DE69112905T2

DE69112905T2 - Brennstabbündel für Kernreaktor.

Info

Publication number: DE69112905T2
Application number: DE69112905T
Authority: DE
Inventors: Olov Nylund
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2011-05-18
Also published as: SE466226B; SE9001839L; EP0458202A1; DE69112905D1; EP0458202B1; SE9001839D0; US5180550A

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Kernreaktor, vorzugsweise vom PWR-Typ, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, 2 oder 3.
Ein bekanntes Brennelement enthält eine Vielzahl von Brennstäben und Führungsrohren, wobei die letzteren entweder Steuerstäbe aufnehmen oder als Wasserrohre in bestimmten speziellen Kernreaktoren dienen. Die Brennstäbe und Führungsstäbe werden in bestimmten gegenseitigen Lagen durch Abstandshaltergitter zusammengehalten, die im folgenden einfach als Abstandshalter bezeichnet werden, und die an einer Anzahl von Stellen in vertikaler Richtung des Brennelements angeordnet sind. An den Enden des Brennelements ist ein Kopfstück beziehungsweise ein Fußstück angeordnet und an den Führungsrohren befestigt, die etwas oberhalb und unterhalb der Enden der Brennstäbe hinausragen. In Brennelementen dieser Art werden die Abstandshalter an eine Bewegung längs der Führungsrohre während des Betriebes durch Anschweißen am Führungsrohr oder durch eine vorstehende Stelle am Führungsrohr bei dem entsprechenden Abstandshalter gehindert. Ein Nachteil einer solchen Ausführungsform besteht darin, daß es schwierig ist, im Falle einer Reparatur ein Führungsrohr von dem Brennelement zu lösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem die Führungsrohre und die Abstandshalter leicht voneinander gelöst werden können,
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil eines der drei unabhängigen Ansprüche 1 bis 3 genannten Merkmale hat.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 4 bis 9 genannt.
Gemäß der Erfindung sind die Führungsrohre zumindest an den Abstandshaltern mit einem äußeren Gewinde versehen, um den Abstandshalter an den Führungsrohren zu befestigen. Hierdurch ist es möglich, die Führungsrohre in die Abstandshalter einzuschrauben und herauszuschrauben. Dies wird ferner erleichtert, wenn die Abstandshalter mit Gewinden versehen sind, die in gleicher Weise in Bezug auf das Gewinde der Führungsrohre in den Positionen der Führungsrohre orientiert sind.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 ein Brennelement in Seitenansicht,
Figur 2 einen Querschnitt des Brennelements der Figur 1 an der Stelle eines Abstandshalters,
Figuren 3 bis 6 verschiedene Wege zur Befestigung der Abstandshalter an den mit Gewinde versehenen Führungsrohren,
Figuren 7 bis 9 verschiedene Ausführungsformen eines Abstandshalters, der in dem Gewinde der Führungsrohre befestigt werden kann, und
Figuren 10 bis 11 ein Führungsrohr mit in Längsrichtung verlaufenden Ausnehmungen oder Nuten in dem Gewinde.
In Figur 1 werden mit 1 Brennstäbe bezeichnet, die in einem Brennstabbündel durch Abstandshalter 2 zusammengehalten werden. Die für Steuerstäbe oder Wasser bestimmten Führungsrohre 3 sind ebenfalls in den Abstandshaltern befestigt. Die Enden der Führungsrohre 3 erstrecken sich etwas über die Enden der Brennstäbe hinaus und sind im Kopfstück 4 und im Fußstück 5 befestigt. Eine bekannte Befestigung eines Führungsrohres 3 an dem Kopfstück ist in dem Kreis 6 gezeigt.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt des Brennelementes der Figur 1 an der Stelle eines Abstandshalters 2 und mit den Führungsrohren 3.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer möglichen Befestigung zwischen Abstandshalter 2 und Führungsrohr 3. In Figur 3 ist das Führungsrohr 3 über seine gesamte Länge mit Gewinde versehen, wobei das Gewinde 7 leicht ansteigt und eine Tiefe von etwa 0,5 mm hat. Der verbleibende Teil der Wand des Führungsrohres 3 hat etwa die gleiche Dicke. Bei dieser Ausführungsform sind die Abstandshalter 2 mit äußeren Hülsen 8 versehen, die durch Schweißen am Abstandshalter befestigt sind und an ihrer Innenseite ein Gewinde haben, welches zu dem Gewinde der Führungsrohre 3 paßt. Der Außendurchmesser des Führungsrohres 3 ist auf der gesamten Länge gleich, während der innere Durchmesser des Führungsrohres 3 in seinem unteren Bereich etwas verkleinert ist. Die Befestigung an dem Kopfstück 4 und dem Fußstück 5 erfolgt durch eine aufgeschraubte Abstandshülse 9, 10 und Befestigungshülsen 11 beziehungsweise 12. Die Befestigungshülse 11 ist vollständig offen, um das Passieren eines nichtgezeigten Steuerstabes zu ermöglichen, während die Befestitungshülse 12 nur mit einem kleinen Drainageloch 13 versehen ist. Es können auch Vorrichtungen vorgesehen werden, um ein Drehen der Führungsrohre und Hülsen zu verhindern; jedoch sind solche Vorrichtungen nicht dargestellt.
Beim Zusammenbauen des Brennstabbündels befinden sich die Abstandshalter 2 in einer Haltevorrichtung, während die Führungsrohre 3 von oben in die Abstandshalter 2 eingeschraubt werden. Dabei ist es wichtig, daß die Gewinde 14 der Abstandshalter für die verschiedenen Führungsrohre 3 mit gleicher Orientierung angeordnet sind, um zu erreichen, daß die Gewinde 7 der Führungsrohre 3 gleichmäßig in die entsprechenden Gewinde 14 der Abstandshalter eingreifen. Anderenfalls entstehen beim Einschrauben Spannungen zwischen den Abstandshaltern 2 und den Führungsrohren 3. Es ist natürlich auch möglich, die Führungsrohre 3 an ihrem unteren Ende mit einem Gewindestift zu versehen, welcher dem Führungsrohr 3 vorangeht und eine Windung in der Hülse 8 des Abstandshalters 2 aufnimmt, worauf das Gewinde 7 des Führungsrohr 7 in das Gewinde 14 der Hülse eingreift, während das Führungsrohr 3 weitergedreht wird. Auf diese Weise wird das Führungsrohr 3 automatisch mit dem Abstandshalter verschraubt, ohne daß irgendwelche Spannungen in dem Bündel auftreten. Wenn die Führungsrohre 3 in die Abstandshalter 2 eingeschraubt worden sind, werden die Abstandshülsen 9, 10 auf die Führungsrohre 3 aufgeschraubt, die Brennstäbe 1 werden in die Abstandshalter 2 eingeschoben und die Kopf- und Fußstücke 4, 5 werden mit Hilfe der mit Gewinde versehenen Befestigungshülsen 11, 12 an den Führungsrohren 3 befestigt. Die Abstandshalter 2 werden an den Führungsrohren 3 in einer zufriedenstellenden Weise verriegelt und sind nicht in der Lage, an diesen entlangzugleiten. Trotzdem kann ein Führungsrohr 3 leicht ge löst werden, indem einfach die Befestigungshülsen 11, 12 gelöst werden, und danach das Führungsrohr 3 aus dem Bündel herausgeschraubt wird. In den Figuren 3 bis 5 ist das gesamte Führungsrohr 3 mit Gewinde versehen. Die Gewinde tragen dazu bei, die Turbulenz des Kühlwassers, welches an den Führungsrohren entlangfließt, zu verstärken, und auf diese Weise wird die Kühlung der Brennstäbe 1 des Brennelements verbessert.
In Figur 4 ist das Gewinde 14 direkt in der Abstandshalterplatte angebracht, und das Führungsrohr 3 ist unmittelbar in das Fußstück 5 eingeschraubt. Am unteren Ende des Führungsrohres 3 ist ein Stopfen 15 mit einem Drainageloch 13 in das Führungsrohr eingeschweißt. An dem Kopfstück ist das Führungsrohr 3 mit einer Abstandshülse 9 versehen und an dem Kopfstück 4 mittels einer konischen Befestigungshülse 16 befestigt.
In Figur 5 ist der Abstandshalter mit Zungen 17 versehen, die in den Gewindegängen 7 des Führungsrohres 3 laufen. Um den freien Fall der Steuerstäbe im Falle einer plötzlichen Reaktorabschaltung zu bremsen, ist der untere Abschnitt der Führungsrohre 3 mit einem kleineren Durchmesser versehen. Ähnlich wie in Figur 3 ist das Führungsrohr 3 am Fußstück 5 mittels einer Abstandshülse 10 und einer offenen Befestigungshülse 18 befestigt. In das Führungsrohr 3 ist am Boden ein Stopfen 15 mit einem Drainageloch 3 eingeführt. Oben ist das Führungsrohr 3 an dem Kopfstück 4 mittels einer Abstandshülse 9 und einer offenen Befestigungshülse 19 befestigt. Somit brauchen bei einer Vorrichtung dieser Art die Abstandshalter 2 nicht mit einem besonderen Gewinde versehen zu werden, wodurch ihre Herstellung wesentlich erleichtert wird.
Figur 6 zeigt ein Führungsrohr 3, welches nur im Bereich der Abstandshalter 2 und einen kleinen Abschnitt darunter mit Gewinde versehen ist. An den Abstandshaltern 2 sind Hülsen 8 mit einem inneren Gewinde 14 angebracht. Da sich das Gewinde 7 unterhalb der Hülse 8 des Abstandshalters 2 etwas weiter erstreckt, wird die Turbulenz des Kühlwassers verstärkt und die Kühlung des Brennelements wird verbessert.
Figur 7 zeigt einen teilweisen Schnitt durch einen Abstandshalter 2 mit Zungen 17 für die Führungsrohre. Der Abstandshalter 2 für das Führungsrohr 3 hat kein Gewinde.
Figur 8 zeigt eine Zelle eines Abstandshalters 2. Direkt in der Plattenwand der Zelle sind als Gewinde dienende Schlitze 14 vorhanden. Figur 9 zeigt, wie ein Führungsrohr 3 in eine solche Abstandshalterzelle eingeschraubt ist.
Figur 10 zeigt einen Abschnitt eines Führungsrohrs 3 mit dem Gewinde 7. In das Gewinde 7 ist eine Anzahl flacher Nuten 21 eingefräst. Figur 11 zeigt das Führungsrohr 3 aus Figur 10 von der Seite. Die Schlitze können sich gerade in vertikaler Richtung des Führungsrohres 3 erstrecken, oder sie können sich spiralförmig um das Führungsrohr erstrecken, um die Bewegung im Kühlwasser des Brennelements weiter zu vergrößern.

Claims

1. Brennelement für einen Kemreaktor mit

- einer Vielzahl paralleler Brennstäbe (1), die durch Abstandshalter (2), die an einer Anzahl von Stellen in vertikaler Richtung der Brennstäbe (1) angeordnet sind, zusammengehalten werden,

- zwischen den Brennstäben (1) angeordneten Führungsrohren (3), die an den Abstandshaltern (2) befestigt sind, und

- einem Kopfstück (4) und einem Fußstück (5), zwischen denen die Führungsrohre (3) und die zugehörigen Brennstäbe (1) befestigt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrohre (3) mindestens an den Stellen der Abstandshalter (2) mit einem äußeren Gewinde (7) versehen sind und daß die Abstandshalter an den entsprechenden Stellen entweder mit Hülsen (8) versehen sind, die an den Abstandshaltern befestig sind und an ihrer Innenseite mit einem passenden Gewinde zur Aufnahme der mit Gewinde versehenen Führungsrohre versehen sind, oder solches Gewinde direkt in der Abstandshalterplatte vorhanden ist.

2. Brennelement für einen Kemreaktor mit

dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrohre (3) mindestens an den Stellen der Abstandshalter (2) mit einem äußeren Gewinde (7) versehen sind und daß die Abstandshalter in den Positionen der Führungsrohre mit Zungen (17) versehen sind, die so ausgebildet sind, daß sie in das Gewinde (7) der Führungsrohre (3) in Eingriff gehen.

3. Brennelement für einen Kernreaktor mit

dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrohre (3) mindestens an den Stellen der Abstandshalter (2) mit einem äußeren Gewinde (7) versehen sind und daß die Wände der Abstandshalterzellen in den Positionen der Führungsrohre mit Schlitzen versehen sind, welche die Zellenwände durchdringen und so beschaffen sind, daß sie Teile des Gewindes der Führungsrohre aufzunehmen vermögen.

4. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (14) der Abstandshalter in Bezug auf das Gewinde (7) der Führungsrohre (3) gleichförmig orientiert sind.

5. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrohre an ihren Enden mit Gewinde zur Befestigung der Führungsrohre (3) in dem Kopfstück und Fußstück (4, 5) versehen sind.

6. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (7) der Führungsrohre (3) sich um eine gewisse Strecke unterhalb der Abstandshalterpositionen (2) erstreckt, um die Turbulenz des die Führungsrohre (3) umströmenden Kühlwassers zu verbessern.

7. Brennelement nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (7) sich über die gesamte Länge der Führungsrohre (3) erstreckt.

8. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in axialer Richtung der Führungsrohre (3) erstreckenden Schlitze (21) in dem Gewinde vorhanden sind.

9. Brennelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (21) spiralförmig um die Führungsrohre (3) verlaufen.