DE69713826T2

DE69713826T2 - Vorrichtung zur Befestigung eines Abstandhalters auf einem Wasserrohr mit nicht-rundem Querschnitt

Info

Publication number: DE69713826T2
Application number: DE69713826T
Authority: DE
Inventors: Edward Armand Croteau; Robert Bruce Elkins; Christian David Frederickson; John Lee Harmon; Russel Patrick Higgins; Harold Bleckley King; Gerald Martin Latter; Richard Gee Patterson; Anthony Paul Reese; David Williiam White
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2017-03-13
Also published as: EP0797217B1; JPH102979A; US5727039A; EP0797217A1; DE69713826D1; ES2179270T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kernreaktor-Brennelemente und im Besonderen auf die Art und Weise, in der Brennstab-Abstandshalter axial auf unrunden Wasserstäben innerhalb des Brennelementes axial fixiert sind.
In Siedewasser-Kernreaktoren sind Brennstäbe in einem offenendigen rohrförmigen Strömungskanal zusammen gruppiert, was typischerweise als ein Brennelement bezeichnet wird. Mehrere Brennelemente sind im Reaktorkern in einer Matrix angeordnet und ein Kühlmittel/Moderator strömt um die Brennstäbe herum nach oben, um Dampf zu erzeugen. Die Brennstäbe sind zwischen oberen und unteren Gitterplatten in seitlich parallelen Brennelementen abgestützt. Ein oder mehrere Wasserstäbe sind üblicherweise innerhalb jedes Brennelementes zentriert. Abstandshalter werden in vorbestimmten Höhen entlang jedes Brennelementes benutzt, um die Brennstäbe während des Reaktorbetriebes am Verbiegen oder Vibrieren zu hindern.
Typische Abstandshalter schließen häufig mehrere seitlich angeordnete und, z. B., durch Verschweißen miteinander gesicherte Ringe ein, um eine Trägermatrix für die Brennstäbe zu bilden. Im Allgemeinen ist die Rolle des Abstandshalters in einem Brennelement die, die Stäbe in einer festgelegten Position zueinander zu halten. Diese Abstandshalter müssen in gewisser Weise gesichert oder festgelegt werden, um ihre Bewegung entlang der Längsachse des Brennelementes während des Betriebes des Reaktors zu verhindern. Das traditionelle Verfahren des Haltens von Brennstab-Abstandshaltern in Position entlang der Achse des Brennelementes schließt den Einsatz kleiner, an die Wasserrohre geschweißter Streifen ein. Wasserrohre haben im Allgemeinen einen runden Querschnitt und das Zusammenbauen erfolgt auf der Grundlage der Rotation des Wasserrohres nach dem Ausrichten der Abstandshalter, sodass die Streifen eine weitere axiale Bewegung der Abstandshalter verhindern. Wasserrohre mit unrunden Querschnitten können jedoch nicht mit Bezug auf den Abstandshalter gedreht werden.
US-PS 5,149,495 beschreibt eine Technik zum Anordnen von Abstandshaltern entlang unrunder Wasserstäbe. Die Technik benutzt eine Ausnehmung auf einem Teil der äußeren Oberfläche eines Wasserrohres, wobei die Ausnehmung innerhalb eines Vorsprungs gebildet ist, der sich vom Wasserrohr entweder integral oder befestigt, wie durch Schweißen, Hartlöten oder in anderer Weise, erstreckt. Die Konfiguration des Wasserstabes ist derart, dass die Position der Ausnehmung mit Bezug auf den Abstandshalter durch elastische Verformung des Wasserrohres selbst geändert werden kann. In anderen Worten, es gibt im Wasserrohr genug Elastizität, sodass ein Abschnitt der Seitenwandung nahe der Ausnehmung nach innen abgelenkt werden kann, um die Bewegung des Ausnehmungs-Abschnittes während der Befestigung des Abstandhalters zu bewirken. Nachdem sich der Abstandshalter an Ort und Stelle befindet, gestattet die Elastizität des Wasserrohres das Zurückspringen der Seitenwand des Wasserrohres in im Wesentlichen die ursprüngliche Gestalt zum Eingriff des Ausnehmungs-Abschnittes mit einem passenden Vorsprung auf dem Abstandshalter. Während diese Technik unter gewissen Umständen akzeptabel ist, gibt es Fälle, bei denen die Wandstärke des Wasserrohres zu groß ist, um den notwendigen Grad der Verformung zu gestatten.
EP-A-0 516 307 offenbart ein Brennelement mit einer Vielzahl von Brennstäben und einem unrunden Wasserrohr, die sich zwischen einer oberen und einer unteren Gitterplatte erstrecken. Das Brennelement schließt auch mindestens einen Abstandshalter ein, der mittels Federn an dem Wasserstab befestigt ist. Die Feder gestattet die Bewegung des Abstandshalter entlang dem Wasserrohr bis zu einer erwünschten axialen Position, woraufhin die Feder in eine Öffnung schnappt und die weitere axiale Bewegung des Abstandshalters verhindert.
EP-A-0 681 299 offenbart ein ähnliches Brennelement mit einem unrunden Wasserrohr und einem Abstandshalter. Eine Feder auf dem Abstandshalter wird in einer Verriegelungsrille auf der Seite des Wasserrohres festgelegt.
JP-A-02 173 594 offenbart ein Brennelement mit einem quadratischen Wasserrohr und mindestens einem Abstandshalter, der mittels eines elastischen Hakens am Wasserrohr befestigt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kernreaktor-Brennelement mit einer Vielzahl von Brennstäben und einem unrunden Wasserstab, die sich zwischen oberen und unteren Gitterplatten erstrecken und mindestens einen Brennstab-Abstandshalter aufweisen, geschaffen, der entlang dem unrunden Wasserstab angeordnet ist, und mit zusammenarbeitenden Mitten auf dem Brennstab-Abstandshalter und dem Wasserstab, um die axiale Bewegung des Abstandshalters entlang dem Wasserstab bis zu einer erwünschten axialen Stelle zu gestatten und danach die weitere axiale Bewegung des Abstandshalters in mindestens eine von zwei entgegengesetzten axialen Richtungen zu verhindern, wobei die zusammenarbeitenden Mittel mindestens eine Feder auf dem Abstandshalter einschließen, gekennzeichnet durch mindestens einen Vorsprung bzw. Streifen auf dem Wasserstab, wobei der mindestens eine Vorsprung derart angeordnet ist, dass er mit dem Abstandshalter in Eingriff tritt und dadurch die axiale Bewegung des Abstandshalters entlang dem Wasserstab begrenzt, und wobei der mindestens eine Vorsprung auf einer Seite des Wasserstabes gegenüber der Seite angeordnet ist, die mit der Feder in Eingriff bringbar ist, wodurch gestattet wird, dass der Abstandshalter in einer seitlichen Richtung weg von dem mindestens einen Vorsprung und senkrecht zu einer Längsachse des Wasserstabes vorgespannt werden kann, so dass während des Zusammenbaues der Abstandshalter axial entlang dem Wasserstab an dem mindestens einen Vorsprung vorbei bewegt werden kann.
Das Brennelement dieser Erfindung schafft einen Abstandshalter-Einfangmechanismus für quadratische oder andere unrunde Wasserrohre, der die Charakteristika und Vorteile des Mechanismus aufweist, der typischerweise bei runden Wasserrohren eingesetzt wird. Spezifisch sind die Abstandshalter-Einfangmechanismen gemäß dieser Erfindung so entworfen, dass sie einfach, rasch und reversibel während des Zusammenbauens sind (Abstandshalter werden selten entfernt, nachdem der Reaktor in Betrieb genommen worden ist), während sie gleichzeitig stark genug sind, um die Abstandshalter gegen die während des Zusammenbauens, des Transportes, Betriebes und er Instandhaltung auftretenden Kräfte zu sichern. Das Design gestattet auch das Auseinanderbauen des Brennelementes in einem Reaktorbrennstoff-Lagerbecken vor und nach der Bestrahlung.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines konventionellen Brennelementes eines Siedewasser- Kernreaktors,
Fig. 2 eine Teilseitenansicht eines Abstandshalters, der an einem runden Wasserstab befestigt ist,
Fig. 2B eine Draufsicht der Fig. 1, die den Wasserstab in einer ersten Zusammenbau- Position zeigt,
Fig. 2C eine Draufsicht ähnlich der Fig. 2B, bei der jedoch der Wasserstab bis in eine Abstandshalter-Halteposition gedreht ist,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Abstandshalters und Wasserstabes mit einem Abstandshalter-Haltemechanismus in einer ersten Abstandshalter-Zusammenbauposition gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3A eine Ansicht ähnlich Fig. 3, die jedoch den Abstandshalter in einer festgelegten Nichtzusammenbau-Position zeigt.
In Fig. 1 ist ein Kernbrennelement, allgemein mit 10 bezeichnet, gezeigt, das eine Vielzahl von Brennstäben 12 einschließt, die zwischen einer oberen Gitterplatte 14 und einer unteren Gitterplatte 16 abgestützt sind. Die Brennstäbe 12 passieren mehrere Brennstab-Abstandshalter 18 an vertikal beabstandeten Positionen entlang dem Brennelement. Die Abstandshalter 18 bieten seitliche Abstützung, um die langgestreckten Brennstäbe 12 im Abstand zueinander zu halten und die Brennstäbe an seitlichen Vibrationen zu hindern. Typischerweise sind die Brennstäbe in einer 10 · 10-Anordnung vorhanden, doch kann die Anzahl der Stäbe in der Anordnung variieren und der Abstandshalter-Haltemechanisus dieser Erfindung ist gleicherweise anwendbar auf Anordnungen, die irgendeine Anzahl von Stäben enthalten. Typischerweise sind ein oder mehrere Wasserstäbe (in Fig. 1 nicht gezeigt) innerhalb des Brennelementes angeordnet und dienen als Montagestelle für die mehreren Abstandshalter 18.
In den Fig. 2, 2B und 2C ist ein konventioneller Mechanismus zum Halten des Abstandshalters am Wasserrohr für ein rundes Wasserrohr schematisch dargestellt. Spezifisch ist das Wasserrohr 20 mit vertikal (oder axial) beabstandeten Streifen bzw. Vorsprüngen 22, 24 versehen, die durch Schweißen oder in anderer Weise am Rohr 20 befestigt sind. Ein Abstandshalter 26 steht in verschiebbarem Eingriff mit dem Wasserrohr, und in der Zusammenbau-Position ist das Wasserrohr 26 orientiert, wie in Fig. 2B gezeigt, sodass die Streifen 22, 24 die gleitend Bewegung des Abstandshalters 26 nicht beeinträchtigen. Fig. 2C veranschaulicht die Art und eise, in der das Wasserrohr 20, nachdem der Abstandshalter entlang der Länge des Wasserrohres richtig orientiert ist, gedreht werden kann, sodass die Vorsprünge 22 und 24 derart angeordnet sind, dass sie die weitere axiale Bewegung des Abstandshalters mit Bezug auf das Rohr bzw. den Stab hindern.
In Fig. 3 ist ein quadratisches oder in anderer Weise unrundes Wasserrohr 94 gezeigt, das auf einer flachen Seite 96 mit einem Paar von Streifen bzw. Vorsprüngen 98, 100 versehen ist, die ähnlich denen sind, die bei konventionellen runden Wasserrohren bzw. Wasserstäben benutzt werden. Die Streifen 98 und 100 sind axial entlang dem Wasserstab 96 beabstandete sodass ein Abstandshalter 102 axial dazwischen angeordnet werden kann. In diesem Falle ist jedoch eine innere vertikale Wand 104 des Abstandshalters 102 mit einer Kompressionsfeder 106 versehen, die es gestattet, dass der Abstandshalter 102 seitlich mit Bezug auf den Wasserstab gegen die Vorspannung der Feder bis zu einer Position bewegt werden kann, die in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Position ist der Abstandshalter 102 ohne Beeinträchtigung frei zur axiale Bewegung entlang der Länge des Stabes 96, bis er zwischen den Vorsprüngen 98 und 100 angeordnet ist. Nachdem der Abstandshalter 102 richtig orientiert ist, wird der Abstandshalter losgelassen und bewegt sich zurück in seine zentrierte Betriebsposition, wie in Fig. 3A gezeigt, bei der dei Vorsprünge 98 und 100 wirksam die axiale Bewegung des Abstandshalters 102 mit Bezug auf den Wasserstab 94 verhindern.

Claims

1. Kernreaktor-Brennelement (10) mit einer Vielzahl von Brennstäben (12) und einem unrunden Wasserstab (94), die sich zwischen oberen und unteren Gitterplatten (14, 16) erstrecken und mindestens einen Brennstab-Abstandshalter (102) aufweisen, der entlang dem unrunden Wasserstab angeordnet ist, und mit zusammenarbeitenden Mitteln auf dem Brennstab-Abstandshalter (102) und dem Wasserstab (94), um die axiale Bewegung des Abstandshalters entlang dem Wasserstab bis zu einer erwünschten axialen Stelle zu gestatten und danach die weitere axiale Bewegung des Abstandshalters in mindestens eine von zwei entgegengesetzten axialen Richtungen zu verhindern, wobei die zusammenarbeitenden Mittel mindestens eine Feder (106) auf dem Abstandshalter einschließen, gekennzeichnet durch mindestens einen Vorsprung (98, 100) auf dem Wasserstab, wobei der mindestens eine Vorsprung derart angeordnet ist, dass er mit dem Abstandshalter in Eingriff tritt und dadurch die axiale Bewegung des Abstandshalters entlang dem Wasserstab begrenzt, und wobei der mindestens eine Vorsprung auf einer Seite des Wasserstabes gegenüber der Seite angeordnet ist, die mit der Feder in Eingriff bringbar ist, wodurch gestattet wird, dass der Abstandshalter in einer seitlichen Richtung weg von dem mindestens einen Vorsprung und senkrecht zu einer Längsachse des Wasserstabes vorgespannt werden kann, so dass während des Zusammenbaues der Abstandshalter axial entlang dem Wasserstab an dem mindestens einen Vorsprung vorbei bewegt werden kann.

2. Brennelement nach Anspruch 1, worin der mindestens eine Vorsprung ein Paar von Vorsprüngen (98, 100) umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie den Abstandshalter dazwischen festlegen, um die weitere axiale Bewegung des Abstandshalters in beiden entgegengesetzten axialen Richtungen zu verhindern.