DE2531641A1 - Vorrichtung zur anordnung und verriegelung fuer einen brennstoffstift an einer gitterhalterung - Google Patents

Description

United States Energy Research And Development Administration, Washington, D.C. 20545, U.S.A.

Vorrichtung zur Anordnung und Verriegelung für einen Brennstoffstift an einer Gitterhaiterung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anordnung und Verriegelung eines Brennstoffstiftes an einer Gitterhalterung bei Brennstoffanordnungen eines Kernreaktors.

U.S. Patent 2 708 656 erläutert im einzelnen die bei Kernreaktoren verwendeten speziellen Begriffe. Brennstoffanordnungen in Hochleistungskernreaktoren, wie beispielsweise schnellen Brüterreaktoren, umfassen ein Bündel oder mehrere Bündel aus in Behältern befindlichen Brennstoffstiften, die in einem Mantel angeordnet sind, durch den das Kühlströmungs-

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mittel fließt. Ein durch einen Reaktorkern mit hohen Geschwindigkeiten fließendes Kühlmittel ist eine Energiequelle, die in den Reaktorcore-Komponenten zahlreiche unerwünschte Zustände einleiten und aufrechterhalten kann. Beispielsweise gehören zu den unerwünschten Zuständen, die in einer Treiberbrennstoffanordnung unter Verwendung von mit Draht umwickelten Brennstoffstiften auftreten können, die folgenden: Vibration mit dem sich daraus ergebenden Abrieb, Abnutzung und Ermüdung, und/oder schlechte Strömungsverteilung f was zu Erhitzungsstellen, dem Schmelzen des Brennstoffs und anderen Zuständen führen kann, die den sicheren Betrieb des Kernreaktors ernstlich stören können.

Ein Verfahren zur Steuerung oder Eliminierung der oben erwähnten Zustände besteht darin, die Brennstoffstifte starr an der Treiberbrennstoffanordnungsleitung zu befestigen. Es gibt zahlreiche bekannte Schemata, die für diese starre Befestigung verwendet werden könnten, aber infolge der Komplexität und der Kleinheit der Teile sowie im Hinblick auf die Kosten und die räumlichen Beschränkungen, die sich durch hydraulische Betrachtungen ergeben,· müssen diese Schemata unberücksichtigt bleiben.

U.S. Patent 3 743 578 beschreibt ein Schema, bei welchem eine Brennstoffstifthaltevorrichtung zwei parallele Spindeln umfaßt, die am Abdeckteil befestigt sind und quer zur Richtung der Kühlmittelströmung verlaufen, wobei Parallelschienen senkrecht zu den Spindeln angeordnet sind und darauf und in den Stopfen der Schicht der Stifte gleiten, U.S. Patent 3 200 045 beschreibt in Fig. 3 eine Brennstoffanordnung mit Brennstoffnadeln, die nur am Bodenteil befestigt sind, der auf parallelen Schienen gleitet, die eine Gitterstruktur bilden, welche einen hexagonalen Umriß besitzt.

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Diese Schemata haben jedoch den Nachteil, daß sie den Stiftlauf nur in der axialen Richtung und nicht in der Querrichtung des Kühlmittelflusses beschränken.

In erster Linie hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, preiswerte Mittel zum Anordnen und Verriegelung von Brennstoff stiften in Kernreaktoranordnungen vorzusehen. Insbesondere soll der Brennstoffstiftlauf in jeder Richtung eingeschränkt sein. Ferner bezweckt die Erfindung, die Anzahl der erforderlichen strukturellen Schweissungen zur Erzeugung einer wirkungsvollen Anordnung und Verriegelung der Brennstoff stifte in Kernreaktoranordnungen zu vermindern. Ferner bezweckt die Erfindung, Mittel zur Positionierung und Festlegung von Brennstoffstiften vorzusehen, welche die Beschädigung von Bauteilen oder Komponenten beschränken und zwar insbesondere von Schädigungen, die durch Vibration . hervorgerufen werden, wie Abnutzung, Abrieb, heiße Stellen und Ermüdung.

Ferner sollen die erfindungsgemäßen Anordnungs- und Verriegelungsmittel für die Brennstoffstifte das Kühlmittelströmungsverteilungsmuster nicht behindern, wobei ferner der Druckabfall am Brennstoffstifthalterungsgitter beschränkt sein soll. Schließlich sollen die erfindungsgemäßen Mittel zum Anordnen und Festlegen der Brennstoffstifte so ausgebildet sein, daß sie in einfacher Weise zusammengebaut werden können, wobei in einem Arbeitsvorgang eine vollständige Reihe von Brennstoffstiften installiert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die obigen Ziele bei einer Anordnungs- und Festlegungsvorrichtung für Kernbrennstoff stifte dadurch erreicht, daß man folgende Elemente vorsieht: Eine langgestreckte BrennstoffStiftanordnung mit einer unteren Endkappe für einen Brennstoffstift, wobei die Endkappe einen senkrecht zu seiner Hauptachse verlaufenden 'Schlüsselschlitz" aufweist; eine Anordnungs- und Verriegelungsstange, die gleitend in einen ersten Teil des Schlüsselschlitzes paßt, wobei die Stange eine Vielzahl von mit

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Abstand angeordneten Nuten freiliegend längs ihrer Länge aufweist; einen dünnwandigen Brennstoffstiftbefestigungs- und StrömungsVerteilungsblock unterhalb der Brennstoffstiftanordnung, wobei der Block eine obere Kante aufweist, die zur Halterung der Anordnungs- und Verriegelungsstange an jedem von deren Enden umfaßt und wobei in der oberen Kante mit Abstand angeordnete längliche Schlüsselschlitze in den Wänden angeordnet sind, und wobei die Hauptachse eines jeden dieser Schlitze parallel zur Hauptachse der Anordnung verläuft; einen BrennstoffStiftanordnungsgitterträger, der gleitend in den Schlüsselschlitz der Brennstoffanordnung paßt, wodurch MehrfachbrennstoffStiftanordnungen ursprünglich in verriegelten (festgelegten), mit Abstand angeord-. neten Reihen gehalten werden. Insbesondere können die Brennstoffstiftanordnungs- und Strömungsverteilungsblöcke im ganzen einen hexagonalen Querschnitt aufweisen und der Brennstoffstiftbefestigungsgitterträger kann einen I-Trägerquerschnitt besitzen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich inbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffanordnung, welche die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist;

Fig. 2 a und 2b vergrößerte Ansichten der Stiftbefestigung, und zwar parallel bzw. senkrecht zur Hauptachse von Verriegelungsstange und Gitterträger gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht und einen Querschnitt zur Darstellung der Brennstoffstiftanordnung in einer Hexagonalgittermatrix;

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Fig. 4a und 4b vergrößerte Ansichten eines alternativen Ausführungsbeispiels, und zwar parallel bzw. senkrecht zur Hauptachse von Verriegelungsstange und Gitterträger;

Fig. 5a und 5b vergrößerte Ansichten parallel und senkrecht zur Hauptachse der Verriegelungsstange und des Gitterträgers, und zwar von einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

U.S. Patent 3 518 163 beschreibt im einzelnen die Beziehung von Brennstoffanordnungskanälen oder -rohren gegenüber dem Rest der Reaktorbaukomponente in einem natriumgekühlten Schnellfluß-Testreaktor.

Die erfindungsgemäße Anordnungs- und Verriegelungsvorrichtung für Kernreaktorbrennstoffstifte weist - vergleiche dazu Fig. 1 - eine langgestreckte BrennstoffStiftanordnung mit einem Brennstoffstift 22 auf, an dem eine untere Endkappe 24 befestigt ist. Die Endkappe 24 bildet einen Schlüsselschlitz 26 senkrecht zur Hauptachse des Brennstoffstifts Eine Anordnungs-(Positionierungs) und Verriegelungsstange paßt gleitend mit einem ersten Teil 30 in den Schlüsselschlitz 25. Die Stange 28 weist eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Nuten 32 auf, die längs der Länge ihrer Hauptachse angeordnet sind. Jede Nut definiert mindestens zwei Greifkanten 33, die senkrecht zu der Hauptachse der Verriegelungsstange 28 vorgesehen sind. Die Breite der Nuten 32 entspricht mindestens dem Durchmesser der Endkappen 24 des Brennstoffstifts 22, wie dies in den Fig. 2a und 2b dargestellt ist.

Unterhalb der Brennstoffanordnung 20 ist ein dünnwandiger Brennstoffstiftbefestigungs- und Strömungsverteilungsblock angeordnet. Dieser Block besitzt eine obere Kante 36, welche

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zur Anordnung der Verriegelungsstange 28 an jedem ihrer Enden dient. Mehrere mit Abstand angeordnete längliche Schlüsselschlitze 38 verlaufen mit ihrer Hauptachse parallel zur Hauptachse der Brennstoffanordnungen und sind in den Wänden von Block 34 ausgebildet.

Ein Brennstoffstiftbefestigungsgitterträger 40 paßt gleitend in die Schlüsselschlitze 26 der Brennstoffanordnung und auch in die Schlüsselschlitze 38 von Block 34, wodurch die Vielzahl der Brennstoffanordnungen starr innerhalb des Blockes 34 in mit Abstand angeordneten Reihen gehalten werden. Der Träger 40 hält die Brennstoffanordnungen starr in ihrer Position, indem sichergestellt wird, daß die Greifkanten 33 an der Aussenoberfläche der Endkappen 24 der Brennstoffanordnung 20 anliegen.

Typischerweise besitzt der Brennstoffstiftbefestigungs- und StrömungsVerteilungsblock 34 einen im ganzen hexagonalen Querschnitt, wie dies in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, und der Brennstoffstiftbefestigungsgitterträger 40 besitzt einen im ganzen I-Träger-Querschnitt. Der Schlüsselschlitz 26 und die Endkappe 24 besitzen eine rechteckige Form und der Schlüsselschlitz 38 im Block 34 besitzt die gleiche Gestalt des im ganzen I-Träger-Querschnitts.

In einem schnellen Testreaktor, wie beispielsweise dem Reaktor gemäß U.S. Patent 3 518 163, kann eine große Anzahl von Brennstoffanordnungen positioniert und verriegelt werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Block 34 besitzt eine Vielzahl von parallelen Trägern 40, die durch ein Paar von Querstützen 42 mit Abstand angeordnet sind. Diese Stützen 42 verhindern die Realtivbewegung oder Verbiegung längs des Mittelteils der Träger

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Die Befestigung des Brennstoffstiftes 22 an einer Brennstoffanordnungsleitung 44 gemäß Fig. 1 wird in der folgenden Weise erreicht. Sämtliche BrennstoffStiftanordnungen 20 werden in einer Reihe in einer Einspannvorrichtung angeordnet, um die Schlüsselschlitze 26 der Endkappen 24 zur Aufnahme der Anordnungs- bzw. Positionierungs- und Verriegelungs-Stange 28 auszurichten. Die Stange 28 wird dadurch eingebracht, indem man sie durch den Schlüsselschlitz der Brennstoff anordnung 20 gleiten läßt. Diese Anordnung aus Stange und Brennstoffstiftanordnungen 20 wird sodann in Position auf dem Brennstoffanordnungs- und Strömungsverteilungs-Block 34 angeordnet, der die Stange 28 in ihrer richtigen Stellung anordnet, um das Einsetzen des Brennstoffstiftbefestigungsgitterträgers 40 zu gestatten. Der Träger 40 wird in Stellung angeordnet und durch den Schlüsselschlitz 38 von Block und den Schlitz 26 der Endkappe 24 gleitend bewegt, um die Brennstoffstiftanordnungen 20 in ihrer Position festzulegen (verriegeln). Jegliche als notwendig erachteten Schweissungen werden sodann an der Anordnung von-Block 34 und Träger vorgenommen und diese Anordnung wird in die Brennstoffanordnungsleitung 44 eingefügt und durch eine mechanische Vorrichtung befestigt. Es sei bemerkt, daß die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration vollständig selbstverriegelnd arbeitet und keine Zusammenschweissungen erfordert.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel umfaßt eine Abwandlung der Positionierungs- und Verriegelungsstange 28' und des BrennstoffStiftbefestigungsgitterträgers 40'. Wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt, besitzen die Brennstoffanordnungsendkappen 24 wiederum einen rechteckigen Schlüsselschlitz 26', der den Träger 40' aufnimmt, welcher Nuten 32' besitzt, welche Greifkanten 33' definieren, die entlang der Trägerlänge angeordnet sind. Die Verriegelungsstange 28 paßt gleitend zum Träger 40', um die Greifkanten 33' in Eingriff mit der Aussenoberfläche der Brennstoffstiftendkappen 24 zu drücken, um so die BrennstoffStiftanordnungen 20 starr in mit Abstand angeordneten Reihen zu halten.

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Ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel modifiziert den Brennstoffstift und den Befestigungsgitterträger 40" dadurch, daß die mit Abstand angeordneten, die Greifkanten 33" bildenden Nuten 32" längs der Oberseite des Trägers .40" angeordnet sind. Die Verriegelungsstange 28" weist - wie in den Fig. 5a und 5b gezeigt - mit Abstand angeordnete parallele Stangen auf, die eine an der Stange 40" anliegende obere Kante besitzen und die Brennstoffstiftanordnungen 20 starr in verriegelten, mit Abstand angeordneten Reihen halten.

Die erfindungsgemäße Positionierungs- und Verriegelungsvorrichtung für Kernreaktorbrennstoffstifte erfüllt die oben erwähnten Ziele und erreicht die genannten Vorteile. Insbesondere wird das Problem der ausreichenden Befestigung von Kernbrennstoffstiften in einer Kernreaktorbrennstoff anordnung gelöst, und zwar während hoher Reaktorkühlmittelgeschwindigkeiten .

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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnungs- und Verriegelungsvorrichtung für Kernreaktorbrennstoffstifte mit einer länglichen Brennstoffstiftanordnung mit einer unteren Brennstoffstiftendkappe, die senkrecht zu ihrer Hauptachse einen Schlüsselschlitz aufweist, gekennzeichnet durch Anordnungs- und Verriegelungsini ttel, die gleitend in einen ersten Teil des Schlüsselschlitzes passen und mehrere, mit Abstand angeordnete Nuten (32, 32', 32") längs der Länge dieser Mittel aufweisen, und wobei ein dünnwandiger Brennstoffstiftbefestigungs- und Strömungsverteilungs-Block (34) unterhalb der Brennstoffstiftanordnung angeordnet ist und eine obere Kante besitzt, um die Anordnungs- und Verriegelungsmittel an jedem Ende zu haltern, und wobei mehrere,mit Abstand angeordnete längliche Schlüsselschlitze in den Wänden des Blocks vorgesehen sind, wobei jeder dieser Schlitze seine Hauptachse parallel zur Hauptachse der Brennstoffstiftanordnungen aufweist, und wobei ein Brennstoffstiftbefestigungsgitterträger (40, 40', 40") gleitend mit dem Schlüsselschlitz der BrennstoffStiftanordnung zusammenpaßt, wodurch eine mehrere Brennstoffstifte aufweisende Anordnung starr gehaltert und in mit Abstand angeordneten Reihen verriegelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstiftbefestigungs- und Strömungsverteilungs-Block einen im ganzen hexagonalen Querschnitt besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstiftbefestigungsgitterträger im ganzen einen I-Querschnitt besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungs- oder Positionierungs- und Verriegelungsmittel eine Stange sind.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstiftbefestigungsträger ein I-Träger von allgemeinem Querschnitt ist, der mit Abstand angeordnete Nuten längs der Länge der Oberseite aufweist, und wobei der Anordnungsund Verriegelungsträger gleitend mit der Oberseite des Brennstoffstift- und Befestigungsgitterträgers zusammenpaßt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstiftbefestigungsgitterträger ein I-Träger von allgemeinem Querschnitt ist, wobei die mit Abstand angeordneten Nuten längs der Länge der Oberfläche angeordnet sind, und wobei die Anordnungs- und Verriegelungsmittel mit Abstand angeordnete Stangen (28") aufweisen, die gleitend mit der Oberseite des Brennstoffstiftbefestigungsgitterträgers zusammenpassen.

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