DE3303005C2 - - Google Patents

Description

Steuerstab für Kernreaktoren, der im Querschnitt kreuzförmig ist.

Die Erfindung betrifft einen Steuerstab für Kernreaktoren, der im Querschnitt kreuzförmig ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Steuerstäbe sind beispielsweise aus den US-PSen 30 48 532 und 32 64 192 bekannt.

Bei bestimmten Arten von Kernreaktoren, deren Leistung mit Hilfe von derartigen in den Reaktorkern einfahrbaren Steuerstäben geregelt wird, ist es von großer Bedeutung, daß die Steu­ erstabkanäle zwischen den Brennelementbündeln im Kern so schmal wie möglich gemacht werden können. Die Breite dieser Kanäle wird seinerseits von der Dicke der Absorberflügel und andererseits dadurch bestimmt, daß zwischen den Absorberflügeln und den Wänden des Kanals ein gewisses Spiel vorhanden sein muß. Dieses Spiel ist notwendig, damit sich die Steuerstäbe infolge einer Eigenverformung oder einer Verformung der Brennelementkanäle oder aus anderen Gründen nicht im Kanal festklemmen. Wenn der Steuerstab sehr biegesteif ist, kann es notwendig sein, die Kanäle erheblich breiter zu bemessen, als dies durch die Dicke der Absorberflügel an sich notwendig wäre. Dies hat eine schlechtere Ausnutzung des Brennstoffes zur Folge.

Man ist daher bestrebt, das genannte Spiel möglichst klein zu halten.

Aus der US-PS 30 48 532 ist ein Kernreaktor mit kreuzförmigen Steuerstäben bekannt. Am unteren Ende der Steuerstäbe schließen sich sogenannte Folgestäbe an, die ebenfalls kreuzförmig ausgebildet sind und die bei herausgezogenem Steuerstab den kreuzförmigen Steuerstabkanal ausfüllen, um eine zu große Durchflußmenge durch den anderenfalls leeren Kanal zu verhindern. Da die Steuerstäbe häufiger erneuert werden müssen als die Folgestäbe, sind Steuerstab und Folgestab zur Vereinfachung des Austausches mit einer lösbaren mechanischen Verbindung versehen. Diese Verbindung besteht darin, daß am unteren Ende des Steuerstabes im zentralen Bereich eine kreuzförmige und in Längsrichtung T-förmige Verlängerung angebracht ist, die in radialer Richtung relativ kurz ist. Im Folgestab ist eine entsprechende Ausnehmung vorgesehen, so daß der Steuerstab relativ gegen den Folgestab derart bewegt werden kann, daß die Verlängerung des Steuerstabes in die Ausnehmung des Folgestabes eingreift und durch Drehen dann, ähnlich wie bei einem Bajonettverschluß, beide Stäbe in gleiche Winkellage ihrer Flügel gebracht und dabei miteinander verriegelt werden. Gegen ein ungewolltes Herausdrehen aus dieser Lage ist eine Sicherung vorgesehen.

Aus der US-PS 32 64 192 ist ein Siedewasserreaktor bekannt, der kreuzförmige Steuerstäbe enthält, deren oberer Teil aus einem stark-neutronenabsorbierenden Material besteht, während der untere Teil aus einem schwach­ neutronenabsorbierenden Material besteht. Diese beiden Materialien haben sehr unterschiedliche thermische Aus­ dehnungskoeffizienten. Die beiden aneinander grenzenden kreuzförmigen Stirnseiten der beiden Stabteile werden derart miteinander verbunden, daß die unterschiedlichen thermischen Längenänderungen problemlos aufgenommen werden können. Zu diesem Zweck ist das obere Stabteil an seinem unteren Ende an der kreuzförmigen Stirnseite mit einer parallel zu den Flügeln verlaufenden Nut versehen, während das obere Ende des unteren Teils an der kreuzförmigen Stirnseite mit her­ vorstehenden Stegen versehen ist, die in die Nuten des oberen Teils passen. Beide Teile werden durch ein im zentralen Kanal des kreuzförmigen Steuerstabes angeordnetes Zugelement zusammengehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerstab der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem mit relativ einfachen Mitteln eine in Längsrichtung des Stabes möglichst gleichmäßig verteilte Flexiblilität geschaffen wird, ohne daß der Steuerstab zu biegeweich wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Steuerstab gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung werden höchstens zwei Nuten an derselben Stelle in Längsrichtung des Steuerstabes angeordnet, wodurch man gleichzeitig eine geeignete Flexibilität und Steifheit im Steuerstab erhält. Die Bemessung und Einstellung der Flexibilität des Steuerstabes erfolgt dadurch, das die Flügelelemente in ihrem an der Mittelachse des Stabes an­ grenzenden Teil mit Aussparungen versehen sind. Durch die Bemessung der Länge dieser Aussparungen längs der Mittelachse des Stabes kann die Flexibilität des Steuerstabes erhöht (lange Aussparung) oder verkleinert (kurze Aussparung) werden.

Um eine in Längsrichtung des Steuerstabes möglichst gleichmäßig verteilte Flexibilität zu erreichen, sind die verschiedenen Ebenen liegenden Nuten in Längsrichtung des Steuerstabes um etwa eine halbe Elementenlänge gegeneinander versetzt. Dadurch werden die Abstände zwischen Punkten, in denen zwei in der gleichen Ebene liegende Nuten die Mittelachse treffen, wobei diese Ebenen jedoch von Punkt zu Punkt verschieden sind, längs des ganzen Steuerstabes im wesentlichen gleich groß.

Eine gewisse Versteifung des Steuerstabes kann dadurch erreicht werden, daß die Breite der Nuten durch in den Nuten angeordnete Distanzstücke reduziert wird. Wird die Versteifung zu groß, so kann sie leicht dadurch reduziert werden, daß die Höhe der Distanzstücke verkleinert wird.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen achsparallelen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 durch ein Ausführungsbeispiel eines Steuerstabes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Steuerstab gemäß Fig. 1 längs eines Schnittes B-B in Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuerstabes gemäß der Erfindung in gleicher Darstellung wie Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 einen Teil eines flexiblen Steuerstabes, der an seinem unteren Ende mit einem nicht gezeigten Steuerstabschaft zur Verbindung mit einer ebenfalls nicht gezeigten Antriebsvorrichtung versehen ist. Der Steuerstab besteht aus vier Absorberflügel 2, 3, 4 und 5, die längs einer Mittelachse 6 kreuzförmig miteinander verbunden sind. Jeder Flügel ist durch Nuten 7, die im wesentlichen senkrecht zur Achse 6 verlaufen, in Flügelelemente 8a, b, c und d unterteilt.

Gemäß der Erfindung liegen die Flügelelemente 8a und b in derselben Ebene und in gleicher Höhe, so daß die Nuten 7 zwischen den Elementen in einer Linie liegen. Entsprechend liegen die Flügelelemente 8c und d in derselben Ebene und in gleicher Höhe, jedoch im Verhältnis zu den Elementen 8a und 8b in Richtung der Mittelachse versetzt. Die Flexibilität des Steuerstabes wird dadurch vergrößert, daß die Elemente 8 dort, wo sie an die Mittelachse 6 grenzen, mit Aussparungen 9 versehen sind. Diese Aussparungen werden vorzugsweise so angeordnet, daß sie die Nuten 7 in einer senkrecht zu diesen liegenden Flügelebene überbrücken. Zwischen den Aussparungen 9 sind die Flügelelemente 8 längs der Mittelachse 6 miteinander verbunden. Auf diese Weise erhält der Steuerstab im Bereich der Nuten 7 Verformungszonen, die sich in Längsrichtung des Steuer­ stabes etwa über die Länge der die Nuten überbrückenden Aussparungen 9 erstrecken. An diesen Stellen ist der Steuerstab in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 6 sehr biegeweich.

Um eine möglichst gleichmäßig verteilte Biegbarkeit im Steuerstab zu erhalten, beträgt die Versetzungslänge zwischen den in einer Ebene liegenden Flügelelementen 8a und 8b und den in einer anderen Ebene liegenden Flügelelementen 8c und 8d vorzugsweise eine halbe Elementenlänge.

Fig. 3 zeigt, wie die Flexibilität des Steuerstabes verändert werden kann, indem man in den Nuten 7 Distanzstücke 10 vorsieht, die im ungebogenen Zustand einen schmalen Spalt zwischen sich bilden. Beim Beginn des Steuerstabes kommen die Distanzstücke 10 zweier benachbarter Flügel­ elemente in Berührung, was zu einer Zugbeanspruchung in dem biegenden Flügelelement 8 führt. Hierdurch tritt im Augenblick der gegenseitigen Berührung der Distanzstücke 10 eine Versteifung des Steuerstabes ein (Vergrößerung des für die Biegesteifigkeit bestimmenden Flächenträgheitsmomentes).

Claims (4)

1. Steuerstab für Kernreaktoren, der im Querschnitt kreuzförmig ist und vier langgestreckte jeweils paarweise in zwei verschiedenen Ebenen liegende Absorberflügel auweist, die über eine ihrer langen Kanten längs der Stabachse miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Absorberflügel durch Nuten (7), die im wesentlichen senkrecht zur Stabachse (6) verlaufen, in eine Anzahl Flügelelemente (8) unterteilt ist, daß die Nuten (7) der in einer Ebene liegenden Absorberflügel jeweils in einer Linie liegen, daß die in der einen Ebene liegenden Nuten (7) in Längsrichtung des Steuerstabes gegen die in der anderen Ebene liegenden Nuten (7) versetzt angeordnet sind und daß die Flügelelemente (8) an ihrem an die Stabachse (6) angrenzenden Teil mit Aussparungen (9) versehen sind.

2. Steuerstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (9) in Längsrichtung des Stabes in der Höhe der Nuten angeordnet sind.

3. Steuerstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Breite der Nuten (7) in der Nähe der Stabachse (6) durch in den Nuten (7) angeordnete Distanzstücke (10) reduziert ist.

4. Steuerstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte gegenseitige Versetzung der in verschiedenen Ebenen liegenden Nuten (7) ungefähr eine halbe Länge der Flügelelemente beträgt.