DE3427372A1

DE3427372A1 - Brennelementbuegel fuer einen siedewasserreaktor

Info

Publication number: DE3427372A1
Application number: DE19843427372
Authority: DE
Inventors: Bo Västeraas Borrman; Arne Dipl.-Ing. Surahammar Maansson; Anders Västeraas Wallander
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1983-08-04
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1985-02-21
Anticipated expiration: 2004-07-26
Also published as: FI80963B; DE3427372C2; US4632804A; FI80963C; FI843074A0; SE8304263D0; SE437738B; FI843074A; CH665302A5; SE8304263L

Description

NACHQERSCHT *: -- :".."-"--":- 18.7.198Λ 1 : : :: : : : "r 21 Λ63 P

AB ASEA-ATOM
S-721 83 Västeras/Schweden

Brennelementbündel für einen Siedewasserreaktor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelementbündel für einen Siedewasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein ähnliches Brennelementbündel ist aus der EP-A-0065238 bekannt.
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Das vorgenannte bekannte Brennelementbündel enthält vier Teilbündel mit je einer rechteckigen unteren Gitterplatte und je einer rechteckigen oberen Gitterplatte sowie eine Einlaufhülse mit kreisförmigem Querschnitt, in der ein zentrales Wasserrohr mittels vier radial verlaufender Arme befestigt ist, die an dem Wasserrohr und an der Einlaufhülse festgeschweißt sind. Jede Gitterplatte ruht auf einem entsprechenden, schräggestellten, nach oben gerichteten Flächenabschnitt des Wasserrohres sowie auf zwei nach oben gerichteten, schräggestellten Flächen, die jeweils in ihrem betreffenden, in dem oberen Teil der Einlaufhülse angebrachten axialen Vorsprung angeformt sind.

Bei dem bekannten Brennelementbündel sind die vier Teilbündel in einer noch nicht zufriedenstellenden Weise gelagert. So ist die Sicherheit gegen eine Drehung nicht groß genug, wodurch die Gefahr des Auftretens von Drehschwingungen der' einzelnen Teilbündel besteht. Ferner sind die Stützpunkte derart ungleichmäßig verteilt, daß die Möglichkeit einer Kippbewegung um eine horizontale Achse nicht ausgeschlossen werden kann.

Bei einem Brennelementbündel der eingangs genannten Art verlängern sich nach einer gewissen Betriebsdauer infolge der Neutronenbestrahlung sämtliche Brennstäbe geringfügig. Wenn diese Stabverlängerung bei einem Teilbündel geringer als bei einem der übrigen ist, kann es zu einem Anheben dieses Teilbündels kommen. Bei dem bekannten Brennelementbündel hat ein solches Anheben zur Folge, daß die untere Gitterplatte des angehobenen Teilbündels mehr oder weniger eine Bewegungsfreiheit in horizontaler Richtung erlangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelementbündel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die vorgenannten Nachteile des bekannten Brennelementbündels beseitigt sind und die die Brennstäbe tragende Konstruktion so beschaffen ist, daß das Brennelementbündel einfacher herstellbar ist als das bekannte Brennelementbündel. Zugleich soll eine verstärkte mechanische Verbindung zwischen dem Brennstoffkanal und der Einlaufhülse erreicht werden.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch ein Brennelementbündel gemäß der Erfindung längs der Linie I-I in den Figuren 2 bis 4,
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Fig. 2 bis 4 Schnitte längs der Linie H-II, IH-III bzw. IV-IV in Fig. 1.

In den Figuren bezeichnet 1 die vertikale Mittelachse des Brennelementbündels. Das Brennelementbündel hat einen aus Zircaloy ' bestehenden Brennstoffkanal 2. Ein unterer Endabschnitt 3 des Brennstoffkanals ist mit einer verhältnismäßig großen Wandstärke ausgebildet. Das obere Ende des Brennstoffkanals ist mit zwei Tragösen 3* versehen, mittels derer das gesamte Brennelementbündel hochgehoben werden kann. Der Brennstoffkanal 2 hat über seine gesamte Länge einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wenn man von der Abrundung der Ecken und von mehreren nach innen gerichteten Vorsprüngen 4 absieht, die in die Wände des Brennstoffkanals eingeprägt sind. Der Brennstoffkanal 2 umschließt 64 Brennstäbe 5 und 5'. Die Wände des Brennstoffkanals sind mittels einer hohlen Stützvorrichtung 6 mit kreuzförmigem Querschnitt versteift, die sich zumindest längs der gesamten aktiven Länge der Brennstäbe erstreckt.

Durch die Stützvorrichtung 6 erstreckt sich ein vertikaler, einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisender Kanal 7 für Moderatorwasser. Die Stützvorrichtung 6 hat vier Flügel, wobei jeder Flügel an einer zugehörig Wand des Brennstoffkanals 2 mittels mehrerer Schweißverbxndungen befestigt ist, die jeweils an ihrem zugehörigen Vorsprung angebracht sind und somit gleichmäßig über die Länge des dünnwandigen Abschnittes des Brennstoffkanals verteilt sind. Dazu kommt eine vertikale Schweißnaht, die sich längs eines Teils des dickwandigen Kanalabschnittes erstreckt. Die Stützvorrichtung 6 unterteilt den Brennstoffkanal 2 in vier Teilkanäle 8, von denen jeder ein Teilbündel umschließt, das 1/4 oder alternativ ca. 1/4 der Gesamtzahl der Brennstäbe enthält. Jedes Teilbündel hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, d.h. ein gedachtes, um das Bündel gewickeltes Band bildet im wesentlichen ein Rechteck. In jedem Bündel

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werden die Brennatäbe im Verhältnis zueinander mittels mehrerer in Abständen vertikal hintereinander angeordneter Abstandshalter 9 sowie einer oberen Gitterplatte 10 und einer unteren, die Brennstäbe des Teilbündels tragenden Gitterplatte 11 positioniert.

Bei dem eben beschriebenen bekannten Brennelementbündel ist die Mehrzahl der Brennstäbe jedes Teilbündels in der unteren Gitterplatte mit Bewegungsfreiheit in Richtung vertikal nach oben angeordnet, während mindestens ein Brennstab in jedem Bündel als tragender Brennstab 5'ausgebildet ist, der zusammen mit einer oberen Mutter 22 und einer unteren Mutter 23 eine lösbare, zugkraftübertragende Verbindung zwischen der oberen Gitterplatte 10 und der unteren Gitterplatte 11 des Teilbündels bildet. Die vier Teilbündel sind untereinander mittels einer gemeinsamen oberen Gitterplatte 12 posioniert, die in dem Brennstoffkanal 2 über der Stützvorrichtung 6 angebracht ist. Jede obere Gitterplatte 10 ist abnehmbar an der gemeinsamen oberen Gitterplatte 12 mittels einer ihr zugeordneten Stützvorrichtung befestigt, die sich zum Anheben des Teilbündels mit zugehöriger unterer Gitterplatte 11 und der zugehörigen oberen Gitterplatte 10 eignet. Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der letztgenannten Verbindungs-Vorrichtung um einen Schraubbolzen 13» der durch ein Loch in der gemeinsamen oberen Gitterplatte 12 geführt und in der oberen Gitterplatte 10 des Bündels festgeschraubt ist. Die gemeinsame obere Gitterplatte 12 ist mit einem Griff 14· versehen, mit dessen Hilfe sämtliche Teilbündelin einem einzigen Hebevorgang aus dem Brennstoffkanal herausgehoben werden können.

Der Brennstoffkanal 2 wird von einer Einlaufhülse 15 aus rostfreiem Stahl getragen, die unten eine Einlauföffnung 16 für Kühlwasser und Moderatorwasser hat. Die Einlaufhülse hat einen unteren Abschnitt, der sich über einen größeren Teil

NACHQBREIOHT

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der gesamten vertikalen Länge der Einlaufhülse erstreckt und der an allen Stellen einen inneren und äußeren kreisförmigen Querschnitt hat. Ferner hat die Einlaufhülse einen oberen, hohlzylindrischen, mit im wesentlichen konstanter Wandstärke ausgebildeten Abschnitt 17, dessen äußerer Umfang rechteckig mit abgerundeten Ecken und praktisch gleich dem inneren Umfang des unteren Abschnittes 3 des Brennstoffkanals ist. Der obere Hülsenabschnitt 17 ist in den unteren, dickwandigen Abschnitt 3 des Brennstoffkanals eingeführt. Eine im wesentlichen zylindrische Tragplatte 18 aus rostfreiem Stahl und mit im wesentlichen rechteckiger äußerer Querschnittsform ist ohne nennenswertes Spiel zum größeren Teil in dem oberen Hülsenabschnitt 17 eingeführt.

Die Tragplatte 18 hat einen Flansch 18', wobei eine nach unten gerichtete ringförmige und im wesentlichen rechteckige Fläche des Flansches 18'an der nach oben gerichteten, ringförmigen Stirnfläche der Einlaufhülse 15 anliegt. Ferner ist die Tragplatte 18 mit vier durchgehenden, in je einem Quadranten angeordneten Löchern 19 versehen. Zumindest in einem oberen Abschnitt der Tragplatte bildet die jedes Loch begrenzende Fläche die geschlossene Mantelfläche eines vertikal gerichteten Zylinders mit einem unrunden, vorzugsweise etwa rechteckigen Querschnitt. Diese Zylinderfläche dient als Führung für eine entsprechende Gitterplatte 11. Jedes Loch 19 kann ohne nennenswertes Spiel einen zylindrischen unteren Abschnitt dieser Gitterplatte 11 aufnehmen. Dieser Abschnitt der Gitterplatte 11 hat vertikal Wandflächen, die entlang eines überwiegenden Teils ihrer Höhe derart mehr oder weniger formschlüssig an der zylindrischen Führungsfläche des Loches 19 anliegen, daß keine nennenswerte Drehfreiheit oder horizontale Bewegungsfreiheit der Gitterplatte 11 im Verhältnis zu der Tragplatte 18 vorhanden ist.

NACHGEREIOHT _ Z I I : : ' - ^: ^

Auch wenn ein kleines Anheben eines Teilbündels wegen der eingangs genannten, durch Strahlung verursachten Brennstabverlängerung auftreten sollte, so würde die Hebehöhe bei dem erfindungsgemäßen Brennelementbündel wenigstens 10 % der maximalen Höhe der unteren Gitterplatte betragen können, ohne daß hierdurch die obengenannten Bewegungsfreiheiten nennenswert vergrößert würden.

Die untere Gitterplatte 11 enthält außer dem vorgenannten unteren Abschnitt einen mit größerem und im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgeführten oberen Abschnitt, der eine nach unten gerichtete ringförmige und im wesentlichen rechteckige Anlagefläche hat, die an einer nach oben gerichteten, an dem Flansch 18' vorhandenen Tragfläche anliegt.

An jeder der vier Seiten des Brennstoffkanals 2 ist ein Schraubbolzen 20 durch ein Loch in dem dickwandigen Kanalabschnitt 3 und durch ein Loch in der Wand der Einlaufhülse geführt und in ein Gewindeloch in der Tragplatte 18 geschraubt, wodurch die Bauteile 1, 3 und 15 im Verhältnis zueinander fixiert sind.

Die Tragplatte 18 ist mit einem durchgehenden Gewindeloch versehen, in dem ein Wasserrohr 21 für die Zufuhr von Moderatorwasser zum Kanal 7 festgeschraubt ist.

Claims

NACi ΟΠΠΞΙΟΗ

18.7.1984 6

9 21 463 P

Patentansprüche 3 A 2 7 3 7 2

Brennelementbündel für einen Siedewasserreaktor mit einer Vielzahl vertikaler Brennstäbe (5), mit einem mit vertikaler Mittelachse (1) und im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgeführten Brennstoffkanal (2), der die Brennstäbe umschließt, mit einer an einem unteren Endabschnitt des Brennstoffkanals befestigten Einlaufhülse (15)» die eine EinlaufÖffnung für Kühlwasser hat, mit einer von der Einlaufhülse getragenen Tragvorrichtung für die Brennstäbe, wobei der Brennstoffkanal (2) mittels einer hohlen sich mindestens über die aktive Länge der Brennstäbe erstreckenden und an dem Brennstoffkanal befestigten Stützvorrichtung (6) mit kreuzförmigem Querschnitt in vier Teilkanäle (8) aufgeteilt ist, von denen jeder ein Teilbündel umschließt, das ca. 1/4. der Gesamtzahl der Brennstäbe des Brennelementbündel umfaßt, wobei jedes Teilbündel eine untere Gitterplatte (11) und eine obere Gitterplatte (10) sowie Mittel (22, 23) zur Herstellung einer zugkraftübertragenden Verbindung zwischen der unteren Gitterplatte (11) und der oberen Gitterplatte (10) sowie mehrere axial hintereinander angeordnete Abstandshalter (9) enthält, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung eine horizontale, mit im wesentlichen rechteckigem Umfang ausgebildete Tragplatte (18) enthält, die in die Einlaufhülse (15) eingeführt ist und mit vier in je einem Quadranten der Tragplatte (18) vorhandenen durchgehenden Löchern (19) versehen ist, daß jede untere Gitterplatte (11) einen oberen Abschnitt mit einer nach unten gerichteten, auf der Tragplatte (18) ruhenden Anlagefläche (24.) hat, daß jede untere Gitterplatte (11) einen unrunden unteren Abschnitt hat, der von einem unrunden Führungsteil des Tragplattenloches (19) umgeben ist, daß das genannte Führungsteil von einer ersten vertikalen Zylinderfläche begrenzt ist, daß der genannte unrunde untere Abschnitt der unteren Gitterplatte zum größten Teil durch eine zweite vertikale Zylinderfläche 35

NACHQEREICHT

18.7.1984

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begrenzt ist und daß die genannten Zylinderflächen derart einander angepaßt sind, daß keine nennenswerte Drehfreiheit oder horizontale Bewegungsfreiheit der unteren Gitterplatte im Verhältnis zur Tragplatte (18) vorliegt.
2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffkanal (2) einen unteren, integrierten Abschnitt (3) hat, der eine größere Wanddicke als die übrigen Abschnitte des Brennstoffkanals hat und so bemessen ist, daß er ohne nenneswertes Spiel einen oberen im wesentlichen rechteckigen Abschnitt (17) der Einlaufhülse (15) umschließt, wobei der genannte untere Abschnitt des Brennstoffkanals, die Einlaufhülse und die Tragplatte (18) mittels mehrerer horizontal gerichteter in die Tragplatte eingeschraubter Schraubbolzen miteinander fixiert sind.
3. Brennelementbündel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte ein durchgehendes vertikales Loch hat, in dem ein an dem unteren Ende der Einlaufhülse mündendes Wasserrohr (21) befestigt ist, das an seinem oberen Ende hydraulisch mit einem vertikal durch die genannte Stützvorrichtung verlaufenden Kanal (7) für Moderatorwasser verbunden ist.