DE2046272C3

DE2046272C3 - Ankupplungsvorrichtung für die Halterung der dünnen Brennstoffstäbe in einem Kernreaktor-Brennelement

Info

Publication number: DE2046272C3
Application number: DE2046272A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Grans Agranier; Andre Aix En Provence Cayol
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1970-09-18
Publication date: 1979-08-23
Also published as: ES383795A1; DE2046272B2; DE2046272A1; JPS514235B1; BE755835A; SE345543B; GB1257410A; FR2063107A1; FR2063107B1; LU61707A1; NL7013824A; CH521658A; US3743578A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ankupplungsvorrichtung für die Halterung der dünnen Brennstoffstäbe in einem Kernreaktor-Brennelement mit Bündeln von lagenweise in einem regulären Gitter angeordneten Brennstoffstäben in einer Führungshülle für das Kühlmittel, wobei die Vorrichtung Schienen aufweist, auf welche die Verschlußstopfen der zu einer Lage gehörenden dünnen Stabelemente verschiebbar aufgefädelt sind, die von der Schiene getragen werden, wobei die Hülle der Brennstoffanordnung dafür sorgt, daß die dünnen Stabelemente des Bündels nicht aus den Schienen gleiten können.

Die Brennelemente bzw. Brennstoffanordnungen für Kernreaktoren mit hoher Leistungsdichte, wie metallgekühlte Brutreaktoren, enthalten ein oder mehrere Bündel von umhüllten dünnen Brennstoffstäben (aus spaltbarem oder brütbarem Material), die in einer Hülle angeordnet sind, durch die das Kühlmittel hindurchströmt. In dieser Führungshülle für das Kühlmittel müssen die dünnen Brennstoffstäbe gehaltert werden. Im allgemeinen werden die einzelnen Stäbe jedes Bündels auf einem vom Fuß der Hülle oder einem an ihrem Umfang befestigten Ring getragenen Gitter montiert. Der Abstand zwischen den dünnen Brennstoffstäben wird durch Distanzstücke bzw. Abstandhalter bestimmt, die auf den Stäben montiert sind und im allgemeinen durch schraubenförmig auf die Stäbe aufgewickelte Drähte gebildet werden.

Bei den meisten derzeit angewandten Anordnungen müssen die Brennstoffstäbe einzeln nacheinander auf das Haltegitter aufgefädelt werden. Diese Lösung hat merkliche Nachteile, die sofort verständlich werden, wenn man sich vergegenwärtigt, daß diese Operationen meist in einer Glovebox ausgeführt werden müssen.

Andererseits ist auch bereits eine Ankupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt (FR-PS 15 19 592), deren Zusammenbau das Anordnen der einzelnen Brennstoffstäbe als Bündel, das ggf. auf einem Fuß montiert ist, das fortlaufende Umhüllen des Bündels durch wendelartige Bewicklung mit einem dünnen Band, die Fixierung der Bandwindungen untereinander und die Befestigung des Fußes und des Kopfes umfaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ankupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ihr Zusammenbau noch weiter vereinfacht wird, ohne die genaue Lage der Brennstoffstäbe zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch zumindest zwei an

einem fest mit der Hülle verbundenen Stützkörper befestigte parallele Spindeln, die quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels angeordnet sind, wobei die Schienen quer zu den Spindeln angeordnet und auf diesen verschiebbar sind und wobei die Hülle verhindert, daß die Schienen aus den Spindeln austreten können, gelöst

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Durch die zumindest zwei an dem fest mit der Hülle verbundenen Stützkörper befestigten zusätzlichen Spindeln, auf weiche die die Brennstoffstäbe tragenden Schienen aufschiebbar sind, wird eine einwandfreie Lagesicherung ermöglicht, und die gebündelten Brennstoff stäbe lassen sich in Lagen einfach in die einstückige Hülle einführen, ohne daß diese durch wendelartiges Bewickeln hergestellt werden muß.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung einer als nicht einschränkenden Beispiels angegebenen besonderen Ausführungsform anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt in Längsrichtung durch den unteren Teil der Brennstoffanordnung;

Fi g. 2 und 3 Schnitte längs der Linien H-II und III-III der F i g. 1;

F i g. 4 und 5 den Handhabungsblock der in F i g. 1 bis 3 gezeigten Ankupplungsvorrichtung im Aufriß und Schnitt längs der Linie V-V der F i g. 4; und

Fig.6 und 7 einen Schnitt durch den unteren Teil eines dünnen Brennstoffstabes der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung und von einer Variante.

Die Brennstoffanordnung, deren unterer Teil in F i g. 1 gezeigt wird, umfaßt eine Hülle 10, die durch einen Mantel 11 mit regulär-hexagonalem Querschnitt und einen massiven Fuß 12 gebildet wird, der durch ein Rohr 14 für den Zutritt des Kühlmittels verlängert wird. Der Mantel 11 ist am Fuß 12 bei 16 angeschweißt. Der Fuß 12 hat einen zentralen Durchlaß für den Eintritt des Kühlmittels in die Hülle 10, der an den Innenquerschnitt des Rohres 14 anschließt und nach innen zu leicht erweitert ist.

In der Hülle 10 ist ein Bündel voii dünnen Stäben 18 angeordnet, die spaltbares oder brütbares Material enthalten und in der Hülle durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gehalten werden. Diese Vorrichtung umfaßt einen Handhabungsblock 20,der in den Fig. 1,4 und 5 gezeigt wird Dieser Block enthält Mittel zur lösbaren Befestigung am Fuß 12, die bei der gezeigten Ausführungsart durch Vorsprünge 22 gebildet werden, die in L-förmige Nuten 24 im Fuß 12 eingreifen und so eine Bajonettverbindung bilden. Der eingesetzte Handhabungsblock kann mit Hilfe von Madenschrauben 26 oder Stiften blockiert werden, die unter dem Mantel ί 1 radial in Bohrungen im Fuß 12 eingreifen, in die Unterseite des Handhabungsblockes 20 eingearbeitete Ausschnitte 28 ermöglichen den Abfluß des Kühlmittels, wenn die Anordnung aus dem gefüllten Reaktorkern herausgehoben wird.

Der Handhabungsblock 20 trägt zwei parallele Spindeln 30, die jeweils durch einen mit einer radial stehenden Längsrippe 32 versehenen zylindrischen Körper von solcher Länge gebildet werden, daß er leicht über den Handhabungsblock 20 hinausragt, jedoch innerhalb des Mantels Ii bleibt. Die Längsrippe 32 greift in dafür vorgesehene Einschnitte des Handhabungsblockes 20 ein und ist mit diesem verschweißt. Zwischen den beiden Einschnitten hat der Handhabungsbiock 20 zwei breite AussuiiiiUe 34, welche die Verteilung des durch den Fluß 12 hindurchtretenden Kühlmittels erleichtert

Auf die Spindeln 30 sind Schienen 36 aufgeschoben, welche die Brennstoffstäbe 18 tragen. Jede der in F i g. 1 und 2 gezeigten Schienen wird durch ein Profilstück in Form einer Lamelle mit einem halb- bzw. teilzylindrischen Wulstrand 38 gebildet Wenn die Schiene 36 auf die Spindeln aufgefädelt ist steht der Wulstrand senkrecht zur Achse der Spindeln. Die Lamelle bzw. der Steg jeder Schiene hat zwei Löcher für den freien Durchtritt der zylindrischen Teile der Spindeln 30, deren Abmessungen derart sind, daß die Schienen nicht so weit geneigt werden können, daß eine merkliche Hemmung des Kühlmittelzutritts zu verzeichnen wäre.

Wie Fig.4, in der eine Schiene 36 strichpunktiert dargestellt ist zeigt wird jedes Loch zum unteren Rand der Schiene hin durch einen Schlitz verlängert, der den freien Durchtritt der Rippe 32 der entsprechenden Spindel ermöglicht

Die Schienen haben eine in Richtung der Kühlmittelströmung verlängerte Form und verursachen daher nur einen geringen Druckverlust Aus dem gleichen Grund hat der im Block 20 vorgesehene Durchlaß einen konischen Verlauf der an den im Fuß 12 vorgesehenen anschließt und diesen stetig verlängert.

Der Verschlußstopfen 40 für die Enden der einzelnen dünnen Stabelemente 18 hat seinerseits einen Schlitz mit ausreichenden Transversalabmessungen für den freien Durchtritt der Lamelle bzw. des Steges einer Schiene 36 und endet in einem halb- bzw. teilzylindrischen Durchgang 42, welcher den halbzylindrischen Wulstrand der entsprechenden Schiene umschließt: Wenn die zu einer Lage gehörenden Stabelemente 18 auf eine Schiene aufgefädelt sind und diese auf die Spindel aufgebracht ist, werden die Stabelemente der Lage in Längsrichtung gegenüber der Führungshülle an Bewegungen gehindert, wobei sie sich jedoch in der Ebene leicht etwas verschieben können.

Die Bedeutung der Erfindung ergibt sich unmittelbar, wenn man die Art der Montage betrachtet, die damit ermöglicht wird: Man beginnt mit der Bildung aller Lagen der vorgesehenen Stabelemente. Zu diesem Zweck werden die Stabelemente 18 einer Lage auf die entsprechende Schiene aufgefädelt. Man setzt dann den Handhabungsblock 20 auf eine geeignete Unterlage, mit der seine Achse horizontal und die Spindeln 30 vertikal gerichtet gehalten werden. Man setzt außerdem zur Aufnahme der aufeinanderfolgenden Lagen V-förmige Stützen ein, deren Innenflächen dem Querschnitt des Mantels 11 der Hülle folgen. Wenn beispielsweise die Führungshülle einen hexagonalen Querschnitt hat, begrenzen die V-Stützen ein Volumen, das der Hälfte desjenigen der Hülle zwischen einer ebenen Fläche derselben und der dazu parallelen Symmetrieebene entspricht. Die Lagen werden dann nacheinander aufgestapelt, wobei jede einzeln mit der Schiene 36 auf die Spindeln 30 aufgefädelt wird, bis die Stabelemente auf den V-Stützen (bei der ersten Lage) oder auf der vorangehenden Lage ruhen. Auf diese Weise wird das

i'" gesamte Bündel zusammengestellt. Um dieses insgesamt handhaben zu können, braucht man es nur in den Mantel 11 einzuführen oder einen Bund für einen vorübergehenden Zusammenhalt vorzusehen. Man steckt dann den rohrförmigen Handhabun^L-biock 20 in i den Fuß 12, verriegelt die Bajonettverbim!;ing und setzt die Schrauben 26 ein: Man kann dann den Mantel 11 vollständig überschieben, um ihr in seine endgültige

verschweißen.

Es ist klar, daß die Erfindung zahlreichen Abwandlungen zugänglich i?t. Insbesondere kann man die Schienen 36 mit einem ausgearbeiteten Profil der in Fig. 1, 2 und 4 gezeigtC:"i Art durch weniger kostspielig herzustellende gepreßte Biechschienen ersetzen. Da jedoch Schienen vom Typ mit einem ebenen Teil Rippen bzw. Vorsprünge über den ausgebauchten Teil hinaus bilden, ist es notwendig, Verschlußstopfen 40 des in Fig. 7 gezeigten Typs ?.u verwenden. Diese Stopfen, die nach innen zu hinter dem semizylindrischen Durchgang 4.7 einen Einschnitt 44 aufweisen, haben den Nachteil, um einige Millimeter langer zu sein. Darüber hinaus wird ein Stopfen mit einem etwas längeren Schlitz etwas mehr geschwächt. Es ist selbstverständlich, daß diese Abwandlungen sowie ganz allgemein alle im Rahmen der Äquivalenz bleibenden Varianten durch die vorliegende Erfindung erfaßt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ankupplungsvorrichtung für die Halterung der dünnen Brennstoffstäbe in einem Kernreaktor-Brennelement mit Bündeln von lagenweise in einem regulären Gitter angeordneten Brennstoffstäben in einer Führungshülle für das Kühlmittel, wobei die Vorrichtung Schienen aufweist, auf welche die Verschlußstopfen der zu einer Lage gehörenden dünnen Stabelemente verschiebbar aufgefädelt sind, die von der Schiene getragen werden, wobei die Hülle der Brennstoffanordnung dafür sorgt, daß die dünnen Stabelemente des Bündels nicht aus den Schienen gleiten können, gekennzeichnet durch zumindest zwei an einem fest mit der Hülle (10) verbundenen Stützkörper (20) befestigte parallele Spindeln (30, 32), die quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels angeordnet sind, wobei die Schienen (36,38) quer zu den Spindeln angeordnet und auf diesen verschiebbar sind und wobei die Hülle (10) verhindert, daß die Schienen (36, 38) aus den Spindeln (30,32) austreten können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (20) durch einen rohrförmigen Handhabungsblock gebildet ist, der lösbar an der Hülle (10) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (10) aus einem dünnen rohrförmigen Mantel (11) besteht, der das Stabbündel umschließt, wobei die Hülle an einem mit einem axialen Durchlaß für das Kühlmittel versehenen massiven Fuß (12) befestigt ist, in dem der Handhabungsblock (20) fest eingesetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabungsblock (20) und der Fuß (12) der Hülle (10) zusammen einen sich nach innen zu erweiternden Durchlaß für das Kühlmittel bilden, wobei nach Einsetzen des rohrförmigen Blocks dessen zentraler Durchgang den Kühlmitteldurchgang des Fußes verlängert. «

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabungsblock (20) im FuD (12) durch eine Bajonettverbindung (22, 24) in Längsrichtung gehalten ist und entfernbare Mittel (26) vorgesehen sind, welche eine Drehung des *5 Blockes relativ zum Fuß verhindern.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel (30) durch einen zylindrischen Körper und eine damit verbundene radial stehende Längsrippe so (32) gebildet ist, welche mit dem Stützkörper (20) fest verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schienen (36,38) Löcher aufweisen, deren Querschnitt demjenigen des zylindrischen Teils der Spindeln entspricht, deren Anzahl gleich derjenigen der Spindeln ist und die durch bis zum Rand der Schiene verlaufende Schlitze für den jeweiligen freien Durchtritt der Spindelrippen verlängert sind. "· ^bl)

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schienen durch Profile mit einem halb- bzw. teilzylindrischen Wulstrand gebildet sind und auf dem Verschlußstopfen (40) der zu ein und derselben Lage gehörenden dünnen ""' Stabelemente verschiebbar sind, die Ausnehmungen (42) in entsprechender Form aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schienen (36, 38) durch ein Preßblechteil gebildet sind, dessen ausgewölbter Teil durch einen rippenartigen Vorsprung verlängert ist, und daß die Stopfen (40') der dünnen Brennstoffstäbe einen halbzylindrischen Durchgang (42') aufweisen, dessen Abmessungen dem ausgewölbten Teil der Schiene entsprechen, der zum Stabende hin durch einen Schlitz verlängert ist und der einen Einschnitt (44) für den Eintritt der Rippe der entsprechenden Schiene aufweist

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil der Spindeln (30,32) und die aufgefädelten Schienen (36, 38) über den Stützkörper (20) nach oben zu in axialer Richtung hinausragen.