DE2550932A1

DE2550932A1 - Zellenfoermige brennelement-rostkonstruktion

Info

Publication number: DE2550932A1
Application number: DE19752550932
Authority: DE
Inventors: Felix S Jabsen
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1976-09-02
Also published as: US3982994A; NL7510857A; CA1029481A; JPS5444360B2; FR2301898B1; SE7511258L; ES442314A1; FR2301898A1; BR7507579A; JPS5199794A; ATA845275A; DE2550932C3; DE2550932B2; SE416763B; BE835418A; IT1048703B; AT361585B; IL48167A0; GB1475244A; IL48167A

Description

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PATENTANWALT

11. Sept_o 1975
Anw.-Akte: 27.89

PATENTANMELDUNG

Anmelder; The Babcock & Wileox Company

161 East 42nd Street, New York, N.Y₀ 10017 - USA

Titel: Zellenförmige Brennelement-Rostkonstruktion

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einsetzen und zum Herausziehen von Brennstaben in
Brennelement-Rostkonstruktioneno

Brennelementkonstruktionen hauen im allgemeinen zwei im wesentlichen zueinander in Widerspruch stehende Anforderungen zu erfüllen: erstens die Notwendigkeit, eine große Anzahl langer, dichter, mit Kernbrennstoff gefüllter, dünnwandiger Rohre zu stabilisieren, die Sehwingungs— und sonstigen
Kräften ausgesetzt sind, welche durch sehr große Kühlwassermengen verursacht werden, und zweitens die Notwendigkeit, die konstruktiven Behinderungen dieser Brennstäbe auf ein Geringstmaß herabzusetzen, um den Wärmeübergang von den Stäben auf das Kühlmittel zu fördern,. Um diesen

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im wesentlichen zueinander in Widerspruch stehenden Erfordernissen Genüge zu tun, werden Brennelementroste verwendet, die die Aufgabe haben, das Brennstabbündel innerhalb der Rostkonstruktion zu stabilisieren. Gewöhnlieh umfassen diese Roste eine zellenförmige Konstruktion, die durch die wechselseitig senkrechten Kreuzungen einer Gruppe verschränkter Metallplatten gebildet wird. Ein Brennstab ist in jeder der in der Gitterkonstruktion gebildeten Zellen angeordnet. Dabei ragen Vorsprünge aus den Flächen der Teile dieser verschränkten Platten heraus, die die einzelnen Zellenwände bilden. Diese Vorsprünge erfassen die Außenfläche des Brennstabs innerhalb der betreffenden Zelle und dienen dazu, die Stabbewegung zu hemmen.

Von diesen Vor Sprüngen gibt es zwei Grundausführungen. Eine Ausführung ist sehr elastisch und im wesentlichen abgefedert. Diese felastischen Vorsprünge ermöglichen es, daß die Brennstäbe relativ leicht in die Rostkonstruktion eingesetzt werden können. Während des Reaktorbetriebs ermöglicht es jedoch die elastische Ausführung der Vorsprünge, daß dieselben sich in Bezug auf die benachbarten Brennstabflachen bewegen. Diese Bewegung erzeugt einen unerwünschten Verschleiß oder "Abrieb" der Stabfläche, wodurch die Stabkonstruktion geschwächt wird und ein Bruch verursacht werden kann_o

Die andere Ausführung der Vorsprünge ist sehr steif und unelastisch; sie beseitigt im wesentlichen die Relativbewegung zwischen den Brennstäben und den. betreffenden Vo rsprüngen_o Diese steifen Vorspränge schalten zwar die "Abrieb¹¹-Probleme aus, führen aber zu anderen Schwierigkeiten„ Bei einer solchen Konstruktion ist es schwierig, einen Brenn—

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ORIGINAL INSPECTED

stab in eine Rostzelle einzusetzen, ohne daß die Stabfläche gegen die verhältnismäßig unnachgiebigen Vorsprünge a« schaben und kratzen. Kratzer dieser Art schwächen ebenfalls die Brennstabkonstruktion und sind die Ursache für Korrosionsherde,,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirksame und wirtschaftliche Vorrichtung zu schaffen, um Brennstäbe in die Zellen eines Brennelementrosts einzusetzen, ohne daß die Stabflächen beschädigt werden; die Vorrichtung hat dabei unelastische Vorsprünge.

Diese Aufgabe wird bei einer Brennelement-Rostkonstruktion, bei der die Ecken der wechselseitig senkrechten verschränkten Platten, die die Zellenkonstruktion der Brennelementroste bilden, mit Schlitzen ausgebildet sind, die im allgemeinen parallel zu den Längsachsen der Brennstäbe verlaufen, dadurch gelöst, daß eine lange, dünne Stange in die Rostkonstruktion, durch diese Schlitze in einer Richtung eingesetzt wird, die im allgemeinen parallel zu einer der Rostplatten und senkrecht zu den anderen Platten verläuft, die senkrecht zu der betreffenden Platte liegen und damit verschränkt werden.

Erfindungsgemäß sind Ansätze auf einer Seite der Stange ausgebildet. Diese Ansätze sind voneinander entlang der Länge der Stange um Abstände entfernt, die jeweils gleich der Breite einer Zelle sind. Diese Ansätze stehen überdies in einer Querrichtung in Bezug auf die Länge der Stange um eine Entfernung vor, die im wesentlichen größer ist als der Querspalt des Schlitzes_o Öie Stange wird in die Rostkonstruktion eingesetzt, indem die Ansätze in eine Richtung gebracht

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werden, die im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Brennstäbe verläuft. Auf diese Weise tritt die Stange durch die Schlitze_o Die Stange wird dann in einem Winkel von 90 in einer Richtung gedreht, die die Ansätze von der Rostplatte, mit der die Stange parallel verläuft, wegdreht» Die Stange wird dann in Längsrichtung bewegt, damit die Ansatzenden je einen Teil der benachbarten Platten erfassen können, die senkrecht zu der Rostplatte liegen und die mit der Rostplatte verschränkt sind, zu der die Stange parallel verläuft.

Eine weitere Kraftaufbringung auf die Stange in Längsrichtung erlaubt es, daß die Ansätze die Vorsprünge auf den senkrechten Platten aus ihrer gewöhnlichen Lage herausbiegen. Diese vorübergehende Verformung der einzelnen Zellen ergibt, wenn sie ebenfalls in Bezug auf eine der senkrechten Platten in jeder der Zellenkonstruktion durchgeführt wird, ein ausreichendes Spiel, so daß die Brennstäbe in die Rostkonstruktion eingesetzt werden können, ohne daß sie durch Vorsprünge abgeschabt und zerkratzt werden,,

Wenn die Brennstäbe in die Rostkonstruktion eingesetzt worden sind, dann werden die Längskräfte, die aui die Stangen aufgebracht werden aufgehoben, damit die ausgebogenen Vorsprünge in ihre normale Stellung innerhalb der Zellen zurückkehren und die entsprechenden Stäbe erfassen können. Die Stangen werden wiederum um 90° gedreht, um die Ansätze von den senkrechten Platten zu lösen und in allgemeine Ausrichtung mit den Längsachsen der Brennstäbe zu bringen. Die Stangen werden dann durch die Schlitze aus der Rostkonstruktion herausgezogen.

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Somit wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, um die Brennstäbe in eine Brennelement-Rostkonstruktion so einzuführen, daß die Stäbe während des Einbaus weder beschädigt noch sonstwie beeinflußt werden,, Ein im wesentlichen umgekehrtes Verfahren wird verwendet, um die Brennstäbe wieder aus der Rostkonstruktion herauszuziehen.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Übersiehtζeichnung eines Teils eines Brennelementrosts in Verbindung mit der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer Stange, die in den in Figur 1 dargestellten Brennelementrost eingesetzt wird,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Rost im Schnitt, ähnlich wie der in Fig. 1 dargestellte Abschnitt, mit zwei Stangen nach Figur 2, die in die Rostkonstruktion eingeführt sind,

Figo 4 eine weitere Draufsicht im Schnitt auf einen Teil des in Fig. 3 dargestellten Rosts, wobei sich die eingesetzten Stangen in einer anderen Lage befinden, und

Fig. 5 eine weitere Draufsicht auf den in den Fig. 3 und ^ dargestellten Rostabschnitt im Schnitt, wobei die Rostkonstruktion erfindungsgemäß ausgebogen ist.

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Wie die Figur 1 zeigt, sind zwei wechselseitig lotrechte Ärennelement-Rostplatten 10, 11 an einer gemeinsamen Ecke 12 verschränkt, um Teil einer zellenförmigen Rostkonstruktion zu bilden. Die Platten 10, 11 sind im allgemeinen flach und bestehen aus Blech. Vorsprünge 13, 14 auf den Platten 10 bzw. 11 sind in den Platten durch Pressen ausgebildet und ragen aus den Flächen der Platten in Richtung zur Mitte der Zelle vor, die teilweise durch die beiden Platten gebildet wird_o

Öffnungen 15, 16 sind in den Platten 10, 11 in Abständen ausgebildet, die gleich der Länge einer Zellenseite sind.

Die Verschränkung der Platten 10, 11 an der gemeinsamen Ecke 12 führt dazu, daß die Öffnungen an der Ecke 12 einen Schlitz 17 bilden. ^Eiη Spilt 20 mit einer vorher festgelegten Tiefe ist außerdem im Schlitz 17 zwischen den senkrechten Platten 10, 11 vorgesehen. In gleicher Weise wirken die Öffnungen in jedem Paar sich wechselseitig schneidender Platten innerhalb der Rostkonstruktion zusammen, um eine ausgerichtete Reihe von Schlitzen zu bilden, von denen jeder seinen eigenen Spalt bildet.

Keiner dieser Spalte darf jedoch kleiner sein als das Mindestmaß, das durch die Abmessungen der Stange 21 bestimmt wird, von der ein Teil in Fig. 2 dargestellt ist. Wie man der Zeichnung entnehmen kann, besteht die Stange 21 aus Metall in Form eines langen, schlanken Schafts 22, der einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt hat. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, daß der Stärke des Schafts 22 in den Dimensionen, die senkrecht zur Ebene der Zeichnung liegen, bedeutend geringer ist als die Breite des Spalts 20, damit die Stange 21 durch eine ausgerichtete

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Reihe von Schlitzen geführt und sich in einem Winkel von etwa 90° gedreht wer dt
neri he schrie!)en wird.

etwa 90 gedreht werden kann, wie es nachstehend im einzel-

Die Stange 21 ist mit einer Reihe von Ansätzen 21A, 21B, 21C versehen. Die Ansätze ragen alle aus einer Seite des Schafts 22 in einer Richtung heraus, die quer zur Längsachse der Stange 21 liegt_o Die einzelnen Vorsprünge der Ansätze 21A, 21B, 21C, sind^wenn sie den Stärken der benaehbarten Abschnitte des Schafts 22 hinzugefügt werden, größer als der Spalt 20 (Fig. l), der durch die Schlitze an der gemeinsamen Ecke 12 gelbildet wird.

Wie man der Figur 2 entnehmen kann, sind die Ansätze 21A, 21B, 21C von der gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Ansatzes jeweils um einen Abstand entfernt, der im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den entsprechenden Punkten in den angrenzenden Rostzellen ist.

Weiterhin wird gemäß den Grundsätzen der Erfindung eine Rostzelle 23, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, durch Teile von vier Platten 24, 25, 26, 27 gebildete Die Platten 24, und die Platten 25, 27 liegen im allgemeinen parallel zueinander. Die Platten 25, 27 stehen jedoch senkrecht zu den Platten 24, 26 und schneiden dieselben. Ein Brennstab 30 ist innerhalb der Zelle 23 angeordnet. Wie bereits oben erwähnt, ist der Brennstab 30 ein langes, schlankes Metallrohr, welches einen Stapel Kernbrennstoffkugeln umschließt. Wie man der Fig. 3 entnehmen kann, stehen die Vorsprünge 31, 32, 33, 34 in Richtung zur Mitte der Rostzelle 23 vor und erfassen die Außenfläche des Brennstabs 30, um den Stab zu stabilisieren. Die Stange 35 ist innerhalb der Zelle so angeordnet, daß das Längsmaß der Stange im allgemeinen parallel zur Rostplatte 26 liegt. Um die Stange 35 in die

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Zellenkonstruktion einzusetzen, werden die Ansätze 36, 37 auf der Stange in eine Richtung gebracht, die im allgemeinen parallel zur Längsachse des Brennstabs 30 liegt. Die Stange 35 wird mittels einer Längsbewegung in Richtung des Pfeils 40 in die und durch die Zelle 23 geführt. Da die Spalte 41, 42 in den Platten 25, 27 größer als die Querbreite der Stange 35 sind, tritt die Stange durch den Spalt 41 in die Zelle 23 ein und durch den Spalt 42 mit verhältnismäßiger Leichtigkeit aus der Zelle heraus.

In gleicher Weise wird die Stange 43 mit den Ansätzen 44, 45 durch die Zelle 23 über die Spalte 46, 47 in den Platten 24, 26 geführt.

Die in Figur 4 dargestellten Stangen 35, 43 sind in Richtungen gedreht worden, die durch Pfeile 50, 51 gezeigt sind, und zwar in einem Winkel von etwa 90°, um den Ansatz 36 auf der Stange 35 und den Ansatz 44 auf der Stange 43 die Spalte 41, 46 überbrücken zu lassen,, Da die kombinierte Querlänge eines jeden der Ansätze 36, 44 und der angrenzenden Abschnitte der einzelnen Stangen 35» 43 größer ist als die Querbreiten der zugehörigen Spalte 41, 46, erfassen die Querenden der Ansätze 36, 44 benachbarte Abschnitte der Rostplatten 25. 24.

Die in Längsrichtung erfolgende Kraftaufbringung auf die Stangen 35, 43 in den Richtungen der Pfeile 52, 53, die in Figur 5 dargestellt sind, preßt die Ansätze 36, 44 gegen die Platten 25, 24, so daß diese Platten aus ihrer gewöhnlichen Lage in Bezug auf die Mitte der Zelle 23 und die Längsachse des Brennstabs 30 herausgebogen werden. Diese vorüberhend hervorgerufene Ausbiegung ergibt Spiele 54, 55 zwischen den

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Vorsprüngen 31, 32 und den benachbarten Albschnitten der Oberfläche des Brennstabs 30. Die kleinen Spiele 5¹*, 55 haben jedoch eine ausreichende Größe, um den Brennstab 30 aus der Zelle 23 in einer Richtung herausziehen zu können, die parallel zur Längsachse des Stabs liegt und im allgemeinen senkrecht zur Ebene der Zeichnung.

Nachdem der Brennstab 30 aus der Zelle 23 entfernt worden ist, werden die durch die Pfeile 52, 53 angezeigten Längskräfte auf die Stangen 35 > 43 aufgehoben, um die vorübergehend ausgebogenen Rostplatten 24, 25 in die Lage zu versetzen, wiederum ihre übliche Lage in Bezug auf die Mitte der Zelle 23 einzunehmen. Abgesehen von dem Vorhandensein des Brennstabs 30 ist diese RostzellenwandbeZiehung in Figo der Zeichnung erläutert.

Die Stangen 35, 43 werden überdies aus der Rostkonstruktion durch eine einfache Handhabung herausgezogen. Dabei werden die Stangen 35» 43 entweder in Richtung der Pfeile 50, 51 in weiteren Winkeln von etwa 90° gedreht oder in anderen Winkeln von im wesentlichen 90° in Richtungen, die entgegengesetzt zu denjenigen verlaufen, welche durch die Pfeile 50, 51 angezeigt werden. Diese Drehungen führen in jedem Fall dazu, daß die Ansätze 36, 44 mit der vertikalen Achse der Zelle 23 in Ausrichtung gebracht werden, um die Stangen 355 ^3 in die Lage zurückzubringen, die in Figur 3 erläutert ist (Wiederum abgesehen von dem Vorhandensein des Brennstabs 30). Jetzt ist Spiel zwischen den Querbreiten der Stangen 35> 4t 3 und den entsprechenden Breiten der Spalte 41, 42 sowie 46, 47 vorhanden, so daß die Stangen aus der Rostkonstruktion durch die zugehörigen Spalte herausgezogen werden können.

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Der Brennstab 30 (Figur 5) wird in die Konstruktion der Zelle 23 durch einen im wesentlichen umgekehrten Vorgang eingesetzt. So werden z. B. die Stangen 35, 43 in die Ibisher leere Zelle 23 so eingesetzt, daß die Ansätze 36, 37, 44. 45 im allgemeinen parallel zu der Mittelachse der Zelle liegen. Die Stangen 35, 43 werden im wesentlichen in Winkeln von 90° gedreht, damit die Ansätze 36, 44 die Spalte 41, 46 überbrücken können und benachbarte Abschnitte der Rostplatten 25, 24 erfassen. Längskräfte in Bezug auf die Längsachsen der Stangen 35, 43 werden in Richtung der Pfeile 52, 53 aufgebracht, um die Ansätze 36, 44 gegen die entsprechenden Platten 25, 24 zu drücken, damit die Platten gebogen und die Spiele 55, 54 geöffnet werden. Bei Herstellung der Spiele 54, 55 kann der Brennstab 30 in die Zelle 23 durch eine Längsbewegung eingebracht werden, ohne einer Kratz- und Schabwirkung seitens der Vorsprünge 3i, 32, 33, 34 ausgesetzt zu sein»

Wenn sich der Brennstab 30 in der Zelle 23 befindet, werden die Längskräfte, die auf die Stangen 35, 43 in Richtung der Pfeile 52, 53 aufgebracht worden sind, entsprannt. Diese Entspannung der Längskräfte erlaubt es, daß die Vorsprünge 31, 32 in den nicht-ausgebogenen Zustand zurückkehren und somit die Fläche des Brennstabs 30 erfassen. Die Stangen 35f 43 werden in Winkeln von 90° gedreht, um die Ansätze 36, 37, 44, 45 in eine Richtung zu bringen, die es ermöglicht, daß die Stangen 35, 43 aus der Rostkonstruktion durch die Spalte 41, 42, 46, 47 herausgezogen werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

ΓΙ.)Zellenförmige Brennelement-Rostkonstruktion bestehend aus einer ersten Anzahl im allgemeinen paralleler,
mit Öffnungen versehener Brennelement-Rostplatten mit Vorsprängen, einer weiteren Anzahl mit Öffnungen versehener Brennelement-Rostplatten, die ebenfalls Vorsprünge haben, dadurch gekennzeichnet , daß die weitere Anzahl Platten mit der ersten Anzahl
Platten verschränkt ist und im allgemeinen senkrecht
dazu angeordnet ist, wobei gemeinsame Ecken an den betreffenden Öffnungen gebildet werden, damit Reihen
von ausgerichteten Schlitzen geschaffen werden, durch die eine Anzahl Stangen ein- und ausschiebbar sind, auf denen Ansätze ausgebildet sind, wobei die Ansätze und die angrenzenden Stangenabschnitte je kombinierte Längen haben, die größer sind als die Breiten der jeweiligen Schlitze, damit die Ansätze wahlweise die Schlitze überbrücken und einen angrenzenden Abschnitt der Rostplatten erfassen, mit der Maßgabe, die Platten vorübergehend auszubiegen.
2. Verfahren zum Einsetzen von Kernbrennstäben in eine
Brennelentent-Rostkonstruktion und zum Herausziehen von Kernbrennstäben aus einer Brennelement-Rostkonstruktion, gekennzeichnet durch folgende Schritte,

a. eine mit Ansätzen versehene Stange in die Brennelement-Rostkonstruktion einsetzen,

b_o die Stange in einer Richtung drehen, die es ermöglicht, daß die Ansätze entsprechende Abschnitte der Rostkonstruktion erfassen,

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Co eine Längskraft auf den StaTb aufbringen, um die Ansätze gegen die entsprechenden Albschnitte der Brennelement-Rostkonstruktion zu pressen, damit die Konstruktion ausgesogen wird und

d. die Brennstäbe in die Rostkonstruktion einzusetzen aus der Rostkonstruktion herauszuziehen.

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