DE102010001721B3

DE102010001721B3 - Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors

Info

Publication number: DE102010001721B3
Application number: DE102010001721A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Michna; Herbert Reichelsdorfer; Erhard Friedrich; Werner Reichel; Dieter Wagner
Original assignee: Areva NP GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2030-02-10

Abstract

Ein Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors umfasst eine Spinne (2) mit einer Mehrzahl von sich in eine Radialrichtung erstreckenden Spinnenarmen (4), die jeweils mit zumindest einem sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Spinnenknoten (8) versehen sind, durch die jeweils ein Steuerstab (6) hindurchgeführt ist. Der Steuerstab (6) ist an seinem über den Spinnenarm (4) vorstehenden Ende mit einem Außengewinde versehen ist und am Spinnenarm (4) mit einer auf das Außengewinde aufgeschraubten Mutter (12) axial fixiert. Gemäß der Erfindung ist die Mutter (12) in Endmontagestellung am Spinnenarm (4) mit einem Zwischenstück (20a, b) fixiert. Dadurch ist ein Abfallen der Mutter (12) bei einem Bruch des Steuerstabes (6) im Bereich der Spinne (2) sicher verhindert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors, wie es beispielsweise aus der DE 91 05 355 U1 bekannt ist.
Der typische Aufbau eines solchen Steuerelementes ist in 1 dargestellt. Ein solches Steuerelement umfasst einen Zentralkörper, die sogenannte Spinne 2, der mit einer Vielzahl von sich in Radialrichtung erstreckenden Spinnenarmen 4 versehen ist. An jedem dieser Spinnenarme 4 sind in der dargestellten Ausführungsform zwei Steuerstäbe 6 fixiert, die sich in eine Axialrichtung erstrecken. Die geometrische Anordnung der Steuerstäbe 6 in der Spinne 2 entspricht dabei der geometrischen Anordnung von im Brennelement befindlichen Steuerstabführungsrohren, in die zur Leistungssteuerung des Druckwasserreaktors die Steuerstäbe des Steuerelementes eingefahren werden können. Zur Befestigung der Steuerstäbe 6 an den Spinnenarmen 4 sind diese mit sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Hülsen, den sogenannten Spinnenknoten 8, versehen, durch die die Steuerstäbe 6 mit ihrem spinnenseitigem Ende hindurchgeführt sind.
2 veranschaulicht die Fixierung der Steuerstäbe 6 an den Spinnenarmen 4, wie sie im Stand der Technik im Einsatz ist. Ausschnittsweise dargestellt ist eine Spinne 2 mit jeweils einem Steuerstab 6 in Endmontagestellung bzw. Vormontagestellung. In Endmontagestellung liegt der Steuerstab 6 mit einer ringförmig umlaufenden Schulter 10 an der Unterseite des Spinnenarmes 4 an und ragt mit seinem dem Spinnenarm 4 zugewandten Ende durch die im Spinnenarm 4 befindliche hülsenförmige Ausnehmung bzw. Spinnenknoten 8 hindurch. An seinem im Endmontagezustand über den Spinnenarm 4 vorstehendem Ende (Steuerstabfinger) ist der Steuerstab 6 mit einem Außengewinde 11 versehen, auf das eine Mutter 12 geschraubt ist, die sich an der Oberseite des Spinnenarms 4 abstützt. Zur Sicherung der Schraubverbindung zwischen Mutter 12 und Steuerstab 6 ist das über die Mutter 12 vorstehende freie Ende 14 des Steuerstabes mit der Mutter 12 über zwei Schweißpunkte 16 verschweißt.
Beim Einsatz eines solchen Steuerelementes kann es dabei im ungünstigsten Fall, beispielsweise durch Fehler bei der Handhabung, vorkommen, dass ein Steuerstab 6 im Bereich der Oberkante des Spinnenarmes 4 abbricht. Dadurch ist zwar der Betrieb des Kernreaktors nicht gefährdet, da der Steuerstab aufgrund der Schwerkraft in das ihm zugeordnete Steuerstabführungsrohr einfällt und somit allenfalls eine Leistungsreduktion des Kernreaktors an dieser Stelle bewirkt. Nachteilig ist jedoch, dass die Mutter 12 von der Spinne 4 abfallen und sich im Brennelement verklemmen kann und aufwendig geborgen werden muss, um Folgeschäden zu vermeiden.
Der Erfindung liegt nun daher die Aufgabe zu Grunde, ein Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserreaktors anzugeben, bei dem das vorstehend genannte Problem vermieden ist.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelost mit einem Steuerelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen ist bei einem Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors, das eine Spinne mit einer Mehrzahl von sich in eine Radialrichtung erstreckenden Spinnenarmen umfasst, die jeweils mit zumindest einem sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Spinnenknoten versehen sind, durch die jeweils ein Steuerstab hindurchgeführt ist, der an seinem über den Spinnenarm vorstehenden Ende mit einem Außengewinde versehen ist und am Spinnenarm mit einer auf das Außengewinde aufgeschraubten Mutter axial fixiert ist, die Mutter in Endmontagestellung am Spinnenarm mit einem mit der Mutter und dem Spinnenarm verschweißten Zwischenstück fixiert.
Durch eine solche sichere Fixierung wird verhindert, dass im Falle eines an der Oberseite des Spinnenknotens erfolgenden Bruches des Steuerstabes die Mutter vom Spinnenarm abfallen kann.
Das Anschweißen eines solchen Zwischenstücks kann auch nachträglich mit geringem Zeitaufwand bei bereits in Betrieb befindlichen Steuerelementen durchgeführt werden.
Insbesondere ist das Zwischenstück an der schmalen Längsseite des Spinnenarmes mit diesem ohne Überstand quer zur Radialrichtung verschweißt. Auf diese Weise wird durch das Zwischenstück der Strömungswiderstand des Steuerelementes in Axialrichtung praktisch nicht beeinflusst.
Wenn bei einem Spinnenarm zwei Steuerstäbe mit jeweils einer Mutter fixiert sind, und das Zwischenstück zwischen den beiden Muttern angeordnet ist und beide Muttern am Spinnenarm fixiert, können mit einem Zwischenstück zugleich zwei Muttern gesichert werden. Dadurch ist der Zeitaufwand für die Fixierung der Muttern reduziert, der insbesondere bei Nachrüstungen an bereits gebrauchten Steuerelementen kritisch ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau eines Steuerelementes für einen Druckwasserkernreaktor in einer schematischen perspektivischen Darstellung,
2 die Spinne eines Steuerelement, wie es im Stand der Technik bekannt ist, mit jeweils einem Steuerstab in End- bzw. Vormontagestellung,
3 einen Teilbereich eines Steuerelementes im Bereich der Spinne in einer perspektivischen Darstellung mit an der Mutter und dem Spinnenarm jeweils fixierten Zwischenstücken gemäß der Erfindung.
Gemäß 3 weist die Mutter 12, mit der der Steuerstab 6 an der Spinne 2 des Steuerelementes fixiert ist in ihrem dem Spinnenknoten 8 zugewandten Bereich einen kreiszylindrischen Außenmantel auf. Zwischen der Mutter 12 und dem Spinnenarm 4 ist ein Zwischenstück 20a mit annähernd dreieckförmigen Profil angeordnet, das mit einem seiner bandförmigen Schenkel auf der schmalen Längsseite 22 (Oberseite) des Spinnenarmes 4 aufliegt und dort mit dem Spinnenarm 4 verschweißt ist. Mit einer sich im wesentlichen senkrecht zu diesem Schenkel erstreckenden, an den Krümmungsradius der Mutter 12 angepassten und an der Mantelfläche der Mutter 12 anliegenden Basis ist das Zwischenstück 20a mit der Mutter 12 verschweißt. Die Schweißstellen mit denen das Zwischenstück 20a sowohl mit der Mutter 12 als auch mit dem Spinnenarm verschweißt sind, sind beabstandet von dem Bereich, in dem die Mutter 12 auf der Oberseite des Spinnenknotens 8 aufsitzt. In diesem Bereich können sich nämlich noch Reste von Gleitmitteln befinden, die die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigen können. Diese Gleitmittel sind beim Festschrauben der Mutter 12 erforderlich, um sicherzustellen, dass mit dem vorgeschriebenen Drehmoment eine ausreichende Verspannung des Steuerstabs 6 am Spinnenarm 4 erzielt wird.
Der 3 ist zu entnehmen, dass das Steuerelement 2 sowohl Spinnenarme 4 mit nur einem Spinnenknoten 8 als auch Spinnenarme 4 mit zwei radial voneinander beabstandet am Spinnenarm 4 befindlichen Spinnenknoten 8 aufweist. Die an einem solchen Spinnenarm 4 benachbart zueinander angeordneten Muttern 12 sind gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einem, im Beispiel im Querschnitt (Schnittebene parallel zur vertikalen Flachseite des Spinnenarms 8) trapezförmigen, ebenfalls innen hohlen und am Spinnenarm 4 verschweißten Zwischenstück 20b verschweißt.
Bei den in 3 dargestellten Zwischenstücken 20a und 20b handelt es sich um Formteile, die beispielsweise aus einem Strangpressprofil herausgeschnitten sind, und deren Breite nicht größer als die Breite der schmalen Längsseite 22 (Oberseite) des Spinnenarmes 4 ist. Die Zwischenstücke 20a, b sind ohne Überstand quer zur Radialrichtung mit dieser Längsseite 22 verschweißt. Auf diese Weise wird durch die Zwischenstücke 20a, b auf das axial von unten anströmende Kühlwasser praktisch kein Strömungswiderstand ausgeübt.
Alternativ hierzu ist in 3 als weitere Ausführungsform ein Zwischenstück 20c vorgesehen, das aus einem Blechstreifen geformt ist und ebenfalls plane bzw. an den Außenradius der Mutter 12 angepasste Anlageflächen aufweist, die mit der Oberseite eines Spinnenarmes 4 bzw. der Mutter 12 verschweißt sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die auf der Oberseite des Spinnenarmes 4 aufliegende Anlagefläche nicht breiter als die schmale Längsseite 22 des Spinnenarmes, um die hydraulischen Eigenschaften des Steuerelementes nicht zu verändern.

Claims

Steuerelement für ein Brennelement eines Druckwasserkernreaktors, mit einer Spinne (2) mit einer Mehrzahl von sich in eine Radialrichtung erstreckenden Spinnenarmen (4), die jeweils mit zumindest einem sich in eine Axialrichtung erstreckenden hohlzylindrischen Spinnenknoten (8) versehen sind, durch die jeweils ein Steuerstab (6) hindurchgeführt ist, der an seinem über den Spinnenarm (4) vorstehenden Ende mit einem Außengewinde versehen ist und am Spinnenarm (4) mit einer auf das Außengewinde aufgeschraubten Mutter (12) axial fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (12) in Endmontagestellung am Spinnenarm (4) mit einem mit der Mutter und dem Spinnenarm verschweißten Zwischenstück (20a, b, c) fixiert ist.
Steuerelement nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenstück an der schmalen Längsseite (22) des Spinnenarmes mit diesem ohne Überstand quer zur Radialrichtung verschweißt ist.
Steuerelement nach einem Anspruch 1 oder 2, bei dem am Spinnenarm zwei Steuerstäbe mit jeweils einer Mutter fixiert sind, und das Zwischenstück zwischen den beiden Muttern angeordnet ist und beide Muttern am Spinnenarm fixiert.