DE8816655U1

DE8816655U1 - Lagergestell für Brennelemente von Kernreaktoren

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Publication number: DE8816655U1
Application number: DE8816655U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-02-22
Anticipated expiration: 1998-12-17

Description

.:. .:..GR'«88 G'3548 DE Siemens Aktiengesellschaft

Lagergestell für Brennelemente von Kernreaktoren 5

Die Neuerung betrifft ein Lagergestell für Brennelemente von Kernreaktoren mit einer unteren Grundplatte, einer oberen Gitterplatte und mit Kästen, die mit einem dem Brennelementquerschnitt angepaßten Querschnitt an den Brennelement-Positionen angeordnet sind, wobei die Grundplatte und die Gitterplatte durch Stützeinrichtungen voneinander distanziert und durch Zuganker aneinander befestigt sind und wobei ferner diagonale Spannglieder zwischen der Grundplatte und der Gitterplatte vorgesehen sind.

Bei dem aus der US-PS 41 24 445 bekannten Lagergestell der oben genannten Art besteht die Grundplatte aus zwei Teilen. Das eine ist ein ebenes Blech, das lediglich Bohrungen für den Durchtritt von Wasser au"weist und mit Distanzstücken an den Boden eines Brennelementlacerbeckens angeschraubt ist. Das andere Teil besteht wie die obere Gitterplatte aus geradlinigen Leisten, die mit korrespondierenden Einschnitten versehen und einander kreuzend zu einem Gitter zusammengesteckt sine, wobei die Leisten an den Kreuzungsstellen miteinander verschweißt sind.

Zwischen der Grundplatte und der oberen Gitterplatte sind zur Distanzierung zylindrische Rohre als Stützeinrichtungen vorgesehen, die einen Durchmesser von einem Bruchteil des Brennelementquerschnitts haben, in vertikaler Richtung verlaufen und massive Stäbe enthalten, die mit Muttern unter Zugspannung gesetzt werden. Diese vertikalen Zuganker und die Rohre sitzen nur an den Außenseiten des Lagergestells, und zwar sind acht vertikale Zuganker für ein Lagergestell mit 16 Brenne.lementpositionen (4x4) vorgesehen. Als weitere Strukturelemente zusätzlich zu den vertikalen Zugankern und Stützeinrichtungen

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11.12.1989 / Krt 2 Gr

,GP*.88 G' 3548 DE verlaufen Spannglieder von den Ecken des einen Gitters diagonal zu den gegenüberliegenden Ecken des benachbarten Gitters, über deren Ausbildung und Befestigung nichts Näheres ausgeführt ist.

Die Gitter, die auch noch in einer mittleren, zwischen der Grundplatte und der oberen Gitterplatte gelegenen Ebene vorgesehen sind, umschließen aus neutronenabsorbierendem Material hergestellte, im Querschnitt quadratische Kästen, die in Sandwichbauweise erstellt sind. Bei dieser Bauweise bilden eine äußere und eine innere Wand aus rostfreiem Stahl einen Zwischenraum, der mit Borcarbid gefüllt ist. Die Kästen sind in die von den Gittern gebildeten Ausnehmungen der Brenr-lementpositionen lose eingesetzt. Sie übernehmen also keinerlei Kräfte, die zur Festigkeit der Struktur des Lagergestells beitragen.

Bei der bekannten Bauweise ist es möglich, daß sich die einzelnen Kästen, die ein Längen-Breiten-Verhältnis von 1:20 haben, bei Erwärmung durch die Nachwärmeentwicklung der Brennelemente frei ausdehnen. Eine solche Erwärmung um z.B 7 *C macht sich bei der etwa 4 m betragenden Länge der Kästen zur Aufnahme von Brennelementen normaler Druckwasserreaktoren mit etwa 0,5 mm Dehnung bemerkbar.

Die Neuerung geht von der Aufgabe pus, ein Lagergestell der oben genannten Art zu vereinfachen, ohne daß besondere Vorkehrungen zur Berücksichtigung der Erwärmung an gegebenenfalls einzelnen Kästen des Lagergestells vorzusehen sind. Zu diesem Zweck ist neuerungsgemäß vorgesehen, daß die Kästen aus massivem Stahl bestehen und als Stützeinrichtungen dienen, an deren Oberseite die Unterseite der Gitterplatte aufliegt, daß die Zuganker aus massivem Stahl bestehen und als diagonale SpanngÜRder zwischen der Grundplatte und der Gitterplatte verlaufen und an mindestens 10 Stellen über den Querschnitt des Lagergestells verteilt sind und daß der Gesamtquerschnitt der Kästen in Stützrichtung mindestens das Vierfache des Gesamtquerschnitts der Spannglieder beträgt.

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Bei der Neuerung werden die Kästen selbst als Stiltzeinrich- <

tuiiyen genutzt. Damit entfallen die Rohre, die beim Bekannten als Stützeinrichtungen dienen und die vertikalen Zuganker umgeben. Daraus ergibt sich bereits aufgrund des mehrfach j

größeren Querschnitts der Kästen im Vergleich zu den bekannte¹ ■ Rohren eine größere Festigkeit, so daß auch eine temperatur- ,

bedingte Überlastung eines einzelnen Schachtes (Kastens) ohm· Auswirkung bleibt. Außerdem gibt es keine besonderen, vertikal verlaufenden Zuganker mehr, weil die Zuganker bei der Neuerung zugleich aJs Spannglieder in diagonaler Richtung verlaufen. !

Damit werden Seitenkräfte, die vor allem durch Erdbeben verursacht werden können, bei der erfindungsgemäßen Bauweise voll beherrscht.

Die Spannglied! &igr; sind bei der neuerungsgemäßen Bauweise über den Querschnitt des Lagergestells verteilt. Dem logt folgende

Vorstellung zugrunde: [

Wenn sich bei dem neuerungsgemäßen Lagergestell die als Stützeinrichtungen genutzten Kästen infolge unterschiedlicher Beladung mit brennelementen unterschiedlich erwärmen und damit unterschiedlich ausdehnen, dann können die Spannglieder aufgrund ihrer Querschnittsbemessung im Verhältnis zu dem Gesa &iacgr;&idigr;&idiagr; u Cjü6&Ggr; SCiini n. ucl r\35 ucn UCM lOriaicM nSr TnBuGi &igr; HU HyS &Pgr; c^ 3Sl 2 SCn nachgeben. Dies bedeutet eine völlig neuartige Bauweise, weil für die obere Gitterplatte bewußt eine Verformung eingeplant und berücksichtigt wird, um trotz der unterschiedlichen Wärme-Gehnungen aie Kästen zu halten und gegen Seitenkräfte sicher festzulegen. Eine solche Bauweise ist auch nicht mit dem aus

3ü Ger europäischen Patentschrift 0 145 528 bekannten Lagergestell zu vergleichen. Bei diesem werden zwar über kreuzförmig zueinander verlaufende Leisten Haltekräfte in die Kästen eingeleitet. Die Haltekräfte wirken aber nur in einer zur Länge der Kästen rechtwinkligen Ebene und erfordern noch dazu das Anschweißen von Blechen auf die Wände der Kästen.

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4" ·· ^{= = = i;}'GR &bgr;&bgr; G*"3M8 Ut Die Gitterplatte ist vorteilhaft eine ebene Platte, die neben den Alt nehmungen für den Durchtritt der Brennelemente an ihrer Oberseite Einschnitte zur Verringerung der Biegefestigkeit aufweist. Mit diesen Einschnitten wird an den wesentliehen Stellen eine Flexibilisierung erreicht, die die Anpassung an unterschiedliche Wärmedehnungen der Kästen erleichtert. Die Flexibilisierung kann zusätzlich zu der Elastizität der Spannglieder dazu beitragen, Wärmedehnungen auszugleichen. Dabei ist es günstig, wenn die Einschnitte mit Abschrägungen an den Ausnehmungen der Gitterplatte fluchten. Solche Abschrägungen, die das Einführen von Brennelementen in die Kästen erleichtern, können dann in einem einfachen Arbeitsgang, z.B. spanabhebend durch Hobeln oder Fräsen angebracht werden. Dabei sollte die Tiefe der Einschnitte mindestens ein Fünftel der Dicke der Gitterplatte betragen, um eine signifikante Flexibilisierung, d.h. eine Verringerung des Biegewiederstandes, zu erhalten.

Die Grundplatte kann über ihre gesamte Oberfläche reichende Einschnitte zur Aufnahme des unteren Endes der Kästen aufweisen. Solche Einschnitte können bei Bedarf auch an der Unterseite der oberen Gitterplatte vorgesehen werden, um die seitliche Halterung der Kästen zu verbessern.

Die Kästen sollten mindestens 2 mm Wanddicke haben. Dies ist wichtig im Hinblick auf die Aufnahme von Druckkräften, wie sie sich aus der Funktion der Stützeinrichtungen ergeben. Darüber hinaus kann auf diese Weise eine große Knickfestigkeit erreicht werden. Zur Steigerung der Knickfestigkeit können die Kästen bei polygonalem Querschnitt in einen: mittleren Bereich mit Abstand von den Ecken verkürzt sein. Dies hat zur Folge, daß Druckkräfte nur in die besonders knickfesten Eckbereiche eingeleitet werden.

Einzelne Kästen können insbesondere in der Mitte des Gestellbereiches verkürzt sein. Sie werden dann entsprechend weniger

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mit Druckkräften belastet, so daß nicht alle Kästen eines Gestells als Stützeinrichtungen benutzt wenden. Der für die Erfindung wesentliche Gesamtquerschnitt der Kästen kann dann ohne diese verkürzten Kästen ermittelt werden, wenn eine Stützwirkung ausgeschlossen ist.

Bei der Neuerung liegen vorteilhaft mehrere Spannglieder parallel zueinander in einer Ebene. Mit einer solchen Bauweise kann man eine feine Verteilung der Spannglieder über den Querschnitt erhalten. Außerdem läßt sich damit eine gewünschte £.UyrT3i u uüiCii opäPHy j. icucl yciifiycr Di CKcMäufifieSSUriy 6&Pgr; 6&Ggr;— reichen. Dies ist wichtig für die Einhaltung eines gewünscht geringen Abstandes zwischen benachbarten Kästen. Die Spannglieder können in benachbarten Ebenen auch kreuzweise angeordnet sein. Dabei reicht ihre natürliche Flexibilität im allgemeinen aus, die an den Kreuzungsstellen notwendige seitliche Verschiebung auszugleichen. Wenn die Spannglieder gemäß der weiteren Erfindung nur im Inneren des Gestellquerschnittes angeordnet sind, wird auch kein breiter Rand benötigt. Lagergestelle mit dieser Ausbildung können deshalb besonders raumsparend nebeneinander angeordnet werden.

Zur näheren Erläuterung der Neuerung wird anhand der Zeichnung 25

ein AuSfUhTUn⁰SbSiS⁰IsI bsschrisbsn. Es zsi^

FIG 1 ein Lagergestell nach der Neuerung in einer Seitenansicht, zum Teil im Schnitt,

FIG 2 eine Draufsicht auf das Lagergestell nach der Neuerung, 30

FIG 3 in größerem Maßstab Einzelheiten der oberen Gitterplatte in einem Schnitt durch die Ausnehmungen,

FIG 4 in größerem Maßstab Einzelheiten der Spanngliederbefestigung an der oberen Gitterplatte und

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(,·> ' SR 08 &··3 540 DE

FIG 5 Einzelheiten der unteren Grundplatte ebenfalls in einem Schnitt in größerem Maßstab.

In den Figuren 1 und 2 ist zu sehen, daß bei einem Lagergestell 1, das quadratische Brennelemente von Leichtwasserreaktoren, insbesondere Druckwasserreaktoren, aufnehmen soll, 42 Brennelementpositionen vorgesehen sind, die in einem Rechteckraster von 6x7 untergebracht find. Die Querschnittsfläche beträgt dabei z.D. 182G &khgr; 1560 mm. Der quadratische Brennelementquerschnitt hat eine Kantenlänge von 214 mm. Dies ist

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notwendiges Spiel etwa gleich der lichten Kantenlänge von 220 mm von im Querschnitt quadratischen Kästen 2, die aus Borstahl mit einer Wanddicke von 3 mm bestehen. Mit Borstahl ist ein rostfreier Stahl in massiver Ausbildung gemeint, der im Gefüge einen Bo^jehalt von z.B. 1,2 5K aufweist.

Die Kästen 2 sitzen mit ihrer Unterseite auf einer ebenen Grundplatte 4, die mit Füßen 5 abgestützt ist. Die Grundplatte ist ein z.B. 60 mm dickes Blech aus rostfreiem Stahl mit jeweils einer Bohrung 3 mit 70 mm Durchmesser in der Mitte jeder Brennelementposicion. Die Oberseite des Lagergestells 1 bildet eine obere Gitterplatte 6, die direkt, d.h. ohne Zwischenlagen mi t ripr r.riinrinlaHp &Dgr; durch rii annnal wprlanfpnrip 'insnnnl ipripr

7 verbunden ist.

Wie insbesondere die FIG 2 erkennen läßt, sind die Spannglieder 7 paarweise zwischen den am Rand des Lagergestells gelegenen Brennelementpositionen angeordnet. Es liegen also insgesamt Spannglieder 7 ausschließlich im Inneren des Lagergestellquerschnitts, d.h. nicht im Randbereich an der Außenseite. Die Spannglieder 7 bestehen aus vergütetem Chromstahl mit Kreisquerschnitt. Sie haben einen Durchmesser von z.B. 15 mm, so daß sich ein Gesamtquerschnitt der Spannglieder von 7800 mm² ergibt. Dem steht ein Stützquerschnitt der Kästen 2 von etwa 116 000 mm² gegenüber.

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• -GR-88 -G 3548 DE Die Kästen 2 sind, wie auf der rechten Seite der FIG 3 zu sehen ist, in ihrem Mittelbereich 9 mit einer Ausnehmung 10 versehen sind. Die Ausnehmung erstreckt sich bis auf etwa das Fünfzehnfache der Wanddicke an die Ecken 11 heran, so daß nur der Eckbereich 12 als Stützquerschnitt in Frage kommt. Mit di2sem Stützbereich liegen die Oberseiten der Kästen 2 in Einschnitten 14 an der Unterseite 15 der oberen Gitterplatte 6 an. Die Breite der Einschnitte 14 entspricht der Wanddicke der Kästen 2.

Die obere Gitterplatte 6 ist ein massives Blech aus rostfreiem Stahl mit 60 mm Dicke. In die Gitterplatte 6 sind Ausnehmungen 16 mit der Größe <1es Brennelementquerschnittes eingearbeitet sind. Am Rand der Ausnehmungen 16 sind Abschrägungen 17 mit einem Neigungswinkel von z.B. 30* und einer Tiefe von min vorgesehen. Sie werden spanabhebend in Form symmetrischer trapezförmiger Einschnitte 18 hergestellt, die sich über die gesamte Platte 6 erstrecken. Die Einschnitte 18 fluchten also mit den Abschrägungen 17.

Die Spannglieder 7 sind wie die FIG 4 zeigt, mit ihrer Oberseite in die Gitterplatte 6 eingeschraubt. Beim Ausführungsbeispiel ist ein metrisches Gewinde M16 angenommen, das durch Rollen hergestellt ist. Die Gewindebohrungen 19 sind dem diagonalen Verlauf der Spannglieder 6 entsprechend schräg unter einem Winkel von z.B. IB* angeordnet. Der Abstand zwischen zwei der paarweise angeordneten Spannglieder 7 beträgt mit 80 mm etwa ein Drittel der Kantenlänge des Brennelementquerschnitts .

Wie die FIG 5 zeigt, sind die Kästen 2 auch in der Grundplatte 4 in Einschnitten 20 geführt, die der Wanddicke der Kästen 2 angepaßt sind und über die gesamte Oberfläche der Grundplatte verlaufen, so daß sie spanabhebend hergestellt werden können.

Die Spannglieder 7 sitzen hier mit Spiel in 18 * schrägen Bohrungen 22. Sie? werden über Unterlegscheiben 23, die in

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" "GR QS G'3548 DE entsprechende Ausnehmungen 25 eingesetzt sind, mit Muttern verspannt. Die Spannglieder 7 werden dabei mit Hilfe eines Flachkantes 28, insbesondere eines Sechskantes festgehalten, der an ihrem unteren Ende vorgesehen ist. 5

Für die Abstützung des Lagergestells 1 sind die Füße 5 in vier Gruppen 30 an den Ecken des Lagergestellquerschnittes angeordnet. Die Gruppen 30 umfassen als wesentlichen Teil je zwei Stützbolzen 31, die in ein Fußblech 32 eingesteckt sind. Die Stützbolzen 31 können über einen durch die Grundplatte 4 führenden Flachkant 34 verstellt werden, wobei sich ein oberer Gewindebereich 35 in einer nicht dargestellten Gewindebohrung der Grundplatte 4 dreht. Damit ist eine Höhenjustierung möglich. Nach dem Einstellen der richtigen Höhe wird eine Verspannung zur Sicherung des eingestellten Abstandes zwischen Grundplatte 4 und Fußblech 32 aufgebracht, die durch Reibschluß eine Drehung des Stützbolzens 31 im Gewinde der Grundplatte 4 verhindert. Zu diesem Zweck wird ein Stehbolzen 37, der in eine Gewindebohrung 38 des Fußbleches 32 eingeschraubt ist, über eine Mutter 39 verspannt, die auf ein durch die Grundplatte 4 reichendes Gewinde 40 geschraubt wird.

Die Fußbieche 32 sind, wie die FIG 2 zeigt, diagonal zum Gestellinneren orientiert, so daß acht Füße 5 über den Ge-Stellquerschnitt verteilt sind. Jedes der gleich ausgebildeten Fußbleche 32 erstreckt sich dabei über mehr als eine brennelementposition. Diese Abstützung ist auch für andere Bauformen von Lagergestellen vorteilhaft, weil die Verteilung der Füße 5 eine geringe Durchbiegung der Grundplatte 4 ergibt, so daß die Grundplatte 4, wie riie Figuren zeigen, auch als ebenes Blech ohne Versteifungen zur Aufnahme der Brennelementgewichte ausreicht.

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Claims

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Schutzansprüche

1. Lagergestell für Brennelemente von Kernreaktoren mit einer unteren Grundplatte, einer oberen Gitterplatte und mit Kästen, die mit einem dem Brennelementquerschnitt angepaßten Querschnitt an den Brenneiementposationen angeordnet sind, wobei die Grundplatte und die Gitterplatte durch Stützeinrichtungen voneinander distanziert und durch Zuganker aneinander befestigt sind und wobei ferner diagonale Spannglieder zwischen der Grundplatte und der Gitterplatte vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kästen (2) aus massivem Stahl bestehen und als Stützeinrichtungen dienen, an deren Oberseite die Unterseite der Gitterplatte (6) aufliegt,

- daß die Zuganker aus massivem Stahl bestehen und als diagonale Spannglieder (7) zwischen der Grundplatte (A) und der Gitterplatte (6) verlaufen und an mindestens 10 Stellen über den Querschnitt des Lagergestells (1) verteilt sind und

- daß der Gesamtquerschnitt der Wände der Kästen (2) quer zur Stützrichtung .nindestens das Vierfache des Gesamtquerschnitts der Spannglieder (7) beträgt.

2. Lagergestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gitterplatte (6) eine ebene Platte ist, die neben den Ausnehmungen (16) für den Durchtritt der Brennelemente an ihrer Oberseite Einschnitte (18) zur Verringerung der Biegefestigkeit aufweist.

3. Lagergestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschnitte (18) mit Abschrägungen (17) an den Ausnehmungen (16) der Gitterplatte fluchten.

i\. Lagergestell nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe

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"&Igr;&Oacgr; ■■' ""GR'88 'G 3548 DE der Einschnitte (18) mindestens ein Fünftel der Dicke der Gitterplatte (6) beträgt.

5. Lagergestell nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (4) über ihre gesamte Oberfläche reichende Einschnitte (20) zur Aufnahme des unteren Endes der Kästen (2) aufweist.

6. Lagergestell nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kästen (2) mindestens 2 mm Wanddicke haben.

7. Lagergestell nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnat , daß die Kästen (2) bei polygonalem Querschnitt in einem mittleren Bereich mit Abstand von den Ecken (11) verkürzt sind.

8. Lagergestell nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Kästen (2) insbesondere in der Mitte des Gestellquerschnittes verkürzt sind.

9. Lagergestell nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spannglieder (7) parallel zueinander in einer Ebene liegen.

10. Lagergestell nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (7) in benachbarten Ebenen kreuzweise angeordnet sind.

11. Lagergestell nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannglieder (7) nur im Inneren des Gestellquerschnittes angeordnet sind.

12. Lagergestell nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung 02 02

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glieder (7) an der Grundplatte (4) und/oder der Gitterplatte iitiL einem Gewinde befestigt sind.

13. Lagergestell, insbesondere nach einem der Ansprüche bis 12, wobei die Grundplatte von mehreren Füßen getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dai3 mindestens zwei Füße (5) mit ihrer Unterseite in einem gemeinsamen Fuüblech (32) sitzen, das sich über mehr als eine Brennelementposition des Gestellquerschnitts erstreckt.

1ä. Lagergestell nach Anspruch 13, u 8 u ü r C &pgr; gekennzeichnet , daß neben den Füßen (5) ein Stehbolzen (37) zum Sichern des Abstandes zwischen Fußblech (32) und Grundplatte (A) angeordnet ist.

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