DE69007657T2 - Abstandshalter für Kernbrennstabbündel und Verfahren zur Montage unter Anwendung des Abstandshalters. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Abstandshalter für Kernbrennstabbündel mit mehreren zueinander gekreuzt angeordneten Gruppen von Platten, die Aufnahmezellen für die Brennstäbe bilden. Solche Abstandshalter bzw. Gitter werden verwendet, um die Brennstäbe auf den Kreuzungspunkten eines regelmäßigen Gitternetzes mit quadratischer oder dreieckiger Struktur anzuordnen. Um die Gitter auf den Stäben zu halten und es diesen gleichzeitig zu ermöglichen, auf letzteren im Fall einer relativen Ausdehnung der Stäbe zueinander oder bezüglich der Züge, auf denen die Gitter befestigt sind, zu gleiten, sind die Platten im allgemeinen mit Federn versehen, die die Stäbe gegen eine feste Ausbuchtung in der Platte, die der die Feder tragenden Platte gegenüberliegt, oder gegen eine weitere Feder andrücken. Brennelementkassetten, die solche Federn aufweisen, sind bekannt.
• Während man die Brennstäbe direkt in die Gitter einer Brennelementkassette einführt, muß man auf diese eine Einführungskraft ausüben, die größer ist als die Reibungskraft der Federn. Es sind vorkehrungen notwendig, um zu verhindern, daß eine zu große Kraft aufgewendet wird, was die Herstellungszeit der Brennelementkassette erhöht. Die Reibung der Stäbe auf den Federn und den Andruckausbuchtungen kann zu Kratzern beziehungsweise Rillen führen, die sich ungünstig auf das verhalten der Hüllrohre der Brennstäbe unter Bestrahlung auswirken.
• Es wurde bereits versucht, dieses Problem, das durch die Reibung der Brennstäbe an den Federn auftritt, zu lösen. Insbesondere wurde vorgeschlagen, zuerst ein Bündel unechter Brennstäbe in das Gitter einzuführen, welches die Federn auseinanderdrückt, die Federn in der auseinandergedrückten Stellung mittels eines Kamms zu fixieren, der aus dünnen Drähten besteht und der in das Gitter eingefügt wird, bevor die unechten Brennstäbe herausgezogen werden, und anschliessend die echten Brennstäbe einzuführen. Diese Lösung ist komplex und es ist schwer, die den Kamm bildenden Drähte richtig zu positionieren, in einer Stellung, in der die Drähte die Federn ohne zu verklemmen beiseite drücken.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abstandsgitter anzugeben, das den Anforderungen der Praxis besser genügt als die im Stand der Technik bekannten Gitter, insbesondere dadurch, daß es ermöglicht, die Reibung der Federn auf den Brennstäben während ihrer Einfügung unter Einsatz einfacher Mittel zu verhindern.
• Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß es vorteilhaft ist, wenn die Federn aufgesetzt werden, anstatt ein integraler Bestandteil der Platten zu sein, da sie nunmehr aus einem Material gewählt werden können, das wegen seiner mechanischen Eigenschaften ausgewählt ist, wohingegen die Platten aus einem anderen Material hergestellt sind, das einen kleinen Neutronenanfangsquerschnitt hat, zu Beispiel einer Legierung auf Zirconiumbasis.
• Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung insbesondere ein Abstandsgitter nach Anspruch 1 vor.
• Die Rückhaltemittel können insbesondere aus einem Klemmhaken auf der Platte bestehen. Während die Feder als U-förmige Schnappfeder mit zwei Schenkeln ausgebildet ist, von denen jeder auf einer Seite der Platte angeordnet ist und die miteinander durch Schlitze in der Platte verbunden sind, wobei mindestens einer der Schenkel einen Haken zum Anklemmen an der Platte aufweist, während die Feder sich in einer ersten longitudinalen Stellung befindet, wobei die Feder von der Platte durch Verschiebung in Richtung der Brennstäbe lösbar ist. Die Lösung läßt sich ebenso bei Doppelfedern anwenden, die zwei elastische Schenkel zur Auflage auf den entsprechenden Brennstäben aufweisen, als auch auf Federn mit nur einem elastischen Schenkel: Im ersten Fall sind die Haken in Längsrichtung der Platte versetzt angeordnet. Im allgemeinen weisen die aufgesetzten Schnappfedern auf den Platten eine Schleife auf. Die Feder kann also in Richtung der Brennstäbe verschoben werden, indem die Schleife geschoben oder gezogen wird, um den Haken oder die Haken mit Hilfe eines Werkzeugs oder Kamms zu öffnen, das bzw. der zwischen die Brennstabreihen eingefügt wird.
• Die Erfindung schlägt ferner ein Montageverfahren für die Brennstäbe in ein Gitter einer Brennelementkassette vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Gitter mit Platten hergestellt wird, auf denen die Federn in zurückgezogener Stellung angeordnet sind, und die Federn angedrückt werden, um die Haltemittel zu lösen und um ihnen zu ermöglichen, in Andruck gegen die Brennstäbe zu gelangen.
• Zum besseren verständnis der Erfindung folgt eine Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das nicht einschränkend zu verstehen ist. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnung, in der zeigt:
• Fig. 1 eine Teilansicht eines Gitters im Schnitt entlang der Achse einer Feder, wobei zwei zueinander parallele Platten gezeigt sind, von denen eine mit einer Feder versehen ist, die im gelösten Zustand gezeigt ist.
• Fig. 2 eine Ansicht von links des Gitters nach Fig. 1.
• Fig. 3 Ähnlich Fig. 1 werden die zurückgezogenen und an entsprechenden Platten befestigten Schenkel einer Feder gezeigt, und
• Fig 4 schematisch ein Werkzeug zum Lösen der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Federn.
• Die Erfindung wird in ihrer Anwendung auf ein Gitter gezeigt, das einen allgemeinen Aufbau hat, wie es bereits in der US-A-4 646 431 gezeigt ist. Das Gitter setzt sich zusammen aus zwei Gruppen von Platten aus einer Legierung auf Zirconiumbasis, wobei die Platten derselben Gruppe parallel zueinander und senkrecht zu den Platten der anderen Gruppe sind. Die Platten der beiden Gruppen sind ineinandergesteckt und miteinander verschweißt.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen lediglich zwei Platten 10 und 11, die einer Gruppe angehören und eine Platte 12, die der anderen Gruppe angehört. Die Platte 11 weist Einschnitte auf, die dazu bestimmt sind, die Ausbuchtungen 14 zum Andruck gegen die Brennstäbe zu bilden. Die Platte 10 weist einen oberen Ausschnitt 16 und einen Ausschnitt in Form eines Fensters 18 an jedem Aufnahmeort für eine Feder 20 auf.
• Die beispielsweise gezeigte Feder ist eine doppel-U-förmige Schnappfeder. Die beiden Federschenkel sind aneinander durch die obere Öffnung 16 und den unteren Ausschnitt 18 in Form eines Fensters im allgemeinen durch einen Schweißpunkt 22 miteinander verbunden. Im allgemeinen bestehen die Federn aus einer mechanisch hochfesten Legierung, beispielsweise einer Chrom-Nickel-Legierung, unter dem Warenzeichen Inconel bekannt, während die Platten aus einer Legierung auf Zirconiumbasis bestehen. Die bisher beschriebene Anordnung ist eine weitverbreitet verwendete Anordnung bei Gittern von Brennelementkassetten für Druckwasserkernreaktoren.
• Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, um zeitweise die Schenkel der Federn in eine bezüglich der entsprechenden Platte zurückgezogenen Stellung zu halten. In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform weisen die Rückhaltemittel einen Haken 24 auf, der auf jedem Schenkel an einer Stelle angeordnet ist, so daß dieser dazu dienen kann, sich am Rand einer Öffnung 26 einzuhaken, die in der Platte eingearbeitet ist. Jeder Haken 24 ist ungefähr dort angeordnet, wo der Schenkel im gelösten Zustand einen maximalen Überstand in die Zelle hinein (ungefähr 2 mm bei einem repräsentativen Gitter) bildet Die Schlitze 18 und 16 müssen vorgesehen werden, um es den Federn zu ermöglichen, sich in Längsrichtung der Stäbe zwischen einer Stellung zu bewegen, in der die Haken auf der Platte eingeklemmt bleiben (Fig. 3), und einer Stellung, in der sie gelöst sind (Fig. 1 und 2). Während der obere Ausschnitt 16 die Form einer rechteckigen Aussparung hat, wie in den Figuren gezeigt, reicht es aus, der unteren Aussparung eine Größe zu geben, die ausreicht, daß die Feder 20 bis in die in Fig. 3 gezeigte Einhakstellung gelangen kann.
• Die Haken 24 können sehr einfach gebaut sein, als seitliche Verlängerungen der Schenkel, die auf die entsprechende Platte hin gebogen sind: Die Haken, die zu beiden Seiten der Mittelebene der Federn plaziert sind, kommen sich nicht gegenseitig in die Quere.
• Im in den Figuren gezeigten Fall steht die Schleife der U-förmigen Feder über der entsprechenden Platte 12 über, während die Feder in eingehakter Stellung ist (Fig. 3): Es ist also sehr einfach, die Haken zu lösen, indem einfach auf die Schleifen gedrückt wird, um sie auf die Höhe der Oberkante der Platten mittels eines Werkzeugs zu bringen, das aus einem oder mehreren Blättern oder Kämmen besteht, wie beispielsweise der Kamm 27 gemäß Fig. 4, der es ermöglicht, eine oder mehrere Federn gleichzeitig zu lösen, wenn das Werkzeug zwischen die Brennstäbe eingeführt wird und auf die Schleifen der Federn in Richtung der Brennstäbe einwirkt.
• Es ist möglich, eine Feder gemäß der Erfindung in Form eines einfachen U herzustellen, indem der elastische Schenkel mit einem Haltehaken versehen wird.
• Ein verfahren zum Einführen eines Brennstabbündels in ein Gitter der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Art läuft wie folgt ab:
• Jede Platte ist zuvor mit Federn versehen worden, zum Beispiel, indem das verfahren angewendet wird, das in der US-A-4 530 146 bereits erwähnt ist. Dann werden die Federn jeder Platte in die verriegelte Stellung gemäß Fig. 3 gebracht. Dieser Schritt kann sehr einfach durchgeführt werden, indem die beiden Schenkel der Federn einander genähert werden, bis ihr Abstand hinreichend klein ist, so daß die Haken 24 die Platte 10 umgreifen. Nachdem gegebenenfalls die Klemmanordnung der Feder bewegt wird, bringt man die Haken in die in Fig. 3 gezeigte Stellung: Anschließend reicht es aus, die Federn 20 loszulassen.
• In einem repräsentativen Beispiel, bei dem das vorstehen jedes Schenkels in der Ruhestellung etwa 2 mm beträgt, können die Haken eine Klemmfläche von 1,5 mm auf der Auflagefläche des entsprechenden Schenkels aufweisen. In diesem Fall ist der Überstand eines jeden Schenkels in geklemmter Stellung (Fig. 3) auf etwa 1,10 mm reduziert, und die durch jeden Haken ausgeübte Zugkraft beträgt 4 bis 5 daN.
• Die Platten können in üblicher Weise zusammengesetzt werden, beispielsweise durch das verfahren, das in der US-A-4 530 146 beschrieben ist.
• Wenn das Gitter einmal montiert ist, kann das Brennstabbündel ebenfalls auf die übliche Art eingeführt werden, wobei die zurückgezogenen Federn ein hinreichendes Spiel lassen, um die Risiken von Kratzern und Nuten und Ritzen der Brennstabhüllen auszuschalten. Es ist jedenfalls möglich, eine höhere Ladegeschwindigkeit zu erzielen, als dies in der vergangenheit der Fall war, und gleichzeitig eine größere Anzahl von Brennstäben einzuführen. Da keine große Kraft auf die Brennstäbe ausgeübt werden muß, sind die Risiken einer Verformung der Brennstäbe zu einem Bogen verschwunden, wodurch die Gleichmäßigkeit der Durchgangspassagen für das Kühlmittel zwischen den Brennstäben und die Geradlinigkeit der Brennelementkassette verbessert werden.
• Wenn einmal alle Brennstäbe plaziert sind, können die Federn entriegelt werden, wobei dieser Schritt sehr einfach realisiert werden kann, da, wie in den Figuren gezeigt, die Schleifen der Federn über den Gittern überstehen, wenn die Federn eingehakt sind. Es reicht also aus, auf diese Schleifen beispielsweise mit einem Kamm zu drücken, der zwischen den Stäben eingeführt ist, um die Schenkel (Fig. 3) zu lösen. Die Rückkehr der Federn in die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Stellung, in denen sie ausgefahren sind, zeigt, daß die Schenkel entsichert sind.

Claims (8)

1. Abstandsgitter für Kernbrennelementkassetten mit mehreren Gruppen von Platten (10, 11; 12), die gekreuzt angeordnet und aneinander befestigt sind, um Aufnahmezellen für Brennstäbe einzugrenzen, und mit Schnappfedern (20) auf wenigstens bestimmten Platten, die zum Inneren bestimmter Zellen hin überstehen, um auf die in diesen Zellen angeordneten Brennstäbe eine transversale Haltekraft auszuüben, dadurch gekennzeichnet, daß jede Feder (20) Mittel zum zeitweisen Zurückhalten in einer in bezug auf die Platte zurückgezogenen Stellung aufweist, wobei die Mittel lösbar sind, indem auf die Feder eine Kraft in einer vorbestimmten Richtung und mit ausreichender Stärke ausgeübt wird, um die Feder zu lösen.

2. Abstandsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel aus mindestens einem Haken (24) eines elastischen Teils der Feder zum Einhaken auf der Platte bestehen.

3. Abstandsgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn zwei Schenkel aufweisen, die zu beiden Seiten der Platte angeordnet sind, und die miteinander durch Öffnungen (16, 18) der Platte verbunden sind, wobei mindestens ein Schenkel einen Haken (24) zum Einhaken auf der Platte aufweist, während die Feder in einer ersten longitudinalen Stellung ist, und der von der Platte durch das verschieben der Feder in Richtung der Brennstäbe lösbar ist.

4. Abstandsgitter nach Anpruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder zwei elastische Schenkel aufweist, die mit in Längsrichtung der entsprechenden Platte gegeneinander versetzt angeordneten Haken (24) versehen sind, die dazu bestimmt sind, sich am Rand einer Öffnung (26) der Platte (10) einzuhaken.

5. Abstandsgitter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haken (24) aus seitlichen Verlängerungen der Schenkel bestehen, die auf die entsprechende Platte zu gebogen sind.

6. Abstandsgitter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Feder (20) eine oberhalb der entsprechenden Platte vorstehende Schleife aufweist, die es ermöglicht, die Feder in Richtung der Brennstäbe zu verschieben, indem auf die Schleifen gedrückt wird.

7. Verfahren zur Montage von Brennstäben in ein Gitter einer Brennelementkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter mit Platten errichtet wird, auf denen die Federn in zurückgezogener Stellung angeordnet sind, die Federn gelöst werden, derart, daß die Rückhaltemittel gelöst werden und es den Federn ermöglicht wird, in Andruck gegen die Stäbe zu kommen.

8. Entriegelungswerkzeug für Federn eines Abstandsgitters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens einen Kamm (27), der es ermöglicht, gleichzeitig mehrere Federn durch Andruck auf diese zu lösen, wobei der Kamin vorgesehen ist, um zwischen die Stäbe eingefügt zu werden.