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Befestigungsanordnung für Kernreaktorbrennstäbe o.dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung für Kernreaktor-Brennstäbe
o.dgl. mit einer Durchbrüche für die Endabschnitte der Brennstäbe enthaltenden Stabhalteplatte.
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Für viele Reaktortypen gebräuchliche Brennelemente bestehen aus einer
Anzahl einzelner Brennstäbe in Form langer, dünner Rohre, die mit Kernbrennstoff
gefüllt sind und durch Abstandhalter und an ihren Enden durch Stabhalteplatten auf
dem gewWischtenAbstand gehalten werden. Letzte bestimmen auch die Lage der Brennstäbe
in axialer Richtung.
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Für die Befestigung der Brennstäbe in der Stabhalteplatte sind eine
Reihe von Anordnungen wie Schraubbefestigungen oder Befestigungen durch ein Verformen
des Brennstabendes bekannt.
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Für bestimmte Zwecke sind die bekannten Befestigungsanordnungen wenig
geeignet, so beispielsweise, wenn zu Untersuchungezwecken, wie bei Bestrahlungsexperimenten,
einzelne Brennstäbe aus einem
Brennelement herausgelöst werden sollen.
Da derartige Arbeiten weger der Radioaktivität mit fernbedienten Werkzeugen ausgeführt
werden müssen, ist eine während des Betriebes sichere jedoch bei Bedarf einfach
zu lösende Befestigung der Brennstäbe in den Stabhalteplatten erwünscht.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsanordnung
für Kernreaktor-Brennstäbe o.dgl. mit einer Durchbrüche für die Endabschnitte der
Brennstäbe enthaltenden Stabhalteplatte zu schaffen, die auf einfache Weise und
ohne Verformungsarbeit herzustellen ist, die während des Betriebes mit Sicherheit
aufrechterhalten bleibt und die bei Bedarf auch unter schwierigen Bedingungen auf
einfache Weise gelöst werden kann.
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Bei einer Befestigungsanordnung für Kernreaktor-Brennstäbe o.dgl.
mit einer Durchbrüche für die Endabschnitte der Brennstäbe enthaltenden Stabhalteplatte,
besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß die Endabschnitte der Brennstäbe
als Zunge von flachbreitem, rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind, daß zwischen
der Obergangsstelle von dem vollen Querschnitt zu dem flachbreiten Querschnitt und
dem freien Ende der Zunge - infolge Aussparungen an den Schmalseiten der Zunge -ein
Zungenhals von gegenüber der der Zunge geringerer Breite angeordnet ist, daß die
Durchbrüche in der Stabhalteplatte einen etwa kreisrunden, auf zwei einander gegenüberliegenden
Seiten zu einem Schlitz erweiterten Querschnitt aufweisen, daß der kreisrunde Querschnitt
einen gegenüber der Breite des Zungenhalses größeren und gegenüber der Breite der
Zunge geringeren Durchmesser besitzt, und daß die Breite und Länge des Querschnitts
des Schlitzes - zwecks ausreichender Kühlung der Brennstäbe - größer als die Breite
und Länge des Querschnitts der Zunge bemessen sind, derart, daß die Brennstäbe durch
Hindurchstecken
der Zunge und Drehen des Zungenhalses in dem Durchbruch mit der Stabhalteplatte
zu verbinden sind. Hierdurch ist erreicht, daß der Brennstab durch Hindurchstecken
seiner Zunge durch den Durchbruch und Drehen des Zungenhalses in dem kreisrunden
Abschnitt des Durchbruchs um etwa 900 in Richtung seiner axialen Erstreckung sicher
und auf einfache Weise festgehalten wird. Zum Lösen ist lediglich eine auf einfache
Weise zu bewerkstelligende Drehung des Zungenhalses um wiederum 900 erforderlich,
worauf die Zunge des Brennstabes durch den schlitzförmigen Abschnitt des Durchbruchs
herausgezogen und damit der Brennstab aus seiner Befestigung gelöst werden kann.
Das Befestigen des Brennstabes ist zur Einhaltung seines seitlichen Abstandes und
in axialer Richtung erforderlich, um sein Aufschwemmen zu verhindern.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht nach der Erfindung darin,
daß auf mindestens einer der Flächen der Stabhalteplatte - koaxial zu dem kreisrunden
Abschnitt des Durchbruchs - dem Querschnitt des Schlitzes etwa entsprechende, zu
diesem jedoch winklig versetzte nutartige Aussparungen angebracht sind, wodurch
der Brennstab bereits durch sehr geringen Druck in axialer Richtung mit den Zungenhals
begrenzenden Schultern in den nutartigen Aussparungen zugleich gegen unbeabsichtigte
Drehen um seine Achse und und Herausgleiten seiner Zunge aus dem Durchbruch in der
Stabhalteplatte gesichert ist. Ein solches Drehen kann denkbar durch Schwingungen
irgendwelcher Art oder auf sonstige unvorhersehbare Weise erzeugt werden. Unabhängig
von einem solchen unwahrscheinlichen Ereignis ist jede Erhöhung der Sicherheit einer
Befestigung erwünscht, insbesondere, wenn dies durch eine wenig aufwendige Maßnahme,
wie die erfindungsgemäße, erlangt wird.
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Weiter wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß gegenüber der Stabhalteplatte
ein- und feststellbare bzw. mit Druck beaufschlagbare, an den Brennstäben bzw. deren
Zungen etwa in Erstreckungsrichtung der Brennstäbe angreifende Anschläge oder eine
gemeinsame Anschlagplatte derart vorgesehen sind, daß damit mindestens eine der
die in einer zu der Längsachse der Brennstäbe etwa senkrechtenEbene gelegenen den
Zungenhals einschließenden Schultern an die gegenüberliegende Fläche angepreßt bzw.
ein Teil der Zunge in der nutartigen Aussparung oder der fortlaufenden Nut gehalten
wird.
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Eine fertigungsmäßig günstige Ausbildung besteht nach der Erfindung
darin, daß, bei Anordnung der Durchbrüche in zueinander parallelen Reihen und Anordnung
der Schlitze der Durchbrüche etwa senkrecht zu diesen Reihen, die nutartigen Aussparungen
je Reihe durch eine gemeinsame sich in Richtung der Reihe erstreckende fortlaufende
Nut dargestellt sind. Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine Vielzahl funktionsmäßig
einzelner nutartiger Aussparungen durch Fräsen oder sonstiges Formen jeweils einer
fortlaufenden Nut für eine Reihe auf einfache Weise herzustellen.
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Eine andere fertigungsmäßig günstige erfindungsgemäße Ausbildung kann
darin gegeben sein, daß die Anschlagplatte in einer Lochplatte besteht, deren zwischen
den Löchern verbliebene Stege die Anschläge darstellen. Diese Löcher sollen einen
genügend großen Strömungsquerschnitt auch in der Anschlagplatte gewährleisten.
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Schließlich sind nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die
Schlitze der Durchbrüche zu dem kreisrunden Abschnitt asymmetrisch angeordnet, wobei
diese Lösung für die Randzone der Stabhalteplatte gedacht ist, um deren Fläche
möglichst
voll ausnutzen zu können. Dabei ist das Spiel im außen liegenden Teil des Schlitzes
zu der Zunge etwas geringer als beim innen liegenden Teil des Schlitzes bemessen.
Diese Ausbildung ermöglicht es, die außen liegenden Brennstäbe o.dgl.
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so nahe an dem Brennelementhüllkasten anzuordnen, daß eine Erweiterung
des Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel und damit eine Verringerung seiner Strömungsgeschwindigkeit
gegenüber den anderen Fließzonen vermieden sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Befestigungsanordnung bei einem Brennelement,
im Längsschnitt I-I nach Big. 2, Fig. 2 die Befestigungsanordnung, in der Draufsicht
II-II nach Fig. 1, und Fig. 3 die Befestigungsanordnung in der Unteransicht III-III
nach Fig. 1.
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Nach der Zeichnung ist in einem Brennelementhüllkasten 1 eine Stabhalteplatte
2 mit Durchbrüchen 3 angebracht. Die Durchbrüche 3 weisen einen Querschnitt mit
einem etwa kreisrunden Abschnitt 31 auf, der auf zwei einander gegenüberliegenden
Seiten zu einem Schlitz 32 erweitert ist. Die Durchbrüche stellen einen Teil der
Befestigungsanordnung für Brennstäbe 4 dar, deren Endabschnitte - als anderer Teil
der Befestigungsanordnung - als Zunge 6 von flachbreitem, etwa rechteckigen Querschnitt
ausgebildet sind. Zwischen der Ubergangsstelle von dem vollen, äußeren Querschnitt
des Brennstabes 4 zu dem flachbreiten Querschnitt einerseits und dem freien Ende
der Zunge 6 andererseits ist durch Aussparungen an den Schmalseiten der Zunge 6
ein Zungenhals 5 von gegenüber der Breite der Zunge 6 geringerer Breite vorgesehen.
Dabei besitzt der
kreisrunde Querschnitt oder Abschnitt 31 des Druchbruchs
3 einen gegenüber der Breite des Zungenhalses 5 größeren und gegenüber der Breite
der Zunge 6 geringeren Durchmesser.
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Weiter sind die Breite und Länge des Querschnitts des Schlitzes 32
zwecks ausreichender Kühlung größer als die Breite und die Länge des Querschnitts
der Zunge 6 bemessen, derart, daß die Brennstäbe 4 durch Hindurchstecken der Zunge
6 durch die Durchbrüche 3 und Drehen des Zungenhalses 5 in dem kreisförmigen Abschnitt
31 des Durchbruchs 3 um einen Winkel bis zu bzw. von etwa 900 zu verbinden sind.
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Auf der einen, den Brennstäben 4 abgewandten Fläche der Stabhalteplatte
2 sind dem Querschnitt des Schlitzes 32 bzw. dem Querschnitt der Zunge 6 etwa entsprechende,
zu dem Schlitz 32 jedoch um eine gemeinsame Achse winklig, vorzugsweise rechtwinklig
versetzte nutartige Aussparungen 7 eingelassen, in die sich, den Zungenhals 5 einschließende
Schultern 51, beaufschlagt mit einer axial gerichteten Kraft als Drehsicherung,
setzen können.
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Um eine solche Kraft einzuleiten bzw. axialen Druck auf die Brennstäbe
4 entgegen ihrer Durchsteckrichtung ausüben zu können, ist eine in axialer Richtung
bewegliche und feststellbare Anschlagplatte 8 vorgesehen, die als Lochplatte ausgebildet
ist, wobei die zwischen ihren Bohrungen oder Löchern 9 verbliebenen Stege 81- die
an den Enden der Zungen 6 und damit auf die Brennstäbe 4 in axialer Richtung wirksamen
Anschläge darstellen.
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Wie in Fig. 3 zu ersehen ist, bestehen die in einer Reihe gelegenen
nutartigen Aussparungen 7 in einer einfach herzustellenden gemeinsamen, sich in
Richtung der Reihe erstreckenden fortlaufenden Nut 70.
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Nach Fig. 3 sind in der äußeren Reihe die Schlitze 32' zu dem kreisrunden
Abschnitt 31' der Durchbrüche 3'asymmetrisch angeordnet, so daß der Raum bis zum
Rand bei Vermeiden einer nachteiligen Erweiterung des Strömungsquerschnitts und
damit eier nachteiligen Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels
in der Randzone gegenüber den Fließzonen zwischen den Brennstäben ausgenutzt ist.
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Die Stabhalteplatte 2 ist - nach Fig. 1 - mittels Bolzen 10 und Bolzen
11 in dem Brennelementhüllkasten 1 befestigt. Zugleich dienen die Bolzen 11 als
Anschlag bei lösbarer Befestigung der Anschlagplatte 8 mittels Schrauben 12.
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Die Zungen 6 sind zweckmäßig zu ihren freien Enden hin etwas abgeschrägt,
um ein Einführen in die Schlitze 32 zu erleichterr Das Einsetzen, Festhalten und
Entnehmen der Brennstäbe 4 geschieht bei der Befestigungsanordnung in der bereits
oben erläuterten, durch die Ausbildung gegebenen Weise bei sehr geringem Zeitaufwand
und ohne schwierige Vorgänge.
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Zu bemerken ist, daß die erfindungsgemäße Ausbildung zufolge des freien
Querschnitts der Löcher 9 in der Anschlagplatte 8 und des freien Querschnitts der
Schlitze 32 in der Stabhalteplatte 2 während des Betriebes eine gute Durchspülung
der Einrichtung mit Kühlmittel gestattet.
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Das Spiel zwischen dem Schlitz 32 und der Zunge 6 ist zweckmäßig sehr
reichlich bemessen. Es dient nicht nur zum leichten Einsetzen der Brennstäbe sondern
auch zu dem Zweck, an den Befestigungsstellen große freie Querschnitte zum Hindurchfließen
des Kühlmittels zu erhalten.
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Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist nicht allein dem Befestigen
von Brennstäben, Brutstäben, Absorberstäben, Giftstäben, Reflektorstäben, Stäben
mit Neutronenquelle, kurz allen Arten von Kernelementstäben, und damit nicht nur
dem Kernreaktorbau vorbehalten.
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PatentansprUches