigt. Vorteilhafterweise können solche
Schweißnähte 17 mit
einem WIG-Brenner hergestellt werden. Dementsprechend bietet ein
T-förmiges
Abdeckelement 4 einen Durchlass 16 auf beiden
Seiten des Stützabschnitts 13.
Die Durchlässe 16 ermöglichen zusätzlich zu
der oben genannten Druckausgleichfunktion während des Betriebs daher auch
eine Leitung eines Inertgases zu der Wurzelseite der Schweißnaht während des
Schweißvorgangs.
Durch eine solche Zufuhr eines Inertgases wird sichergestellt, dass
die Schweißnähte 17 eine
hohe Qualität erhalten.
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Die
Erfindung ist in keiner Weise auf die in den Zeichnungen gezeigte
Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche frei
abgewandelt werden. Die Vertiefung muss nicht notwendigerweise aus
zwei U-förmigen
Schienen bestehen, sondern kann eine im Wesentlichen beliebige,
aber funktionelle Form haben.