DE2413464B2 - Kernreaktorbrennelement - Google Patents

Description

«ach Anspruch 1,

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metttt Id as steh feökatiäter Weise Fatmsa$sr<aitv{7i ■fftr#ß Steuerstibe vongesehen skid.

S. Kernreaktorbrenneleaient nach Anspruch 1 und Z, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen wenigstens einem Endstück (4) und den siabformigen elementen P) auf diesen 6iemei«eH befestigte Hülsen (i) vongesehen sind, die Bohrungen des Endstückes durchsetzen und aber die das tndstück mit den Fintrungsrohren formschlüssig verbunden ist, wobei-das Endstück durch eine auf das Brennelement wirkende axiale Druckkraft von den stabförmige« Elementen durch Verformung der Hülsen oder zugehöriger Befestigungsteile in Richtung auf die Brennstäbe lösbar ist.

4. Kernreaktor brennelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eingriff am Endstück (4) von der Hülse (1) abgebogene und entsprechend der Grenzbelastung dimensionierte Laschen (11) vorgesehen sind.

5. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eingriff am Endstück (4) Scherbolzen (S) vorgesehen sind, die in entsprechenden Bohrungen der zu verbindenden Körper eingeschoben und durch an sich bekannte Methoden lagegesichert sind.

6. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eingriff am Endstück (4) Sperrkugeln (51) vorgesehen sind, deren Lage bis zur Grenzbelastung durch entsprechend dimensionierte Anschläge gesichert ist.

7. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen aus Schweißpunkten bestehen, deren begrenzte Festigkeit durch entsprechende Konstanz der Schweißdaten fixiert ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kernreaktorennelement, bestehend aus einer Vielzahl von ennstäben, die mit Hilfe von Abstandshaltergittern in ner Stützkonstruktion aus Kopf- und Fußstück — Lieh Endstücke genannt — sowie diese verbindenden abförmigen Elementen eingesetzt sind, wobei die erbindungen zwischen den stabförmigen Elementen id wenigstens einem Endstück Einrichtungen enthaln, die eine relative axiale Verschiebung dieser Teile !geneinander ermöglichen. Derartig aufgebaute ■ennelemente werden beispielsweise in Druckwasseraktoren eingesetzt. Als verbindende stabförmige Elemente werden dabei üblicherweise die Steuerstabführungsrohre verwendet, die an Brennstabpositionee angeordnet sind ©ie Fig. 2 zeigt one derartige SrennelementstütekonstruktioR ui perspektivischer Ansieht Öer Übersichtlichkeit halber sind die in den Maschen der Abstandshaltergitter gehaltenen Brennstabe iiichtdargestellt Eine Verhindungsmöglichkeit für die Steuefstabfühningsrobi* zeigt die US-PS 37 €9158. ©ieseistiidoeb in axialer Richtung nicht starr, eine eng AO begrenzte Verschiebbarkeit der verbundenen Teile ist erlaubt.

Eine %8elzahl derartiger ,Brennelemente bildet den

&e*n eittßs ÄeäkioJS, wie er in Fig. 1 schematisch

dargestellt ist ßieser Reaktorkern wird dabei durch

J₅ eB^niUnterenAostWiuad^inenoberen RostSgehalien

«ηά wie durch JPfc3e dargestellt, vom Kühlmittel u»hftessea

Es ist l^kannt, <ta8 auf die Sicherheit eines Kernreaktors 'besonders hoher Wert gelegt werden

»o muß, dk, daß gegen alle denkbaren Störungen oder Unfälle auch von der konstruktiven Seite her Vorkeh Tungea ^«troffen werden müssen, die Auswirkungen solcher Unfälle so gering wie möglich zu halten. Einer der schlimmsten Unfälle ist das Reißen einer zum

»5 !Dampferzeuger führenden oder vom Dampferzeuger kommenden KühlmitteWeitung, da dadurch die Kühlung des Reaktorkernes stark beeinträchtigt wird. Die ©eberrschung der ausströmenden Dampfmengen und <4es dabei i<n Reaktorsicherhettsgebäude entstehenden

jo Überdruckes ist technisch gelost und nicht Gegenstand •dieser Erfindung. Mit einem derartigen Unfall ist jedoch während der Druckentlastung eine wesentliche Erhöhung der Kahlmittelgeschwindigkeit innerhalb des Reaktorkernes verbunden, so daß die Brennelemente 12 beim Bruch einer zu dien Dampferzeugern führenden Leitung gegen den oberen Rost 9 gedruckt werdea Es ist dabei zu befürchten, daß die ohne axiales Spiel aufgebaute Stützkonstruktion des Brennelementes den dabei auftretenden Drücken nicht mehr gewachsen ist und die die Endstücke verbindenden stabförmigen Elemente, also hier z. B. Steuerstabführungsrohre, geknickt werden. Dies bedeutet nicht nur, daß sich die Steuerelemente nicht mehr einführen lassen, sondern vielmehr, daß auch ein Zusammenschieben der benach barten Brennstäbe und eine Veränderung der Kühlmit telquerschnitte eintreten kann, so daß nicht nur mechanische, sondern auch Uberhitzungsschäden an den Brennstäben vorkommen können. Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Stützkonstruk tion für ein Brennelement dieser Art zu finden, bei der mit Sicherheit ein Ausknicken der ohne Spiel mit den Endstücken verbundenen Steuerstabführungsrohre und die damit verbundenen Folgeschäden vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Verbimdungseinrichtungen bei Oberschreitung einer vorgegebenen axialen Druck-Grenzbelastung des Brennelementes ansprechen. Diese Verbindungen enthalten also eine sogenannte Solltrennsteile.

Die bei einem derartigen Unfall kurzzeitig auftretende Energie wird größtenteils zur Trennung dieser Verbindung verbraucht. Die nach Trennung der Verbindung noch vorhandene restliche kinetische Energie der Brennstäbe ist so gering, daß sie bei einem möglichen zweiten Stoß, der zwischen den Brennstäben und dem am oberen Rost anliegenden Endstück erfolgt, nicht zu Verformungen der Brennstäbe führt, durch welche die Nachkühlbarkeit derselben beeinträchtigt werden

3 J 4

könnte. Steuerstabführungsrohre mit dem Endstück 4 verspannt

Die Stützkonstruktion für das Brennelement ist und damit eine starre Verbindung hergestellt Die ^seitethiß dadurch gekennzeichnet, daß als Verbin- Laschen 11 sind hinsichtlich ihrer Materialwahl und dungselement zwischen dem stabförnaigen Element und ihrer mechanischen Abmessung so ausgebildet, daß sie 4ßm Endstück eine auf dem stabförnvgen Element 5 errt beim Auftreten eines vorgegebenen Druckes in 4uHiB Schweißen oder Löten befestigte Hülse vorgese- axialer Richtung durch den Ring € bzw. das Endstück 4 ten ist, die auf der Brennsiabseite mit dem Endstück in weggedrückt werden und somit eine Bewegung Eingriff stellt and über eine Gewindemutter auf der derselben in Richtung der eingesetzten Brennstäbe anderen Seite mit diesem kraft- und formschlüssig ermöglichen.

verspannt ist, wobei sich der Eingriff nach dem io Eine Variante zu dieser Verbindung ist in Fig. 3b ClberschrBiteneinfirvoi^gegebenenGrenzbelastunglöst dargestellt Der Wirkungsmechanismus dieser Verbin-J)ie dadurch geschaffene Solltrennstelle bleibt also dung ist der gleiche, wie in den Fig.3 und 3a. Es sind während des normalen Reaktorbetriebes vollkommen lediglich adle Unterlegscheibe 3, die Hülse 9 und der malet und löst sich «sst, wenn eine vorgegebene Kraft untere Gegenrmg 6 weggelassen. Die Laschen 11 der auf das Brennelement und damit auf seine Stützkon- 15 Hülse 1 greifen direkt am Endstück 4 bzw. dort straktion überschritten wird. vorgesehenen Aussparungen 42 ein.

Mach f ig- 2 setzt sich tue Stützkonstruktion aus den Die Fi g. 4 und 4a zeigen eine weitere konstruktive

Sttoerataasiuhrungsrohrin 1 und den Endstücken 4 Möglichkeit zur Ausbildung einer derartigen Solltrennznsammen. Auf die Steuerstabführungs«ohre sind in stelle. Auch hier ist wieder das Endstück 4 zwischen jteichmäüigen Abständen Abstandshaltergitter8 aufge- 20 einem Ring 6 und einer Mutter 2 verspannt. Die schoben und mit diesen verbunden. Durch die Befestigung des Ringes * an der Hülse wird hier jedoch dargestellten Maschen dieser Abstandshaltergitter mit Scherstiften 5 vorgenommen, die in radialen werden die in diesem Brennelement eingesetzten Bohrungen des Ringes 6 eingesetzt sind und in Brennstäbe in ihrer Sollage gehalten. Eine Vielzahl entsprechend« Bohrungen der Hülse 1 eingreifen. Sie derartiger Brennelemente bildet den eigentlichen 25 werden 1,1 dieser Stellung durch das an der Außenseite Reaktorkern, der zwischen dem unteren Rost 10 und des Ringes übergreifende Endstück 4 gehalten. Bei dem oberen Rost 9 des Kerngerüstes innerhalb des dieser Konstruktion kann die Hülse 1. wie dargestellt, Reaktordruckbehälters.sieheFig. !,gelagert ist. etwas langer gehalten werden und somit zur Verstei-

Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Möglichkeiten fnng des Steuerstabführungsrohres 7 im Hinblick auf für die Ausführung einer derartigen SoUtrennstetle. 30 eine höhere Knickfestigkeit derselben beitragen. Diese Beispiele dienen lediglich der Erläuterung der Eine Variante dieser Konstruktion ist m der Fig.4b

vorliegenden Erfindung und beschränken die Möglich- dargestellt Hier entfällt wiederum der Ring %. Die ketten der konstruktiven Ausführung nicht Dabei Scherstifte sind dafür in eine mit dem Endstuck 4 können sämtliche Verbindungen der Führungsrohre mit verbundenen Kragen 43 geführt der zu diesem Zweck beiden Endstücken 4 in dieser Weise ausgeführt werden, 35 mit radialen Bohrungen 44 versehen ist Die Sicherung unter Umstanden genügt es auch, daß nur die der Scherstifte in dieser Lage kann durch bekannte Verbindungsstellen mit einem Endstück nach diesem Mittel, wie z. B. Schweißpunkte, erreicht werden. Prinzip gestaltet sind. Anstelle der Scherstifte können auch gemäß F1 g. 5

Eine erste Lösungsmöglichkeit für diese Verbindung Sperrkugeln 51 verwendet werden, die im Ring 6 zwischen Steuerstabführungsrohren 7 und Endstück 4 40 gelagert sind. Zur Halterung der Kugeln in dieser ist in den F i g. 3 und 3a dargestellt F i g. 3a zeigt einen Sollage - sie greifen dabei ebenfalls in Bohrungen der Querschnitt durch diese Verbindung, wobei F i g. 3 einen Hülse 1 ein - wird der Außenrand der Hülse an den Längsschnitt entsprechend den eingezeichneten Pfeilen entsprechenden Stellen nach einwärts gedruckt (61), von Fig.3a darstellt Da die Endstücke 4, wie bereits seine mechanischen Abmessungen sind dabei ebenfalls erwähnt, auch Bohrungen für den Durchtritt des 45 wie im Beispiel nach Fig.3 dem vorgegebenen Kühlmittels enthalten müssen und dem Kühlmittel- Ansprechdruck angepaßt Auch hier ^kan" ^se|^^stJ?^r' durchtritt möglichst wenig Strömungswiderstand entge- ständlich, wie in den F i g. 3 und 4, der R»ng ⁶ '" Wegfall gensetzen dürfen, sind auch die Aufnahmebohrungen kommen und die Kugeln, wie in Fig.4b, direkt in dem für die Steuerstabführungsrohre noch mit seitlichen Endstück 4 gelagert werden. Die Halterung der Ku^eI Durchtrittsstellen 41 versehen. Die Zentrierung des 50 sowie die Einstellung des Ansprechoruckes kann dabei, Steuerstabführungsrohres erfolgt also nur in schmalen ähnlich wie in F i g. 5, konstruktiv verwirklicht werden. Bereichen ihres Umfanges. Als Solltrennstellen können aber auch z. B. Schweiß-

In dem Beispiel nach Fig.3 und 3a sind mit dem verbindungen, z.B. zwischen der Hülse 1 und dem Steuerstabführungsrohr 7 die Hülsen 9 und 1 durch Kragen 43 des Endstückes 4 vorgesehen sein Die Schweißpunkte 71 und 91 verbunden. Die Hülse 9 55 Qualität der Schweißverbindung muß allerdings durch verstärkt das Steuerstabführungsrohr zwischen dem exakteste Führung der Schweißdaten, also z. B. Endstück 4 und dem Abstandshalter 8. Die Hülse 1 ist in Schweißdruck. Schweißzeit, Schweißstrom beim W.derdem vorliegenden Beispiel an ihrem unteren Rand Standsschweißen, stets reproduzierbar gesichert werseitlich umgebördelt (U). Diese Bördelung besteht. den.

siehe F i g. 3a, aus Laschen 11, die als Anschlag für einen 60 Eine weitere Möglichkeit in diesem Sinne bestünde Ring 6 dienen. Beim Zusammenbau des Brennelementes darin, die Punktschweißung 71 zwischen Hülse 1 und wird nachdem bei sämtlichen Führungsrohrbohrungen Führungsrohr 7 als Solltrennstelle zu dimensionieren, des Endstückes 4 die Ringe 6 eingesetzt sind, das Für diesen Fall könnte dann die Verbindung mit dem Endstück über die bereits mit den Hülsen 1 und 9 Endstück ohne Solltrennstelle gestaltet werden, verbundenen Steuerstabführungsrohre und dann wieder 65 Selbstverständlich könnten auch noch weitere Vaeine Unterlegscheibe 3 über die Hülse 1 geschoben. Mit rianten der Verbindungskonstruktion zwischen End-Hilfe einer Mutter 2, die in ein entsprechendes stücken und Verbindungselementen, wie z.B. den Außengewinde der Hülse 1 eingreift, werden nun die Steuerstabführungsrohren, verwendet werden, so konn-

ten anstelle der Mutter 2 die durch einen vorstehenden Eindrückrand an einer Verdrehung in gespannten Zustand verhindert wird, auch Schweißverbindungen treten. Eine solche läßt sich mit Hilfe spezieller Werkzeuge für das öffnen eines Brennelementes leicht abarbeiten, so daß eine Lösung der Stützkonstruktion ohne besondere Schwierigkeiten möglich ist. Die Solltrennstelle auf der den Brennstäben zugekehrten Seite der Endstücke bleibt in jedem Fall bestehen, da nur in dieser Richtung eine Druckbeanspruchung des Brennelementes zu erwarten ist.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die genannten Ausführungsbeispiele noch durch weitere Konstruktionen ergänzt werden können, die jedoch sämtlich dem dargestellten Grundprinzip folgen, so könnten z. B. auch entsprechend vorgespannte Federn zur Halterung der Befestigungsteile bis zum Erreichen des vorgegebenen Ansprechdruckes Verwendung finden. In letzterem Falle muß jedoch dafür Sorge getragen werden, daß im Falle eines Bruches dieser Federn die Bruchstücke nicht in den Kühlkreislauf gelangen können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   U Kemreakterfarennelement, bestehend aus einer Vielzahl von 8feWtIben, die mit WHfc von Abstandshaltergittem in einer Stötzkonstruktion aus &e#- uimI Fußstück - euch Enjtetieke genannt sowie diese vs^Bde&den siabföwnjgen Elementen eingesetzt fm4 wobei die VertaniuBpn zwischen Äen stäblöWnigen filamenten and wenigstens einem inäsKhäk Emrichiungen «nihalten, die -ewe relative «wate ^rrsQfctebBfajg «Büser TeHe gegeneinander

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