DE2413464B2 - Kernreaktorbrennelement - Google Patents
KernreaktorbrennelementInfo
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Description
«ach Anspruch 1,
f als itäbförangs €te-
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.
&e*n eittßs ÄeäkioJS, wie er in Fig. 1 schematisch
dargestellt ist ßieser Reaktorkern wird dabei durch
«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)
- 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 gegeneinandermöÖÄh 4λΦβ¥ fi
daß diese iKinrichtatigejo <ji) bei Überschreitung # ib il B^teGblt
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