DE2918052A1 - Brennelementbuendel fuer einen kernreaktor - Google Patents

Brennelementbuendel fuer einen kernreaktor

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Description

FRAMATOME
924oo Courbevoie, Frankreich
Brennelementbündel für einen Kernreaktor
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Brennelementbündel, insbesondere solche für Wasserreaktoren, bestehen im allgemeinen aus einem Bündel von parallelen Brennstäben, deren Abstand durch zu den Brennstäben querverlaufenden Verstrebungen eingehalten wird. Halterohre für die Anordnung ersetzen bestimmte Brennstäbe, sind länger als diese und sind mit Endplatten verbunden, die eine hohe mechanische Steifheit der Anordnung und ein Halten der Brennstäbe in Längsrichtung gewährleisten.
Beim Nachladen des Eeaktorkerns ist es von höchster Bedeutung, die defekten Brennstäbe der bestrahlten Brennelemente austauschen und ersetzen zu können, um alle Brennelementbündel weiter benutzen zu können unter vollständiger Beseitigung der Contaminationen des Reaktorkreises, die durch die von den defekten Brennstäben stammenden Spaltprodukten hervorgerufen werden.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass mit dem Brennstoff wirtschaftlich, umgegangen wird, da das einmal wiederhergestellte Brennelementbündel nach Beseitigen und Ersetzen der defekten Brennstäbe wieder geladen und verwendet werden kann.
Andererseits führt das Ersetzen der defekten Brennstäbe
zu einem Betrieb der Reaktoren mit höherer Sicherheit für
die Anlagen und das Personal durch Verminderung der Contaminationsgefahren.
Das Wechseln der defekten Brennstäbe ist j'edoch ein Vorgang, der grosse Vorsichtsmassnahmen erfordert. Das bestrahlte
Brennelement kann nur unter einem Strahlenschutz wieder hergestellt werden. Dieser Vorgang erfolgt im allgemeinen unter einer gewissen Wasserschicht im an den Reaktor angrenzenden
Reaktorbecken .
Aus spezielleren Gründen, z. B. zur Durchführung von Prüfungen an bestimmten Brennstäben oder zur Durchführung von mechanischen oder physikalischen Prüfungen an diesen Brennstäben,
kann es aber für den Benutzer von Bedeutung sein, die Brennelementbündel zu zerlegen, um die Brennstäbe xvieder aufzubereiten, an denen die Versuche oder Prüfungen durchgeführt
werden.
Für einen Zutritt zu diesen Brennstäben und zu ihrer Trennung vom übrigen Brennelementbündel müssen die Endplatten abgebaut werden. Dieser im Reaktorbecken durchgeführte Zerlegungsvorgang weist verschiedene Schwierigkeiten auf, da das Brennelement nur aus der Entfernung zugänglich ist und der Zerlegungsvorgang an einem untergetauchten Brennelementbündel
stattfindet.
Zur Erleichterung des Aus- und Einbauvorgangs der im Brennelementbündel befindlichen Brennstäbe innerhalb des Reaktorbeckens wurde daran gedacht, die Endplatten an den Halterohren
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derart abnehmbar zu befestigen, dass der Abbau der Endplatten leicht aus der Entfernung durchführbar ist, wenn das Brennelementbündel sich innerhalb des Reaktorbeckens befindet.
Zur Ausführung dieser Befestigung der Endplatten an den Halterohren wurde z. B. an Gewindehülsen gedacht, die in die Halterohre geschraubt werden. Die Halterohre haben dann eine profilierte Erweiterung, die in einen Sitz entsprechender Form an der Aussenflache der Endplatte eingesetzt wird.
Eine Festlegung der Hülsen gegen Drehung erfolgt durch Erweitern eines Teils der Hülsen innerhalb von im Plattenende vorgesehenen Sitzen.
Diese Vorrichtung ermöglicht ein schnelles und leichtes Abbauen der Endplatte vom Halterohr. Ist aber die Endplatte abgebaut, so werden die Enden der Halterohre nicht mehr in Querrichtung gegeneinander gehalten. Beim Zusammenbau muss die Endplatte in Übereinstimmung mit allen Halterohren gebracht werden,die mit den in der Endplatte vorgesehenen Sitzen in Eingriff kommen müssen.
Es kann daher von Bedeutung sein, eine ständige Halterung der Enden der Halterohre und eine Erleichterung der Zusammenbauvorgänge zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Brennelementbündels für einen Kernreaktor mit einem parallelen Bündel von Brennstäben, deren Abstand durch Verstrebungen eingehalten wird, die zu den Brennstäben und zu gewisse Brennstäbe ersetzenden Halterohren in Querrichtung verlaufen. Die Halterohre sind länger als die Brennstäbe und gewährleisten zusammen mit den querverlaufenden Endplatten den starren Zusammenbau des Ganzen, wobei die Endplatten auf die Halterung der Brennstäbe in der Längsrichtung gewährleisten und das Brennelementbündel unter Gewährleistung einer gewissen Starrheit selbst dann leicht zerlegbar ist, wenn die Endplatten abgenommen sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 eine GesamtSeitenansicht eines Brennelementbündels für einen Kernreaktor der beschriebenen Bauart;
Fig. 2 eine Schnitt A-A von Fig. 1 mit einer Darstellung der Brennstäbe und der Halterohre innerhalb einer Verstrebung;
Fig. 3 einen Schnitt B-B von Fig. 1 mit einer Darstellung des im Oberteil des Brennelementbündels angeordneten Verbindungsgitters für die Halterohre;
Fig. 4 eine Draufsicht C von Fig» 1 einer Hülse für den Zusammenbau der oberen Endplatte mit dem in Fig. 3 im Schnitt dargestellten Gitter;
Fig. 5 einen Schnitt D-D von Fig. 4 mit einer Darstellung der entsprechenden Hülse innerhalb eines Lochs der Endplatte des Gitters;
Fig. 6 dieselbe Hülse in einem Schnitt E-E von Fig. 4;
Fig. 7 eine Ansicht F der Fig. 5 von unten derselben Hülse in Anlage an'der Innenfläche des Gitters.
Das in Fig. 1 gezeigte Brennelementbündel enthält eine Anordnung von parallelen Brennstäben 1, die durch querverlaufende Verstrebungen 2 als starres Bündel gehalten sind. Die Ver-
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strebungen 2 sind in etwa regelmässigen Abständen über die Länge der Brennstäbe verteilt.
Fig. 2 zeigt die Queranordnung der Brennstäbe innerhalb einer Verstrebung. Die Verstrebung 2 bildet Zellen 4, in denen die Brennstäbe angeordnet sind. Bestimmte Zellen 4 sind von Halterohren 5 eingenommen, die eine bestimmte Anzahl von Brennstäben ersetzen. Die Halterohre 5 sind etwas länger als die Brennstäbe 1.
Die Halterohre 5 sind an ihren Enden mit Gittern 6 verbunden.
Gemäss Fig. 3 bildet das Gitter ein Netz mit quadratischen Maschen 10. Wenn sich das Gitter 6 gemäss Fig. 1 in Stellung auf dem Brennelementbündel befindet, befinden sich innerhalb bestimmter Maschen 10 Halterohre 5, die am Gitter durch Quetschverbindung oder durch Quetschverbindung und Schweissung ständig befestigt sind.
Die Gitter 6 werden durch eine Anordnung von gekreuzten und miteinander befestigten metallischen Bändern oder Platten gebildet»
Bestimmte in Fig. 3 durch Kreuze 12 bezeichnete Maschen des Gitters dienen zur Aufnahme der Hülsen für den Anbau des Gitters an den Endplatten.
Das durch die Maschen 10 des Gitters gebildete Hetz ist gegenüber den Brennelementen des Brennelementbündels derart angeordnet, dass ,jede Masche 12, in der keine Halterohre angeordnet sind, sich senkrecht zu einem Brennelement 1 befindet. Das Metz des Gitters 6 ist somit praktisch in derselben Weise wie die in Fig. 2 gezeigte Verstrebung angeordnet.
Die Abmessung der Mas-chen 6 des Gitters ist so getroffen, dass das Herausziehen der Brennelemente 1 durch. Längsverschiebung und Durchtritt durch die Maschen des Gitters möglich ist.
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Wenn eine der Endplatten 3 abgenommen ist, können daher die Brennelemente des Brennelementbündels herausgezogen werden, obwohl die Gitter 6 ständig an den Halterohren 5 befestigt bleiben.
Mir die Beschreibung der Befestigungsart der Gitter 6 an den Endplatten 3 wird auf die Fig. 4 bis 7 hingewiesen.
Diese Befestigung erfolgt durch eine zylindrische Hülse 7* die an ihrem oberen Ende einen erweiterten Teil 14 aufweist, dessen untere Fläche eine Schulter 15 bildet, die in Berührung mit dem Grund einer im Querschnitt kreisförmigen Ausnehmung 16 kommen kann, die auf der oberen äusseren Fläche der Endplatte ausgebildet ist. Die Fig. 4 bis 7 beziehen sich auf eine Hülse zur Befestigung des oberen Gitters auf der entsprechenden Endplatte, d. h. der oberen Endplatte des Brennele mentbündels.
Wenn die obere Endplatte auf dem Brennelementbündel angebracht ist, kommt ihre untere Fläche in Berührung mit der oberen Fläche des Gitters, wobei im Querschnitt quadratische Ausnehmungen 17 y clie in der Mitte der Ausnehmungen 16 der Endplatte ausgebildet sind und die Endplatte vollständig durchqueren, zur Deckung mit den quadratischen Maschen 10 des Gitters. Die Querschnittsabmessungen der Ausnehmungen sind im wesentlichen dieselben wie die Abmessungen der Masche 10.
Wenn sich die Hülse 7 gemäss Fig. 5 innerhalb des Lochs 17 und der Zelle oder der Masche 10 des Gitters befindet, befindet sich ihr im Querschnitt kreisförmiger mittlerer Teil, dessen Durchmesser ein wenig kleiner als die Seitenlänge der Masche des Gitters ist, innerhalb der Ausnehmung 17 und der Masche 10, während die Schulter 15 auf dem Grund der in der oberen Fläche der Endplatte ausgebildeten Ausnehmung 16 ruht.
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Die Hülse 7 hat an ihrem Unterteil «inen im Querschnitt quadratischen erweiterten Teil 18, der etwas kleiner als die Masche und die Ausnehmung 17 ist.
Die passend ausgerichtete Hülse 7 kann beim Einsetzen in die Endplatte und das Gitter zu deren gegenseitiger Festlegung durch, die Ausnehmungen 17 und 10 hindurchtreten, deren Querschnittsform dem Querschnitt des erweiterten Teils 18 entspricht und etwas grosser ist.
Der obere erweiterte Teil 14 der Hülse hat einen Einschnitt 20, in dem die Klinge eines Schraubenziehers eingeführt werden kann zur Ausrichtung der Hülse in beliebiger Richtung durch Drehung des Schraubenziehers. Auf diese Weise kann die Hülse so angeordnet werden, dass der untere erweiterte Teil sich in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet, in der die Ecken des Teils 18 in Anlage auf der unteren Fläche des Gitters kommen.
Ist die Hülse einmal in die Endplatte und das Gitter gemäss Fig. 5 und 7 eingeführt, so erfolgt die Festlegung der Hülse durch Druck gegen die Endplatte und die Innenfläche der Gitters, indem eine Ausdehnung des zylindrischen Teils der Hülse 7 in Höhe der im Querschnitt quadratischen Ausnehmung 17 der Endplatte in die Ecken dieser Ausnehmung 17 bei 19 vorgenommen wird, vgl. Fig. 6.
Die Verformungen 19 können innerhalb der Hülse 7 durch Einwalzen hergestellt werden, d.h. mittels eines langgestreckten Werkzeugs, das an seinem Ende Rollen aufweist, die die Verformung des Metalls der Hülse durchführen. Im Verlauf dieser Verformung dringt das zurückgedrückte Metall in die vier Ecken der quadratischen Ausnehmung 17 ein und bewirkt somit die Festlegung der Hülse in Drehrichtung gegenüber der Endplatte und dem Gitter. Diese Verformung bewirkt ebenfalls eine leichte Verkürzung der Hülse, was das Klemmen der Endplatte auf dem Gitter über die Anlageflächen 16 und 18 der
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Hülse bewirkt, die mit dem Oberteil der Endplatte und dem Unterteil des Gitters in Berührung stehen.
Die aus den Halterohren, den Verstrebungen und den mit den Enden der Halterohre festverbundenen Gittern bestehende Anordnung behält somit eine gewisse Starrheit, wenn eine oder beide Endplatten abgenommen sind. Es können dann die Brennelemente aus dieser Konstruktion herausgezogen oder in diese eingeführt werden zum Austausch dieser Elemente oder zu deren Entnahme im Hinblick auf Kontroll- oder Prüfmassnahraen.
Soll das Brennelementbündel wieder zusammengebaut werden, so ist die Befestigung der Endplatte (-n)"an dem entsprechenden Gitter(-n) ausserordentlich einfach, da es genügt, die Endplatte so auf das Gitter zu legen, dass die Ausnehmungen 17 mit den Maschen des Gitters zusammenfallen, und dann die der Befestigung dienenden Hülsen in diese Durchtritte einzuführen, sie mit einem in den Einschnitt 20 eingeführten Schraubenzieher auszurichten und schliesslich eine Verformung 19 innerhalb der Hülsen herzustellen.
Wenn umgekehrt eine Zerlegung des Brennelementbündels zur Entnahme der defekten Brennelemente oder von Brennelementen für Kontrollen oder Prüfungen gewünscht ist, wobei sich das Brennelementbündel dann im Reaktorbecken befindet, sind die Vorgänge noch weitaus einfacher und können leicht aus der Entfernung bei untergetauchtem Brennelementbündel durchgeführt werden.
Zur Zerlegung genügt es, die Hinge eines Schraubenziehers aufeinanderfolgend in die Einschnitte 20 der irerseniedenen Hülsen einzuführen, die auf der auszubauenden Endplatte angeordnet sind, und die Hülsen durch den Schraubenzieher zu drehen. Die beim Einbau in der Hülse hergestellten Vorsprünge 19 verformen sich dann durch Berührung mit der Innenfläche der im Querschnitt quadratischen Ausnehmung 17? was eine Entrie-
gelung der Hülse durch Drehung und durch Befreiung von der Klemmkraft zwischen der Endplatte und dem Gitter erzeugt. Die Hülsen können dann leicht aus den Ausnehmungen herausgezogen werden, wobei der Abbau der Endplatte leicht durchgeführt werden kann.
Die Brennelemente sind dann erneut zugänglich.
Der Hauptvorteil der Vorrichtung nach der Erfindung besteht in der Herstellung einer Verbindung zwischen den Endplatten und den Brenneletnentbündeln, deren Zusammenbau und Zerlegung ausserordentlich leicht erfolgen, und besteht insbesondere in der Vermeidung von Bearbeitungsvorgängen,' etwa des Schleifens oder Schneidens, beim Zerlegen mit der Gefahr der Verunreinigung der Teile des Brennelementbündels, und auch in der Vermeidung jedes Schweissvorgangs mit der Gefahr derselben Verunreinigungsgefahren.
Andererseits behält das Brennelementbündel eine gewisse Steifheit und Stabilität selbst dann, wenn die Endplatten abgebaut sind.
Im Oberteil der Hülse 7 kann auch eine sechseckige oder quadratische Ausnehmung vorgesehen werden, in die anstelle eines Einschnitts für den Eingriff einer Schraubenzieherklinge ein entsprechend geformter Schlüssel eingreifen kann.
Die Hülse kann gemäss Fig. 5 und 6 rohrförmig hergestellt sein oder im Gegensatz hierzu massive Teile aufweisen, die den Durchtritt der Strömung durch die Endplatte behindern.
Der verformbare Teil der Hülse kann sich an beliebiger Stelle der Hülse befinden oder kann sogar durch ein an der Hülse befestigtes Teil gebildet werden.
Der untere Teil der Hülse kann sehr verschiedenartige Formen aufweisen, da dieser untere Teil in die Öffnungen der End-
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platte und des Gitters eindringen, wobei nach einer Drehung sich die Anlageflächen auf der Innenfläche des Gitters befinden .
Es ist auch möglich, das Gitter mit der oberen oder mit der unteren Verstrebung zu verbinden, d. h. mit der dem oberen oder dem unteren Ende des Brennelementbündels am nächsten gelegenen Zwischenwand, je nachdem, ob es sich um das obere oder um das untere Gitter handelt. Das Gitter kann sogar Teil der oberen oder der unteren Verstrebung sein, wenn die Höhe der Verstrebung vergrössert wird und wenn dort für den Durchtritt der Verriegelungsenden der Hülsen Aussparungen freigelassen werden.
Das Gitter kann insbesondere mit der Zwischenwand durch eine bestimmte Anzahl von es bildenden Bändern oder Platten, insbesondere durch ausserhalb des Gitters angeordnete Platten, verbunden werden.
Die Hülsen 7 und die Gitter 6 sind im allgemeinen aus nichtrostendem Stahl derselben Sorte wie die anderen Teile des Brennelementbündels hergestellt. Die Verwendung anderer z. B. im Hinblick auf ihre interessanten mechanischen Eigenschaften gewählten Materialien ist aber nicht ausgeschlossen. Die Gitter bestehen Jedenfalls vorzugsweise aus einem Material, das dem die Endplatten bildenden Material identisch ist, zur Vermeidung von durch die Wärmedehnung dieser Teile bedingten Problemen.
Schliesslich kann die Verbindung zwischen dem Brennelementbündel und den Endplatten durch Gitter und Hülsen ebenso gut für die obere wie auch für die untere Endplatte der Brennelementbündel oder für alle beiden Endplatten verwendet werden,
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Claims (4)

  1. Patentanwalt»
    DIPL-ING. R. BEEIZSEH. = DIPL-ING. K. IAMPRECHT-- DR.-ING. R. BEETZ JR.
    RECHTSANWALT DIPL-PHYS. DR. JUR. U. HEIDRICH
    DR.-.'f.'G. VV. TlMPE- DIPL-ING. J. SIEGFRIED
    a. DiPL-CHEM. DR. RER. NAT. W. SCHMITT-FUMIAN
    §teinsdorfstraß810 s D=8000 München 22
    31o-29.6o5P(29-.6o6h) 4. Mai 1979
    Ansprüche
    Leicht zerlegbares Brennelementbündel für einen Kernreaktor, mit parallelen Brennstäben, deren Abstand durch Verstrebungen eingehalten wird, die zu den Brennstäben und zu bestimmte Brennstäbe ersetzenden Halterohren für das Brennelementbündel querverlaui'en,
    wobei die Halterohre langer als die Brennelemente sind und zusammen mit quer verlaufenden Endplatten £en starren Aufbau des Ganzen gewährleisten, wobei die Endplatten den Halt der Brennstäbe in Längsrichtung gewährleisten,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Halterohre (5) an wenigstens einem Ende an einem zu den Halterohren (5) querverlaufenden Gitter (6) befestigt sind, das ein Hetz bildet, dessen Maschen (10) in Abmessung und Stellung im wesentlichen den Maschen des Netzes der Brennstäbe derart entsprechen, dass die Brennstäbe durch Längsverschiebung durch die Maschen ("ΙΟ)
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    des Gitters (6) hindurchtreten können,
    dass das Gitter (6) durch zylindrische Hülsen (7) lösbar an der entsprechenden Endplatte (3) befestigt ist, die bezüglich des Gitters (6) zur Aussenseite des Brennelementbündel s hin angeordnet ist, und
    dass die Hülsen (7) in der Endplatte (3) ausgebildete Löcher und bestimmte Haschen (10) des Gitters (G) durchqueren und aufweisen:
    Anlageflächen (16, 18) in Höhe der Aussenflache der Endplatte (3) und der Innenfläche des Gitters (6),
    einen profilierten Teil (20) am äusseren Ende der Hülse (7) für eine Zusammenarbeit mit einem Werkzeug, das die Hülse (7) dreht, zwischen einer Eingriffsstellung, in der sie die Haschen (10) des Gitters (6) frei durchdringen kann, und einer Yerriegelungsstellung, in der die in Höhe der Innenseite des Gitters (6) gelegene Anlagefläche (13) derart mit dem Gitter (G) in Berührung kommt, dass sie das Gitter (6) gegenüber der Endjjlatte (3) festlegt, und
    einen verformbaren Teil (19), der eine Verriegelung der Hülse (7) in Drehrichtung durch Erweiterung des verformbaren Teils (19) in einen oder mehrere Sitze ermöglicht, die in Höhe der Löcher der Endplatte (3) oder der Maschen (10) des Gitters (6) vorgesehen sind.
  2. 2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass die in der Endplatte (3) ausgebildeten Löcher und die Maschen (10) des Gitters (6) einen quadratischen Querschnitt und im wesentlichen identische Abmessungen haben,
    dass der mittlere Teil der Hülse (7) einen kreisförmigen Querschnitt hat mit geringfügig kleinerem Durchmesser als die Seitenlänge des quadratischen Querschnitts der Löcher in der Endplatte (3) und der Maschen (10) des Gitters (6), und
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    dass der untere Teil der Hülse (7), an dem die Anlagefläche (18) in Höhe der Innenfläche des Gitters (6) ausgebildet ist, einen quadratischen Querschnitt hat mit geringfügig kleinerer Seitenlänge als die Seitenlänge des quadratischen Querschnitts der Löcher der Endplatte (3) und der Maschen (10) des Gitters (6).
  3. 3· Brennelementbündel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gitter (6) unzerlegbar mit der Verstrebung (2) verbunden ist, die den mit dem Gitter (6) verbundenen Enden der Halterohre (5) am nächsten gelegen ist.
  4. 4. Brennelementbündel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gitter (6) durch einen Teil der Verstrebung (2) gebildet ist, die den mit dem Gitter (6) verbundenen Enden der Halterohre (5) am nächsten gelegen ist.
    5- Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet,
    dass der verformbare Teil (19) der Hülse (7) sich an einem fest mit ihr verbundenen Teil befindet.
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DE2918052A 1978-05-19 1979-05-04 Brennelementbündel für einen Kernreaktor Expired DE2918052C2 (de)

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