DE68910221T2

DE68910221T2 - Wiederzusammenbaubare Regelstabeinheit mit entfernbaren Regelstäben.

Info

Publication number: DE68910221T2
Application number: DE68910221T
Authority: DE
Inventors: Robert Kenneth Gjertsen; Ronald Paul Knott; James Alan Sparrow
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1988-08-17
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2009-08-04
Also published as: EP0355004B1; EP0355004A3; KR900003904A; US4888151A; JP2692763B2; DE68910221D1; ES2045295T3; EP0355004A2; JPH0282192A

Description

Die Vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kernreaktoren und insbesondere auf eine wiederzusammenbaubare Steurrstabtragarmbaugruppe.
Der Reaktorkern eines typischen Kernreaktors, beispielsweise der Druckwasserbauart, enthält eine Vielzahl Von Brennelementen, die jeweils aus einem Kopf- und einem Fußstück, länglichen Führungsrohren, die mit gegenseitigen Querabstand in Längsrichtung zwischen den Kopf- und Fußstücken verlaufen und mit ihren beiderseitigen Enden daran befestigt sind, querverlaufenden Haltegittern, die mit Axialabständen entlang der Führungsrohre angeordnet und an diesen befestigt sind, und einer Vielzahl von länglichen Brennstäben, die mit gegenseitigen Querabständen Voneinander und von den Führungsrohren angeordnet sind und durch die Quergitter zwischen Kopf und Fußstück abgestützt sind. Die Brennstäbe enthalten spaltbares Material und sind in einer Anordnung miteinander gruppiert, die so organisiert ist, daß ein ausreichender Neutronenfluß im Reaktorkern Stattfindet, um eine hohe Kernspaltrate und folglich die Freisetzung einer großen Menge Energie in Form von Wärme aufrechtzuerhalten. Während des Reaktorbetriebs wird ein flüssiges Kühlmittel nach oben durch den Reaktorkern gepumpt, um die darin erzeugte Wärme zur Erzeugung von Nutzarbeit abzuführen.
Da das Maß der Wärmeerzeugung im Reaktorkern proportional zur Kernspaltrate ist und diese wiederum durch den Neutronenfluß im Reaktorkern bestimmt wird, erfolgt die Steuerung der Wärmeerzeugung beim Anfahren, während des Betriebs und beim Abschalten des Reaktors durch Veränderung des Neutronenflusses. Dies geschieht grundsätzlich durch Absorbieren von Überschußneutronen durch den Einsatz von Steuerstäben, die neutronenabsorbierendes Material enthalten. Die Führungsrohre bilden nicht nur tragende Elemente des Brennelements, sondern dienen auch als Kanäle zum Einführen der Steuerstäbe in den Reaktorkern. Der Neutronenflußpegel und folglich die Wärmeabgabe des Reaktorkerns werden normalerweise durch Verschieben der Steuerstäbe in die Führungsrohre hinein und aus diesen heraus geregelt.
Eine übliche Anordnung unter Verwendung von Steuerstäben im Zusammenhang mit einem Brennelement ist im US-Patent 4 326 919 gezeigt welches eine Steuerstabtragarmbaugruppe mit einer Tragarmkonstruktion und einer Mehrzahl von daran gehalterten Steuerstäben beschreibt. Die Tragarmkonstruktion ist mit einem Steuerstabantriebsmechanismus zum (bekanntermaßen schrittweise erfolgenden) Absenken und Anheben der Steuerstäbe in die hohlen Führungsrohre des Brennelements bzw. aus diesen verbunden. Typischerweise besteht ein Steuerstab der in einer solchen Anordnung verwendeten Bauart aus einem länglichen metallenen Hüllrohr, daß neutronenabsorbierendes Material enthält und an seinen beiden Enden mittels Endstopfen Verschlossen ist.
Die Tragarmkonstruktion weist typischerweise eine mittige Nabe und daran mit Umfangsabständen angeordnete und radial wegragende Arme auf. Die Arme sind flache Metallplatten, die hochkant angeordnet sind und mit ihren inneren Enden mit der mittigen Nabe verbunden sind, und sie weisen daran angeordnete hohlzylindrische Steuerstabaufnehmende Finger auf. Typischerweise weist der obere Endstopfen jedes Steuerstabs ein mit Gewinde versehenes äußeres Ende auf, das in eine Bohrung im unteren Teil eines der Finger der Tragarmkonstruktion eingesetzt und in einer Gewindebohrung innerhalb des Fingers am inneren Ende der Bohrung einschraubbar ist. Der so in die Gewindebohrung eingeschraubte Endstopfen ist mittels eines Keils oder eines Stiftes lagegesichert, der in seitliche Öffnungen des Fingers und des Endstopfens eingesetzt und darin eingeschweißt ist. Diese Bauart einer Steuerstabtragarmbaugruppe ist nicht wieder zusammenbaubar, d.h. sie kann nicht ohne weiteres zerlegt werden, um verschlissene oder beschädigte Bauteile zu ersetzen; stattdessen muß die gesamte Baugruppe weggeworfen werden.
In vielen älteren Kernreaktoranlagen gehen die Steuerstäbe dem Ende ihrer vorgesehenen Standzeit entgegen. Des weiteren erfahren die Steuerstäbe in mehreren neueren Anlagen mit modifizierten Reaktoreinbauten einen beschleunigten Verschleiß. In den meisten Fällen tritt Verschleiß über örtlichen Bereichen der Hüllrohre einiger, aber nicht sämtlicher Steuerstäbe einer gegebenen Steuerstabtragarmbaugruppe auf, der vermutlich durch kühlmittelströmungsinduzierte Schwingungen verursacht wird. Die Schwere des Hüllrohrverschleißes hängt von der Bauart der Kernkraftanlage und der Auslegung der Einbauten ab, und tritt typischerweise nur an einer begrenzten Anzahl von Steuerstäben einer gegebenen Baugruppe auf. Folglich besteht ein wachsendes Interesse und ein Bedarf daran, wieder zusammenbaubare Steuerstabtragarmbaugruppen vorzusehen, bei welchen wahlweise einzelne Steuerstäbe, die vorzeitig verschlissen oder beschädigt sind, ausgebaut und ersetzt werden können.
Eine Tragarmbaugruppe, die das Abnehmen eines Steuerstabs von der Tragarmkonstruktion durch Abtrennen oder Abschneiden seines eingeschraubten oberen Endes zusammen mit dem damit zusammenwirkenden Befestigungsorgan ermöglicht, ist in der EP-A-249 544 beschrieben. Im US-Patent 4 711 756 ist eine andere Tragarmbaugruppe beschrieben, die das Abnehmen eines Steuerstabs von einem Tragstern durch Entfernen einer Stellschraube und anschließendes Ausschrauben des oberen Endstopfens des Steuerstabs von einer Tragstange zu ermöglichen scheint, die an einem Tragarmfinger montiert ist. Weiter beschreiben die US-Patente 4 314 885 und 4 381 283 Tragarmbaugruppen, die das Abnehmen eines Steuerstabs von der Tragarmkonstruktion durch zerstörendes Verformen eines Sicherungselements ermöglichen, das zur Sicherung des oberen Endes des Steuerstabs an der Tragarmkonstruktion dient.
Es ist das Hauptziel der Erfindung, eine verbesserte Befestigungsverbindung zu schaffen, die das Befestigen und spätere Abnehmen eines Steuerstabs an bzw. von einem Tragarm oder einer ähnlichen Tragkonstruktion in verhältnismäßig einfacher und schneller Weise und ohne Schneiden oder eine zerstörende Verformung ermöglicht.
Demgemäß besteht die Erfindung in einer Steuerstabbaugruppe zum Einsatz bei einem Kernbrennelement, mit einer Tragkonstruktion, mindestens einem Steuerstab, und einer den Steuerstab in lösbarer Weise an einem Verbindungsteil der Tragkonstruktion befestigenden Befestigungsverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsverbindung einen länglichen Steuerstabendstopfen mit zwei gesonderten Stopfenteilen aufweist, von denen eines fest an dem Verbindungsteil der Tragkonstruktion befestigt ist, und von denen das andere fest am Steuerstab befestigt ist, daß weiter die gesonderten Stopfenteile lösbar miteinander verbunden sind und Sperrmittel aufweisen, um einer relativen Trennbewegung der beiden Stopfenteile mit Bezug zueinander Widerstand entgegenzusetzen, und daß die Sperrmittel durch Anwendung einer zur Überwindung des Widerstands dieser Sperrmittel ausreichenden Kraft auf den Steuerstab oder das daran befestigte andere Stopfenteil überwindbar sind.
Vorzugsweise sind die beiden Stopfenteile, die jeweils ein einheitliches Bauteil darstellen, miteinander verschraubt, und der eine Stopfenteil weist einen unteren Abschnitt mit daran gebildetem Außengewinde und der andere Stopfenteil ein Mittelsegment mit daran gebildetem Innengewinde auf, wobei der untere Abschnitt des einen Stopfenteils in das Mittelsegment des anderen Stopfenteils hineinragt und in diesen einschraubbar ist. Außerdem ist vorzugsweise an dem einen Stopfenteil außen eine Ringschulter angeformt, und am anderen Stopfenteil ist innen ein Ringabsatz gebildet, wobei die Ringschulter und der Absatz unter Vorspannung aneinander anliegen, wenn die beiden Stopfenteile vollständig miteinander verbunden sind.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Sperrmittel zum Sperren einer Trennung der Stopfenteile komplementär ineinandergreifende Mittel auf, welche die Form von außen und an umfangsmäßig mit Abständen angeordneten Stellen gebildeten Flachflächen an einem Mittelbereich des einen Stopfenteils und eine an einem oberen Abschnitt des anderen Stopfenteils gebildete hohle und verhältnismäßig dünnwandige Muffe haben, die über die Flachflächen des einen Stopfenteils greifen kann und in Eingriffsanlage mit diesen Flachflächen deformierbar ist. Bei einer alternativen Anordnung weisen die Sperrmittel ein radial flexibles und dehnbares Gewindeelement auf, vorzugsweise ein Schraubenwendeleinsatz, der in reibschlüssiger Anlage zwischen den genannten Außen- und Innengewinden eingelegt wird, die am einen bzw. anderen Stopfenteil gebildet sind. Bei dieser Anordnung sind der Mittelabschnitt des einen Stopfenteils und der obere Abschnitt des anderen Stopfenteils, wie bei der erstgenannten Ausführungsform die Flachflächen bzw. die dünnwandige Hülse aufweisen, statt dessen zylindrisch und wirken im Sinne der Bildung einer Schiebesitzverbindung miteinander zusammen.
Bei beiden Anordnungen verhindern die Sperrmittel, daß die beiden Stopfenteile sich während des Reaktorbetriebs voneinander lösen, und sie sind einfach dadurch überwindbar, daß auf den Steuerstab bzw. den daran befestigten anderen Stopfenteil ein ausreichendes Drehmoment ausgeübt wird, damit die dünnwandige Hülse der erstgenannten Ausführungsform nachgibt und ihre ursprüngliche unverformte und nichtgreifende Gestalt einnimmt, oder damit bei der alternativen Ausführungsform der Reibwiderstand überwunden wird, der einer Ausschraubdrehung durch das radial flexible und dehnbare Gewindeelement entgegengesetzt wird.
Der Steuerstab kann, nachdem er einmal abmontiert worden ist, wieder angebracht oder gewünschtenfalls durch einen anderen Steuerstab ersetzt werden, an dem ein Stopfenteil entsprechend dem oben erwähnten anderen Stopfenteil befestigt ist, indem einfach sein Stopfenteil bzw. der Stopfenteil des Ersatzsteuerstabs mit dem immer noch an der Tragkonstruktion befestigten einen Stopfenteil verbunden wird, und, wenn das Sperrmittel der erstgenannten Bauart angehört, durch Verformen der dünnwandigen Muffe beispielsweise durch Quetschen oder Stauchen in Eingriffsanlage mit den Flachflächen des einen Stopfenteils verformt wird. Natürlich ist keine derartige Verformungsmaßnahme notwendig, wenn das Sperrmittel ein radial flexibles und dehnbares Gewindeelement ist, da das letztere automatisch wirksam wird, um ein Lösen der verbundenen Stopfenteile zu verhindern.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend lediglich beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines üblichen Brennelements mit der Klarheit halber teilweise aufgeschnittenen und abgebrochenen Teilen,
Fig. 2 eine Draufsicht einer herkömmlichen Steuerstab-Tragarmbaugruppe, wie sie bisher bei Brennelementen der in Fig. 1 gezeigten Art eingesetzt wird,
Fig. 3 eine Ansicht der Tragarmbaugruppe nach Fig. 2 gemäß der Linie 3-3 mit teilweise geschnittenen Teilen,
Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht der Tragarmkonstruktion der in Fig. 3 gezeigten Baugruppe mit teilweise geschnittenen und abgebrochenen Teilen,
Fig. 5 eine Querschnittsteilansicht eines Arms und eines Steuerstabverbindungsfingers der Tragarmkonstruktion nach Fig. 4 längs der Linie 5-5,
Fig. 6 einen Querschnitt des Verbindungsfingers längs der Linie 6-6 in Fig. 4,
Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht eines Steuerstabs mit einem herkömmlichen oberen Endstopfen, wie er bei der Tragarmbaugruppe nach Fig. 3 verwendet wird,
Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht mit teilweise geschnittenen und abgebrochenen Teilen, welche den Steuerstab nach Fig. 7 in herkömmlicher Verbindung mit der Tragarmkonstruktion nach Fig. 4 zeigt,
Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 8,
Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 8, die jedoch einen Steuerstab mit einem oberen Endstopfen nach der Erfindung zeigt,
Fig. 11 eine auseinandergezogene Darstellung des in Fig. 10 gezeigten Endstopfens in geringfügig kleinerem Maßstab,
Fig. 12 eine vergrößerte Untersicht eines oberen Stopfenteils des Endstopfens längs der Linie 12-12 in Fig. 11 gesehen,
Fig. 13 eine vergrößerte Draufsicht eines unteren Stopfenteils des Endstopfens längs der Linie 13-13 in Fig. 11 gesehen,
Fig. 14 eine vergrößerte Seitenteilansicht des oberen Stopfenteils des Endstopfens nach Fig. 11,
Fig. 15 einen vergrößerten Teillängsschnitt des unteren Stopfenteils des Endstopfens nach Fig. 11,
Fig. 16 eine vergrößerte Seitenteilansicht, die teilweise im Längsschnitt die miteinander verbundenen oberen und unteren Stopfenteile zeigt,
Fig. 17 eine Darstellung ähnlich Fig. 10 einer Abwandlung des oberen Endstopfens nach der Erfindung,
Fig. 18 eine Darstellung ähnlich Fig. 11 des abgewandelten Endstopfens,
Fig. 19 eine Darstellung ähnlich Fig. 14, jedoch des oberen Stopfenteils des abgewandelten Endstopffens,
Fig. 20 eine Darstellung ähnlich Fig. 15, jedoch des unteren Stopfenteils des abgewandelten Endstopfens,
Fig. 21 eine Darstellung ähnlich Fig. 16, die jedoch die miteinander verbundenen oberen und unteren Stopfenteile des abgewandelten Endstopfens zeigt,
Fig. 22 eine vergrößerte Seitenansicht eines radial flexiblen und dehnbaren Gewindeelements in dem abgewandelten Endstopfen nach Fig. 21, und
Fig. 23 eine Teildraufsicht längs der Linie 23-23 in Fig. 22.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in sämtlichen Darstellungen, und Ausdrücke wie "vorwärts", "rückwärts", "links", "rechts", "aufwärts", "abwärts", und dgl. sind lediglich erläuterungshalber gewählt und nicht in einschränkendem Sinne zu verstehen.
Es wird nunmehr auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen, und das dort in vertikal verkürzter Form dargestellte und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehene Brennelement hat die üblicherweise in Druckwasserreaktoren (PWR) verwendete Form. Grundsätzlich besteht es aus einem unteren Endstück bzw. Fußstück 12 zum Abstützen des Brennelements auf der unteren Kerntragplatte (nicht dargestellt) im Kernbereich eines Reaktors (nicht dargestellt), längsverlaufenden Führungsrohren 14, die vom Fußstück 12 nach oben verlaufen, mit axialen Abständen entlang der Führungsrohre 14 angeordneten Quergittern 16, einer organisierten Anordnung länglicher Brennstäbe 18, die von den Gittern 16 mit gegenseitigen Querabständen gehalten werden, einem in der Mitte des Brennelements verlaufenden Instrurrentierungsrohrs 20, und einem oberen Endstück bzw. Kopfstück 22, das abnehmbar an den oberen Enden der Führungsrohre 14 befestigt ist, um eine integrale Einheit zu bilden, die in zweckmäßigerweise ohne Beschädigungsgefahr handhabbar ist. Jeder Brennstab 18 enthält Brennstofftabletten 24 aus spaltbarem Material und ist an seinen beiderseitigen Enden mittels oberer und unterer Endstopfen 26, 28 hermetisch abgeschlossen. Gewöhnlich ist zwischen dem oberen Endstopfen 26 und den Brennstofftabletten 24 eine Feder 30 angeordnet, um die Tabletten fest gepackt zu halten.
Um nun auf die Fig. 2 und 3 zu kommen, die darin gezeigte herkömmliche Steuerstab-Tragarmbaugruppe, die allgemein mit 32 bzeichnet ist, weist eine Tragarmkonstruktion 36 und daran gehalterte Steuerstäbe 34 auf, deren Anordnungsmuster demjenigen der Führungsrohre 14 entspricht, so daß die Steuerstäbe durch das Kopfstück 22 (Fig. 1) nach unten in die Führungsrohre 14 des PWR-Brennelements 10 einführbar sind. Die Tragarmkonstruktion 36 ist mit einem Steuermechanismus (nicht dargestellt) verbunden, der in bekannter Weise betätigbar ist, um die Steuerstäbe 34 im Sinne der Regulierung der Reaktorkernleistung zu verschieben.
Jeder Steuerstab 34 der Tragarmbaugruppe 32 weist ein längliches metallenes Hüllrohr 38 (siehe Fig. 7 bis 8) auf, das neutronenabsorbierendes Material enthält und an seinen beiderseitigen Enden mittels Endstopfen 40, 42 verschlossen ist. Die Tragarmkonstruktion 36 weist eine mittige Nabe 46 und mit Umfangsabständen um diese herum angeordnete und von der Nabe radial wegragende Arme 44 auf. Einige der Arme 44 sind mit jeweils einem Steuerstabanschlußfinger 48 versehen, während andere mit zwei solchen, mit gegenseitigem Abstand angeordneten Anschlußfingern 48 versehen sind.
Nun wird auf die Fig. 4 bis 9 Bezug genommen. Dort ist eine herkömmliche, allgemein mit 50 bezeichnete Befestigungsverbindung dargestellt, wie sie zwischen jedem Steuerstab 34 der herkömmlichen Tragarmbaugruppe 32 und dem zugehörigen Anschlußfinger 48 an dem ihn tragenden Arm 44 vorgesehen ist. Der obere Endstopfen 40 des Steuerstabs 34 weist einen mit Gewinde versehenen oberen Endteil 52 (Fig. 7) auf, und der Anschlußfinger 48, der mittels einer bajonettartigen Schweiß verbindung an dem Arm 44 befestigt ist, ist mit einer in seinem unteren Teil 56 gebildeten Axialbohrung 54 (Fig. 4) versehen, die an ihrem inneren Ende sich in einer Gewindebohrung 58 mit kleinerem Durchmesser fortsetzt. Der mit Gewinde versehene obere Endteil 52 dem oberen Endstopfens 40 ist in der Gewindebohrung 58 eingeschraubt, wenn der Stopfen 40 in der Axialbohrung 54 aufgenommen ist, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist. Der Endstopfen 40 ist mittels eines Keils oder eines Stifts 60 (Fig. 9) in seiner Position gesichert, der durch fluchtende Bohrungen 62, 64 seitlich im Finger 48 und im Endstopfen 40 eingesetzt und damit verschweißt ist. Dazu sollte noch angemerkt werden, daß die Gewindebohrung 58 dort endigt, wo der Fingerteil 66 beginnt, der mit dem Arm 44 verbunden ist.
Ein wesentlicher Nachteil dieser herkömmlichen Steuerstab- Tragsternbaugruppe 32 liegt darin, daß er nicht wieder zusammenbaubar ist, d.h. sie kann nicht einfach auseinandergenommen werden, um verschlissene oder beschädigte Bauteile zu ersetzen, sondern muß, falls ein solcher Fall eintritt, insgesamt verschrottet werden.
Wie jedoch schon oben erwähnt wurde, sind einige bekannte Steuerstab-Tragarmbaugruppen wieder zusammenbaubar, so daß Steuerstäbe ersetzt werden können; eine solche Tragarmbaugruppe ist in der oben erwähnten FR-A-2 599 844 beschrieben. Diese bekannte Steuerstab-Tragarmbaugruppe weist ebenfalls eine Tragarmkonstruktion mit Verbindungsfingern auf, und die damit verbundenen Steuerstäbe haben ebenfalls obere Endstopfen mit oberen, mit Gewinde versehenen Endbereichen. Jedoch unterscheidet sich die zum Anbringen jedes Steuerstabs an dem zugeordneten Verbindungsfinger verwendete Befestigungsverbindung von der oben beschriebenen Anordnung darin, daß jeder Verbindungsfinger der Tragarmbaugruppe nach der FR-A- 2 599 884 eine vollständig durchlaufende Axialbohrung aufweist und der obere Endstopfen des Steuerstabs vollständig durch die Axialbohrung hindurchverläuft und über diese übersteht, wobei sein mit Gewinde versehener Endteil in eine längliche Mutter eingeschraubt ist, die gegen das obere Ende des Verbindungsfingers gespannt ist. Die Mutter wird mittels eines rohrförmigen Sicherungsbechers gegen Drehung gesichert, der auf dem mit Gewinde versehenen oberen Endteil des oberen Endstopfens des Steuerstabs gebildet ist und davon axial absteht, und der Sicherungsbecher kann an seinem oberen Ende radial auswärts in Sicherungseingriff mit einer Nut in der Mutter deformiert werden. Diese bekannte Anordnung weist insoweit einen beträchtlichen Nachteil auf, als es zum Abbauen eines Steuerstabs von der Tragarmbaugruppe notwendig ist, den gesamten Gewindeteil des oberen Endstopfens einschließlich der Mutter abzutrennen und dann sowohl den Steuerstab wie auch die Befestigungsmutter zu ersetzen.
Nunmehr wird auf die Fig. 10 bis 16 Bezug genommen, in denen eine Steuerstabbefestigungsverbindung nach der Erfindung dargestellt ist. Gemäß Fig. 10 ist diese allgemein mit 74 bezeichnete Befestigungsverbindung zwischen einem Steuerstab 72 und einer wiederzusammenbaubaren Steuerstab-Tragarmbaugruppe vorgesehen, die allgemein mit 68 bezeichnet ist. Die Steuerstab-Tragarmbaugruppe 68 selbst ist ähnlich der herkömmlichen Tragarmbaugruppe ausgebildet, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, in dem sie eine Tragarmkonstruktion 70 (nur teilweise dargestellt) ähnlich der Tragarmkonstruktion 36 und eine Vielzahl von Steuerstäben 72 (von denen nur einer teilweise dargestellt ist) aufweist, die an der Tragarmkonstruktion 70 gehaltert sind und jeweils mit Ausnahme des oberen Endstopfens ähnlich den zuvor in Verbindung mit der herkömmlichen Tragarmbaugruppe 32 nach den Fig. 2 und 3 beschriebenen Steuerstäben 34 sind. Jeder der Steuerstäbe der wieder zusammenbaubaren Tragarmbaugruppe 68 ist mittels einer die Erfindung verkörpernden Befestigungsverbindung 74 abnehmbar an der Tragarmkonstruktion 70 befestigt wie nun beschrieben werden wird.
Jede Befestigungsverbindung 34 weist einen länglichen, auseinandernehmbaren geteilten bzw. zweiteiligen oberen Endstopfen 78 auf dem betreffenden Steuerstab 72 auf, wobei der Endstopfen 78 zwei getrennte obere und untere Stopfenteile 80, 82 aufweist. Der obere Stopfenteil 80 weist einen oberen, einen mittleren und einen unteren Abschnitt 80A, 80B, 80B auf, die einstückig miteinander verbunden sind, und das untere Stopfenteil 82 weist einen oberen, einen mittleren und einen unteren Abschnitt 82A, 82B, 82C: auf, die ebenfalls einstückig miteinander verbunden sind.
Der Verbindungsfinger 76 an der Tragarmkonstruktion ist ähnlich demjenigen nach Fig. 4, indem er eine Axialbohrung 84 aufweist, die vom unteren Ende 86 des Fingers 76 in dessen unteren Abschnitt 76A hineinverläuft, und eine Innengewindebohrung 88 am oberen Ende der Bohrung 84 aufweist. Der obere Abschnitt 80A des oberen Stopfenteils 80 weist ein Außengewinde 90 auf, so daß er fest in die Gewindebohrung 88 des Verbindungsfingers einschraubbar ist, und der untere Abschnitt 82C des unteren Stopfenteils 82 weist einen Durchmesser auf, der ausreichend kleiner als das obere offene Ende 92 des Hüllrohrs 94 des Steuerstabs 72 ist, so daß er darin eingesetzt und damit starr verbunden werden kann. Zu diesem Zweck ist der obere Endstopfen 78 ähnlich dem oberen Endstopfen 40 der Befestigungsverbindung 50 nach Fig. 8 ausgebildet, weicht aber in jeder übrigen Hinsicht davon ab. Mehr im einzelnen haben bei der Befestigungsverbindung 74 nach der Erfindung der untere Abschnitt 80C des oberen Stopfenteils 80 und der Mittelabschnitt 82B des unteren Stopfenteils 82 komplementäre Gewinde 96, 98 zum schraubenden Verbinden der oberen und unteren Stopfenteile 80, 82 des geteilten oberen Endstopfens 78 in starrer Weise miteinander. Vorzugsweise ist das Gewinde 96 auf dem unteren Abschnitt 80C des oberen Stopfenteils 80 als Außengewinde 96 ausgebildet, und das Gewinde 98 am Mittelabschnitt 82B des unteren Stopfenteils 82 hat die Form eines Innengewindes in einer Aussparung 100 am unteren bzw. inneren Ende einer mittigen Öffnung 102, die axial durch den oberen Abschnitt 82A und im wesentlichen durch den Mittelabschnitt 82B des unteren Stopfenteils 82 hindurchverläuft. Das Außengewinde 96 des oberen Stopfenteils 80 wird in das Innengewinde 98 des unteren Stopfenteils 82 eingeschraubt, wenn die beiden Stopfenteile 80, 82 miteinander verbunden werden.
Der untere Abschnitt 80C des oberen Stopfenteils 80 weist zwei verschiedene Durchmesser auf, nämlich einen kleineren Durchmesser im Bereich seines unteren Endteils, der mit dem Außengewinde 96 versehen ist, und einen etwas größeren Durchmesser unmittelbar darüber, wobei die beiden Durchmesser an ihrer Verbindung eine Ringschulter 104 bilden, die dem unteren Stopfenteil 83 zugewandt ist und sich gerade oberhalb des Außengewindes 96 befindet. Derjenige Teil der mittigen Öffnung 102, der im Mittelbereich 82B des unteren Stopfenteils 82 gelegen ist, hat einen größeren Durchmesser als die Gewindebohrung 100, so daß unmittelbar über der Gewindebohrung 100 ein Ringsims 106 gebildet ist, das dem oberen Stopfenteil 80 zugewandt ist, so daß die Schulter 104 am oberen Stopfenteil 80 sich unter Vorspannung auf das Sims 106 des unteren Stopfenteils 82 anlegt, wann die beiden Stopfenteile zusammengeschraubt werden.
Der Mittelabschnitt 80B des oberen Stopfenteils 80 und der obere Abschnitt 82A des unteren Stopfenteils 82 sind mit Sperrmitteln in Form von komplementär ineinandergreifenden Mitteln 108, 110 zum Sichern der zusammengeschraubten oberen und unteren Stopfenteile 80, 82 versehen, um im normalen Reaktorbetrieb einem Lösen der Verschraubung entgegenzuwirken. Bei der Befestigungsverbindung 74 besteht das komplementäre Sperrmittel 108 auf dem oberen Stopfenteil 80 aus einer Mehrzahl von Flachflächen 108, die auf der Außenseite des Mittelabschnitts 80B an mit Umfangsabständen auseinanderliegenden Stellen gebildet sind. Es sind vorzugsweise vier solcher Flachflächen 108 mit gegenseitigem Umfangsversatz von etwa 90º voneinander vorgesehen. Das komplementäre Sperrmittel 110 an dem unteren Stopfenteil 82 ist eine hohle Hülse 110, die durch den oberen Abschnitt 82A gebildet ist und über und um die Flachflächen 108 paßt wobei die Hülse in Eingriffsanlage mit den Flachflächen verformt, beispielsweise gequetscht wird, um einem Lösen der Verschraubung zwischen dem oberen und unteren Stopfenteilen 80, 82 voneinander Widerstand entgegenzusetzen. Jedoch sind diese Sperrmittel dadurch überwindbar, daß die Hülse 110 ausreichend dünnwandig ist, um bei Anwendung eines vorgegebenen Drehmoments auf den Steuerstab 72 zum Drehen des letzteren und so zum Herausschrauben des unteren Stopfenteils 80 des geteilten oberen Endstopfens 78 vom oberen Stopfenteil 82 wieder eine etwa zylindrische Konfiguration einnimmt. Wie aus den Fig. 10, 15 und 16 ersichtlich ist, hat der die Hülse 110 bildende obere Abschnitt 82A des unteren Stopfenteils 82 eine viel dünnere Wand als dessen Mittelabschnitt 82B.
Zusammengefaßt weist die wieder zusammenbaubare Steuerstab- Tragarmbaugruppe 68 nach den Fig. 10 bis 16 eine Mehrzahl von abnehmbaren Steuerstäben 72 auf, die jeweils einen geteilten oberen Endstopfen 78 haben, mittels dessen sie lösbar mit dem jeweiligen Verbindungsfinger 70 der Tragarmkonstruktion 70 befestigt sind. Jeder geteilte obere Endstopfen 78 besteht aus zwei gesonderten oberen und unteren Stopfenteilen 80, 82 die miteinander verschraubt sind und zur Schaffung einer Verbindungsvorspannung angezogen sind, und weisen komplementär ineinandergreifende Mittel auf, die durch die Flachflächen 108 und die gequetschte Hülse 110 gebildet sind, die ein Lösen der zusammengeschraubten Stopfenteile 80, 82 während des Reaktorbetriebs verhindern. Die Sicherung erfolgt durch Stauchen oder Quetschen der dünnwandigen Hülse 110 auf dem unteren Stopfenteil 82 auf die Flachflächen 108 des oberen Stopfenteils 80.
Das Abbauen eine Steuerstabs 72 erfolgt durch Anwendung eines ausreichend großen Drehmoments, um die durch die verformte Hülse 110 hergestellte Sicherung zu überwinden, damit der am Steuerstabhüllrohr 94 befestigte untere Stopfenteil 82 aus dem oberen Stopfenteil 80 herausgedreht werden kann, der an dem die Verbindung zum Tragarm herstellenden Finger 76 befestigt ist. Nachdem der Steuerstab so abgenommen worden ist, kann er durch einen neuen Steuerstab ersetzt werden, an dessen Hüllrohr 94 ein unterer Stopfenteil entsprechend dem Stopfenteil 82 angebracht ist, wobei der untere Stopfenteil einfach in das ursprüngliche Stopfenteil 80 eingeschraubt wird, der immer noch am Verbindungsfinger 76 befestigt ist, wonach die dünnwandige Hülse 110 des unteren Stopfenteils 82 auf die Flachflächen 108 des oberen Stopfenteils 80 ausgequetscht wird. Anzumerken ist, daß dem untere Stopfenteil 82 des Ersatzsteuerstabs die quetschbare dünnwandige Hülse 110 noch im ursprünglichen unverformten Zustand aufweist. Weiter ist anzumerken, daß die durch die trennbaren oberen und unteren Stopfenteile 80, 82 des geteilten oberen Endstopfens 78 hergestellte Lösbarkeit irgendwelche anderen wünschenswerten Merkmale nicht ungünstig beeinträchtigen, wie beispielsweise die Biegeverbindung 112 (Fig. 10) auf dem oberen Stopfenteil 80 und den Spielraum 114 zwischen der Biegeverbindung 112 und dem unteren Ende 86 des Fingers 76, die herkömmlich sind und vorzugsweise bei dem geteilten oberen Endstopfen 76 nach der Erfindung beibehalten werden.
Nunmehr wird auf die Fig. 17 bis 21 Bezug genommen, wo ein abgewandelter geteilter oberer Endstopfen 116 mit oberen und unteren Stopfenteilen 118, 120 dargestellt ist, wobei die Sicherung von der oben beschriebenen Quetschsicherung verschieden ist. Der abgewandelte geteilte obere Endstopfen 116 ist mit Ausnahme der überwindbaren Sperrmittel mit dem vorstehend beschriebenen geteilten oberen Endstopfen 78 identisch.
Erstens weisen die Sperrmittel des abgewandelten Endstopfens 116 statt der quetschbaren dünnwandigen Hülse 110 auf dem oberen Abschnitt 82A des unteren Stopfenteils 82 und dem mit Flachflächen versehenen Mittelabschnitt 80B des oberen Stopfenteils 80 einen eine dickere Wand aufweisenden zylindrischen oberen Abschnitt 120A des unteren Stopfenteils 120 und einen zylindrischen Mittelabschnitt 118B ohne Flachflächen auf dem oberen Stopfenteil 118 auf, wobei der zylindrische Mittelabschnitt 118B und der zylindrische obere Abschnitt 120A des oberen bzw. des unteren Stopfenteils 118, 120 also miteinander eine Schiebesitzverbindung bilden, während bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine Sicherung der Quetschbauart vorhanden war.
Zweitens sind der mit Gewinde versehene untere Abschnitt 118C des oberen Stopfenteils 118 und der mit Gewinde versehene Mittelabschnitt 120B des unteren Stopfenteils 120 bei dem abgewandelten geteilten oberen Endstopfen 116 länger als der entsprechende mit Gewinde versehene untere Abschnitt 80C und der Mittelabschnitt 82B des oberen bzw. unteren Stopfenteils 80, 82 des geteilten oberen Endstopfens 78.
Schließlich dient bei dem abgewandelten Endstopfen 116 als Sicherungsorgan 122 eine radial flexible und dehnbare, ein Gewinde bildende Wendel, die zwischen dem mit Gewinde versehenen unteren Abschnitt 118C und dem Mittelabschnitt 120B des oberen bzw. unteren Stopfenteils 118, 120 angeordnet ist. Die Wendel 122 sitzt schraubbar zwischen dem Außengewinde und dem Innengewinde 124, 126 auf dem unteren Abschnitt 118C des oberen Stopfenteils bzw. des Mittelabschnitts 120B des unteren Stopfenteils und steht mit seinem Innen- und Außenumfang reibschlüssig mit diesen in Anlage. Nachdem also die oberen und unteren Stopfenteile 118, 120 miteinander verbunden sind, wirkt die Wendel 122 reibschlüssig einer Relativdrehung der Stopfenteile mit Bezug zueinander entgegen. Jedoch ermöglicht die Wendel das Drehen des Steuerstabs durch Oberwinden des Reibwiderstands, der von der Wendel erzeugt wird.
Mehr im einzelnen und mit besonderer Bezugnahme auf die Fig. 21 bis 23 handelt es sich bei der radial flexiblen und dehnbaren, ein Gewinde bildenden Wendel 122 um einen Schraubwendeleinsatz, der für sich ein unter dem Handelsnamen HeliCoil vertriebenes Handelsprodukt ist. Die Sicherungsbzw. Sperrwirkung dieser Wendel 122 wrd dadurch erreicht, daß eine oder mehrere ihrer Windungen 128 eine Reihe von geraden Segmenten bzw. "Sehnen" 128A haben. Wenn der mit Gewinde versehene untere Abschnigg 118C des oberen Stopfenteils 118 in die Wendel 122 eingeschraubt wird, biegen sich die Sehnensegmente 128A der letzteren auswärts und erzeugen dadurch einen Druck auf den mit Gewinde versehenen Abschnitt 118C und erzeugen einen Reibwiderstand gegen Drehung des unteren Stopfenteils 120 relativ zum oberen Stopfenteil 118.

Claims

1. Wiederzusammenbaubare Steuerstabbaugruppe (68) zur Verwendung in einem Kernbrennelement, mit einer Tragarmkonstruktion (70), mindestens einem Steuerstab (72) und einer Befestigungsverbindung (74) zum lösbaren Befestigen des Steuerstabs an einem Verbindungsteil (76) der Tragarmkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsverbindung (74) einen länglichen Steuerstabendstopfen (78, 116) mit zwei gesonderten Stopfenteilen (80, 82; 118, 120) aufweist, von denen das eine (80, 118) fest an den Verbindungsteil (76) der Tragarmkonstruktion befestigt ist, und von denen das andere (82, 120) fest am Steuerstab (72) befestigt ist, daß weiter die gesonderten Stopfenteile lösbar miteinander verbunden sind und Sperrmittel (108, 110; 122) aufweisen, um einer relativen Trennbewegung der beiden Stopfenteile mit Bezug zueinander Widerstand entgegenzusetzen, und daß die Sperrmittel durch Anwendung einer zur Überwindung des Widerstands dieser Sperrmittel (108, 110; 122) ausreichenden Kraft auf den Steuerstab oder das daran befestigte andere Stopfenteil (82, 120) überwindbar sind.

2. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Stopfenteil (80, 118) einen oberen Abschnitt (80A, 118A) aufweist, der in eine in den Verbindungsteil (76) der Tragarmkonstruktion (70) gebildete Bohrung eingeschraubt ist, wobei dieser obere Abschnitt drehfest mit dem Verbindungsteil verriegelt ist.

3. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte andere Stopfenteil (82, 120) einen unteren Abschnitt (82C, 120C) au-fweist, der an einen hohlen oberen Endteil (92) des Steuerstabs (72) angepaßt und daran starr befestigt ist.

4. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stopfenteile (80, 82; 118, 120) miteinander verschraubt sind.

5. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte eine Stopfenteil (80, 118) einen unteren Abschnitt (80C, 118C) mit daran gebildetem Außengewinde (96, 124) aufweist und das andere Stopfenteil (82, 120) einen Mittelabschnitt (82B, 120B) mit darin gebildetem Innengewinde (98, 126) aufweist, wobei der untere Abschnitt (80C, 118C) des einen Stopfenteils (80, 118) in den Mittelabschnitt (82B, 120B) des anderen Stopfenteils (82, 120) hineinragt und in diesen eingeschraubt ist.

6. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Stopfenteil (80, 118) eine außen angeformte Ringschulter (104) aufweist und das andere Stopfenteil (82, 120) einen innen angeformten Ringsims (106) aufweist, wobei die Ringschulter und der Ringsims bei vollständigem Verbinden der beiden Stopfenteile (80, 82; 118, 120) miteinander in vorgespanntem Zustand aneinander anliegen.

7. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel (108, 110) komplementär ineinandergreifende Mittel aufweisen, die an den betreffenden Stopfendteilen (80, 82) gebildet sind und miteinander zusammenwirken, um einer relativen Ausschraubdrehbewegung der Stopfenteile mit Bezug zueinander entgegenzuwirken.

8. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementär ineinandergreifenden Mittel (108, 110) eine Vielzahl von außen und an umfangsmäßig mit Abständen angeordneten Stellen gebildete Flachflächen (108) an einem Mittelbereich (80B) des einen Stopfenteils (80) und eine an einem oberen Abschnitt (82A) des anderen Stopfenteils (82) gebildete und über die Flachflächen (108) greifende Hohlmuffe (110) aufweisen, wobei die Hohlmuffe (110) in Eingriffanlage mit den Flachflächen (108) deformiert und so ausgelegt ist, daß sie nachgeben und eine Ausschraubdrehung des anderen Stopfenteils (82) dadurch zulassen kann, wenn ein vorgegebenes Ausschraubdrehmoment auf den Steuerstab (72) oder das daran befestigte andere Stopfenteil (82) ausgeübt wird.

9. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlmuffe (110) eine kleinere Wanddicke als der Mittelabschnitt (82B) aufweist.

10. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachflächen (108) jeweils um etwa 90º umfangsmäßig voneinander versetzt sind.

11. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel ein radial flexibles und dehnbares Gewindeelement (122) aufweisen, das zwischen dem Außengewinde und dem Innengewinde (124, 126) eingelegt und damit in reibschlüssigem Gewindeeingriff steht, um so durch Reibung einer relativen Aufschraubdrehung der beiden Stopfenteile (118, 120) mit Bezug zueinander entgegenzuwirken.

12. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das radial flexible und dehnbare Gewindeelement (122) ein Schraubenwendeleinsatz ist.

13. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Stopfenteil (118) einen Mittelabschnitt (118B) und das andere Stopfenteil (120) einen oberen Abschnitt (120A) aufweist, die so komplementär zueinander gestaltet sind, daß sie eine Schiebesitzverbindung zwischen den beiden Stopfenteilen (118, 120) bilden.

14. Steuerstabbaugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (118B) eine zylindrische Außenfläche aufweist und der obere Abschnitt (120A) eine Zylinderhülse bildet, die axial auf die Zylinderfläche aufgeschoben ist und die zusammen die Schiebesitzverbindung bilden.