DE19906356C1 - Brennelement für einen wassergekühlten Kernreaktor - Google Patents
Brennelement für einen wassergekühlten KernreaktorInfo
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Abstract
Brennelemente für Leichtwasserreaktoren sind üblicherweise aus einem Brennelementskelett und aus Brennstäben aufgebaut und stehen während des Betriebs des Reaktors in einem strömenden Kühlmittel. Das Kühlmittel regt einige der Bauteile der Brennelemente mitunter zu Schwingungen an. Diese Schwingungen werden erfindungsgemäß dadurch gedämpft, daß mindestens ein Teil von Führungsrohren (1) mit einem Bündel aus eng aneinanderliegenden, feinen Profilen (2) gefüllt ist, wobei die Profile (2) bei lateralen Schwingungen der Führungsrohre (1) aneinanderreiben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen wasserge
kühlten Kernreaktor mit einer Vielzahl von Brennstäben in ei
nem tragenden Gerüst mit axialen Stütz- und/oder Führungs
rohren und mit radialen Abstandhaltern.
Brennelemente von Leichtwasserreaktoren sind üblicherweise
aus einem Brennelementskelett und Brennstäben aufgebaut. Das
Brennelementskelett besteht im allgemeinen aus einem Kopf
teil, einem Fußteil, aus Abstandshaltern und aus Führungs
rohren. Im Falle von Siedewasserreaktoren steckt dieses Ske
lett lose in einem Brennelementkasten. Die Führungsrohre oder
auch der Brennelementkasten dienen dazu, die übrigen Struk
turteile in ihrer axialen Position zu fixieren.
In den Stütz- und/oder Führungsrohren befinden sich beim
Druckwasserreaktor entweder Neutronenquellen oder Meßsysteme,
beispielsweise zur Messung der Neutronenflüßdichte, der
Gammastrahlung oder der Temperatur. In einigen Reaktoren sind
auch Absorberstäbe in diese Führungsstäbe eingesetzt. Beim
Druckwasserreaktor werden zur Abschaltung und Steuerung des
Reaktors in die Führungsrohre an Steuerelementpositionen
Steuerstabfinger eingeführt. In Führungsrohre, die für keines
der obengenannten Systeme benutzt werden, sind von oben rela
tiv kurze Drosselfinger eingesetzt. Diese Drosselfinger haben
die Aufgabe, die Bypass-Strömung durch diese Führungsrohre auf
ein notwendiges Mindestmaß zu reduzieren. Trotz der Vielzahl
von Nebenaufgaben, die die Führungsrohre haben, ist die Mehr
zahl der Führungsrohre der Druckwasserreaktoren lediglich mit
derartigen Drosselkörpern bestückt.
Im Siedewasserreaktor sind bei manchen Brennelementauslegun
gen die Brennelemente mit Wasserstäben versehen. Diese von
Rohren dargestellten Wasserstäbe ersetzen einzelne Brennstäbe
und dienen zur Erhöhung der Moderation.
Die Brennelemente als Ganzes oder die einzelnen Brennstäbe im
Brennelement können in lateraler Richtung durch Wechselwir
kung mit der Strömung des Kühlmittels zu Schwingungen ange
regt werden. Die Brennstäbe eines Brennelements werden in
Maschen eines gitterförmigen Abstandhalters mittels Federn,
Noppen oder ähnlichen Distanzelementen gehalten, die die Vi
brationen der einzelnen Brennstäbe dämpfen und z. B. in US
4,844,861 oder DE 196 36 263 A1 beschrieben sind. Hierbei
ist diese Verbindung zwischen den Abstandshaltern und den
Brennstäben mechanischen Stoß- und Reibvorgängen ausgesetzt.
Diese Vorgänge können zu einer Beschädigung der Brennstäbe
und/oder der Abstandshalter führen. Solche Reib- und Stoßpro
zesse können auch zwischen nebeneinander stehenden Brennele
menten auftreten und zu einer Beschädigung der Abstandhalter
oder der Brennelementkästen führen.
Die mechanischen Eigenschaften des Systems mehrerer oder ein
zelner Brennelemente sind beim Einsatz im Reaktor darüber
hinaus zeitabhängig. Bedingt durch die Neutronenfluenz ändern
sich die Werkstoffeigenschaften. Je nach Betrieb und Reaktor
art kann sich dadurch auch der Dampfblasengehalt und die Was
sertemperatur sowohl zeitlich als auch räumlich ändern.
Die vorbeschriebenen Einflüsse verändern vor allem auch die
Eigenfrequenz der Brennelemente insgesamt sowie von deren
einzelnen Bauteilen, wobei in Einzelfällen Beschädigungen be
obachtet worden sind.
Zur Stabilisierung von Brennelementen ist es aus der
DE 44 22 032 A1 schon bekannt, einige Brennstäbe im Brennele
ment durch Stützstäbe zu ersetzen, die durch Versteifung des
Brennelementskeletts Schwingungen desselben unterdrücken.
Zwar wird dieses Ziel weitgehend erreicht, aber auch durch
diese Maßnahmen sind Schwingungen nicht ganz auszuschließen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schwingungen
eines Brennelements durch Vernichtung von Bewegungsenergie zu
dämpfen und dadurch die Stoß- und Reibbelastung der Bauteile
des Brennelements in einem breiten Band von Reaktorzuständen
und von mechanischen Randbedingungen zu verkleinern.
Diese Aufgabe wird für ein Brennelement der eingangs genann
ten Art dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil der Stütz-
und/oder Führungsrohre mit einem Bündel aus eng aneinander
liegenden, langgestreckten, feinen Profilen gefüllt ist, wo
bei die Profile bei lateralen Schwingungen der Stütz-
und/oder Führungsrohre aneinander reiben.
Gemäß zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind je
Stütz- und/oder Führungsrohr mehrere aneinanderliegende Bün
del aus jeweils bis zu einigen 100 langgestreckten Profilen
vorgesehen, oder die Bündel haben polygonale Querschnitte und
liegen flächig aneinander. Andere Weiterbildungen der Erfin
dung bestehen darin, daß jedes Bündel für sich allein durch
Bandagen zusammengehalten ist, daß jedes Bündel für sich al
lein in ein Hüllrohr bzw. einen Schrumpfschlauch eingezogen
ist, oder daß miteinander verflochtene Teilbündel ein Bündel
bilden.
Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung, haben die
Profile selbst einen runden, ovalen, rechteckigen oder poly
gonalen Querschnitt und sind entweder massiv oder hohl. Dabei
sind in einigen Fällen unterschiedliche Profile in einem Bün
del zusammengefaßt.
Unter anderem auch zur Einstellung bestimmter Eigenfrequen
zen sind erfindungsgemäße Bündel an mindestens einer Knoten
stelle in lateraler Richtung starr gekoppelt. Dabei sind
diese Knotenstellen vorzugsweise durch eine Schweiß- oder
Hartlotverbindung oder durch Querbolzen im Bündel gebildet.
Die erfindungsgemäßen Profile sind vorteilhaft aus Werkstoff
mit geringer Neutronenabsorption, vorzugsweise aus Zircaloy,
hergestellt.
Erfindungsgemäß aufgebaute Brennelemente für wassergekühlte
Kernreaktoren sind sehr vorteilhaft, weil sie zum einen auf
grund dieses Aufbaus keine ausgeprägten Eigenfrequenzen haben
und weil sie darüber hinaus von außen aufgeprägte Schwingun
gen so stark dämpfen, daß diese keine Schäden verursachen kön
nen.
Zwei Ausführungsbeispiele für Füllungen von erfindungsgemäßen
Stütz- und/oder Führungsrohren sind anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Füllung aus im Querschnitt runden Profilen, und
Fig. 2 eine Füllung mit einem Bündel aus blechartigen Pro
filen in jeweils starker Vergrößerung.
Einander entsprechende Bauteile sind in beiden Figuren mit
den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Stütz- und/oder Führungsrohr 1 mit ca. 10 mm Außendurch
messer, beispielsweise aus Stahl oder Zirkaloy, umhüllt ein
Bündel aus feinen Profilen 2. Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1 besteht dieses Bündel aus sieben untereinander gleichen
Profilen 2 mit einem kreisrunden oder kreisringförmigen Quer
schnitt. Damit die Profile 2 bei lateralen Schwingungen des
Stütz- und/oder Führungsrohres 1 eine große Wirkung haben,
liegen sie eng aneinander und sind aus einem Schwermetall
hergestellt. Das Stütz- oder Führungsrohr 1 verbiegt sich
beim Auftreten von Schwingungen geringfügig, so daß die Pro
file 2 gegeneinander kleine Axialbewegungen ausführen. Dabei
reiben sie aneinander und verbrauchen dadurch aus den Schwin
gungen abgeleitete Bewegungsenergie, so daß die Schwingungen
gedämpft sind. Da die Profile 2 aus einem Schwermetall beste
hen, bewirken sie gleichzeitig eine Dämmwirkung von Schwin
gungen des von ihnen gefüllten Stütz- und Führungsrohres 1.
Zur Feinabstimmung der dämpfenden und dämmenden Wirkung der
Profile 2 sind häufig auch hohle Profile 2 oder Profile 2 mit
kleineren Querschnitten erforderlich. Zur Variation des Ver
hältnisses der dämpfenden zur dämmenden Wirkung sind mitunter
auch Profile mit ovalen, rechteckigen oder polygonalen Quer
schnitten erforderlich, wobei u. U. auch das Stütz- und/oder
Führungsrohr 1 selbst einen nicht dargestellten polygonalen
Querschnitt aufweist. Eine gute Dämpfung wird auch erreicht
durch zu einem oder mehreren Bündeln verflochtene Profile 2
je Stütz- und/oder Führungsrohr 1.
Zur Erzielung einer größeren Steifigkeit eines Bündels aus
Profilen 2 sind diese an einem oder mehreren Knoten in late
raler Richtung starr miteinander verbunden. Hierbei bewähren
sich vor allem Schweiß- und Hartlotverbindungen.
Ein Sonderfall eines erfindungsgemäß gestalteten Brennele
ments ist in Fig. 2 dargestellt, wobei nur ein Bündel aus im
Querschnitt rechteckigen Profilen 2 eingesetzt ist. Die an
einanderliegenden Profile 2 unterschiedlicher Breite bilden
gemeinsam ein der Querschnittsform des Stütz- und/oder Füh
rungsrohres 2 angepaßtes Polygon und sind an einem oder meh
reren Knoten durch einen oder mehrere Niete 3 fest miteinan
der verbunden. Diese Ausführung ist vor allem deshalb ein
Sonderfall, weil die Biegesteifigkeit des Bündels um eine
Querachse wesentlich größer ist als um die um 90° hiergegen
verschwenkte Querachse.
Claims (13)
1. Brennelement für einen wassergekühlten Kernreaktor mit
einer Vielzahl von Brennstäben in einem tragenden Gerüst
mit axialen Stütz- und/oder Führungsrohren (1) und mit
radialen Abstandhaltern,
dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens ein Teil der Stütz- und/oder Führungsrohre (1) mit
einem Bündel aus eng aneinanderliegenden, langgestreck
ten, feinen Profilen (2) gefüllt ist und daß die Profile
(2) bei lateralen Schwingungen der Stütz- und/oder Füh
rungsrohre (1) aneinander reiben.
2. Brennelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß je
Stütz- und Führungsrohr (1) mehrere aneinanderliegende
Bündel aus jeweils bis zu einigen 100 langgestreckten
Profilen (2) vorgesehen sind.
3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Bündel polygonale Querschnitte haben und flächig anein
anderliegen.
4. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes
Bündel für sich alleine durch Bandagen zusammengehalten
ist.
5. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes
Bündel für sich allein in ein Hüllrohr bzw. einen
Schrumpfschlauch eingezogen ist.
6. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß mit
einander verflochtene Teilbündel ein Bündel bilden.
7. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Profile (2) selbst einen runden, ovalen, rechteckigen
oder polygonalen Querschnitt haben.
8. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Profile (2) hohl sind.
9. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß unter
schiedliche Profile (2) in einem Bündel zusammengefaßt
sind.
10. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Profile (2) von mindestens einem Bündel an mindestens ei
ner Knotenstelle in lateraler Richtung starr miteinander
gekoppelt sind.
11. Brennelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Knotenstelle durch eine Schweiß- oder Hartlotverbindung
gebildet ist.
12. Brennelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Knotenstelle durch Querbolzen (3) gebildet ist.
13. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Profile (2) aus Werkstoff mit geringer Neutronenabsorp
tion, vorzugsweise aus Zirkaloy, bestehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19906356A DE19906356C1 (de) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Brennelement für einen wassergekühlten Kernreaktor |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19906356A DE19906356C1 (de) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Brennelement für einen wassergekühlten Kernreaktor |
Publications (1)
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---|---|
DE19906356C1 true DE19906356C1 (de) | 2000-06-29 |
Family
ID=7897608
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19906356A Expired - Fee Related DE19906356C1 (de) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Brennelement für einen wassergekühlten Kernreaktor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19906356C1 (de) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2156171C2 (de) * | 1971-01-21 | 1982-05-06 | United Nuclear Corp., Elmsford, N.Y. | Nukleares Brennelement mit mehreren Brennstoffröhren |
US4844861A (en) * | 1984-12-06 | 1989-07-04 | Fragema | Fuel assembly for nuclear reactors |
DE4422032A1 (de) * | 1993-07-05 | 1995-01-12 | Siemens Ag | Versteiftes Brennelement |
EP0704858A1 (de) * | 1994-09-29 | 1996-04-03 | Siemens Power Corporation | Kernbrennstabbündel mit vergrösserter aktiver Höhe für einen Druckwasserreaktor |
EP0704859A1 (de) * | 1994-09-29 | 1996-04-03 | Siemens Power Corporation | Siedewasserreaktorkernbrennstabbündel mit verlängerten Brennstäben |
WO1996010829A1 (de) * | 1994-09-30 | 1996-04-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Verbiegungsarmes brennelement eines druckwasserreaktors |
DE19636263A1 (de) * | 1996-09-06 | 1998-03-12 | Siemens Ag | Abstandhaltergitter für ein Kernreaktorbrennelement mit Federrosetten zum Abstützen der Brennstäbe |
-
1999
- 1999-02-16 DE DE19906356A patent/DE19906356C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2156171C2 (de) * | 1971-01-21 | 1982-05-06 | United Nuclear Corp., Elmsford, N.Y. | Nukleares Brennelement mit mehreren Brennstoffröhren |
US4844861A (en) * | 1984-12-06 | 1989-07-04 | Fragema | Fuel assembly for nuclear reactors |
DE4422032A1 (de) * | 1993-07-05 | 1995-01-12 | Siemens Ag | Versteiftes Brennelement |
EP0704858A1 (de) * | 1994-09-29 | 1996-04-03 | Siemens Power Corporation | Kernbrennstabbündel mit vergrösserter aktiver Höhe für einen Druckwasserreaktor |
EP0704859A1 (de) * | 1994-09-29 | 1996-04-03 | Siemens Power Corporation | Siedewasserreaktorkernbrennstabbündel mit verlängerten Brennstäben |
WO1996010829A1 (de) * | 1994-09-30 | 1996-04-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Verbiegungsarmes brennelement eines druckwasserreaktors |
DE19636263A1 (de) * | 1996-09-06 | 1998-03-12 | Siemens Ag | Abstandhaltergitter für ein Kernreaktorbrennelement mit Federrosetten zum Abstützen der Brennstäbe |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Patent abstracts of Japan, P-1055, 1990, Vol. 4, No. 258, JP 2-67992 A * |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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