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Abstandshalterunz für Brennstoffstäbe Die Erfindung betrifft eine
Abstandshalterung für Brennstoffstäbe, die zu mehreren zusammengefaßt jeweils ein
Brennelement für Kernreaktoren bilden und aus sich in einem Kastenrahmen überkreuzenden
Quadrate bildenden Stegen bestehen, wobei innerhalb der Quadrate jeweils mindestens
ein Festpunkt und mindestens ein federnder Punkt für die Auflage des Brennstoffstabes
vorgesehen sind.
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In Kernreaktoren sind die Brennstoffstäbe meist zu mehreren Brennstoffelementen
zusammengefaßt. Dabei müssen die Brennstoffstäbe einerseits dicht nebeneinander
angeordnet werden, zur Erzielung des vorgegebenen r,ioderatorverhältnisses, zum
anderen muß die bei der SpAltung frei werdende Wärme durch ein zwischen den Brennstoffstäben
strömende3 Kühlmittel gleichmäßig abgeführt
werden. Ist der Abstand
der Brennstoffstäbe an einer Stelle zu gering, so wird dort der Brennstoff stab
übermäßig heiß, was zu seiner Zerstörung führen kann.
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Abstandshalterungen haben daher den Zweck durch gegenseitiges genaues
Distanzieren der oft bis zu mehreren Meternlangen Brennstoffstäbe diese Mängel zu
vermeiden.
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Die Abstandshalterung hat ferner sicherzustellen, daß der Brennstoffstab
in der Halterung mit einer definierten Anpresskraft, die durch die hydraulischen
Verhältnisse bestimmt wird, gegen seinen Festpunkt gedrückt wird, um Reibkorrosion
zu vermeiden.
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Aus dem in der deutschen Auslegeschrift 1 295 712 angegebenen Stand
der Technik ist es bekannt, eine Abstandshalterung durch in einen Kastenrahmen eingezogene,
sich senkrecht überkreuzende Metallbänder zu bilden, wobei jeweils zur Herstellung
des mechanischen Kontaktes zwischen jedem Brennstoffstab und den Metallbändern vier
Metallclips über die Metallbänder gesetzt sind.
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Durch diese deutsche Auslegeschrift ist es weiterhin bekannt, die
einzelnen Brennstoffstäbe durch wellenförmige oder zickzackförmige Stege aus federndem
Material abzustützen. Diese Lehre wird zum Beispiel auch in der DAS 1 o87 285 offenbart.
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Eine weitere Möglichkeit für die Ausbildung einer Abstandshal terung
besteht nach der DAS 1 295 712 darin, daß die zickzackförmigen Ausbuchtungen des
die Brennstoffstäbe haltenden Drahtes aus der Vertikalen heraus durch Verdrehen
des Drahtes ausgelenkt werden. Beim Einführen der Brennstoffstäbe in die Abstandshalterung
werden die zickzackförmigen Ausbuchtungen in eine vorgegebene Richtung tordiert
und unter Umständen plastisch verformt.
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Die zurückbleibende Kraft reicht aus, um die Brennstoffstäbe mit
einer optimalen Kraft anzupressen.
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Mit den genannten Vorrichtungen läßt sich zwar ein genaues gegen
seitiges
Distanzieren der Brennstoffstäbe erreichen, jedoch sind sie recht aufwendig; -zu
ihrer Fertigung sind viele Arbeitsz gänge erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstandshalterung zu
schaffen, die wesentlich billiger ist als die bekannten aber dennoch ein sehr genaues
Distanzieren der Brennstoffstäbe ermöglicht und ein Schwingen derselben im Betrieb
durch das vorbeiströmende Kühlmittel verhindert. Berücksichtigt man, daß die Zahl
der Brennstoffstäbe in heutigen Beistungsreaktoren sehr hoch ist - im 64o MWe Kraftwerk
Würgassen sind es 21 756 - so wird versändlich, daß eine Verbilligung solcher Abstandshalterungen
große wirtschaftliche Bedeutung hat.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für eine Abstandshalterung
für Brennstoffstäbe, die zu mehreren zusammengefaßt ein Brennelement für Kernreaktoren
bilden und aus sich in einem Kastenrahitien überkreuzenden, Quadrate bildende, Stegen
bestehen, wobei innerhalb der Quadrate jeweils mindestens ein Festpunkt und mindestens
ein federnder Punkt für die Auflage des Brennstoffstabes vorgesehen sind, wellenförmig
gebogene, in mindestens einer Koordinatenrichtung alternierend oberhalb und unterhalb
der Stege vorbeigeführte federnde Drähte die federnden Auflagepunkte vorgeben. Dabei
können die federnden Drähte erfindungsgemäß innerhalb der Quadrate im wesentlichen
entsprechend der Fläceniagonalen der die Quadrate bildenden Stege verlaufen. Gemäß-einer
Neiterbildung der Erfindung liegen die Brennstoff stäbe jeweilsgegen zwei an innerhalb
der einzelnen Quadrate benachbarten Stegen angebrachten Festpunkten an, wobei sich
die Festpunkt inden geradzahligen Reihen im Vergleich zu den ungeradzahligen Reihen
an den geUenüberliegenden1 Stegen befinden. Für jeden Brennstoffstab wird ein federnder
Punkt durch in einer Koordinatenrichtung verlaufende federnde Drähte vorgesehen,
die in zwei Ebenen wellenförmig gebogen und so angeordnet sind, daß sie in der Querschnittsebene
sylninetrisch zu einem Steg jeweils in zwei benachbarten Brennstoffstabreihen verlaufen.
Gemäß einer dritten Ausbildung nach der Erfindung liegen
die Brennstoffstäbe
an jeweils einem Festpunkt fest an den Stegen innerhalb der Quadrate an und die
in zwei Ebenen wellenförmig gebogenen in einer Koordinatenrichtung durch jeweils
eine Reihe laufenden federnden Drähte bilden zwei federnde Punkte für jeden Brennstoffstab
einer Reihe.
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Drei Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeichnung
als Ausschnitt dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind funktionell
gleiche Teile gleich bezeichnet. Es zeigen Figur 1 einen *us2chnitt einer erfindungsgemäßen
Abstandshalterung in räumlicher Darstellung.
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Figur 2 einen Schnitt durch einen Teil der Abstandshalterung nach
Figur 1.
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Figur 3 eine Draufsicht auf einen Teil der Abstandshalterung nach
Figur 1.
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Figur 4 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstandshalterung
als Draufsicht.
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Figur 5 einen Schnitt durch einen Teil der Abstandshalterung nach
Figur 4.
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Figur 6 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstandshalterung
als Draufsicht.
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Zur genauen Beschreibung wird nun auf die Figuren 1, 2 und 3 Bezug
genommen.
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In einen Rahmen 1 wird durch sich überkreuzende Stege 2 und 3 ein
quadratisches Gitter gebildet. Hierzu sind in bekannter Weise Schlitze derart in
den Stegen eingearbeitet, daß diese sich ineinanderstecken lassen. Der Querschnitt
der einzelnen Quadrate ist derart, daß die auf genauen Abstand zu haltenden Brennstoffstäbe
6 (Figur 3) mit genügendem Spiel nach allen Seiten in das Gitter passen. Die Brennstoffstäbe
lassen sich dadurch in parallelen Reihen anordnen. In jedem Quadrat befinden sich
Anschläge 4 und 5, an die die Brennstoff stäbe 6 (Figur 3) anliegen. Sie werden
dabei von wellenförmig verlaufenden sich überkreuzenden federnden Drähten 7
flnd-
8 in dieser Position gehalten. Wesentlich -ist, daß die federnden Drähte 7 und 8
derart in die Abstandshalterung eingesetzt sind, daß sie alternierend oberhalb und
unterhalb der-Ste~ ge 2 und 3 verlaufen. Hierzu haben die Stege jeweils ,Ausspa
rungen 9 und 10. Die einzelnen Drähte liegen dann jeweils -an den senkrechten Kanten
11 der Aussparungen an, so daß ein- genauer Abstandvon den Stegen eingehalten wird.
Die beiden freien Enden des Drahtes werden im Rahmen 1 befestigt. Dieses kann beispielsweise
durch Verbindung mit einer Scheibe erfolgen. Wegen der besseren Übersicht sind in
Figur 1 nur zwei in einem Winkel von 900 zueinander verlaufende Drähte eingezeichnet.
Durch die in beide Koordinatenrichtungen verlaufenden Drähte werden aber in jedem
Quadrat für jeden Brennstoff stab zwei'federnde Punkte gebildet.
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Die in Figur 4 und 5 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von
der Ausführung nach Figur 1 bis 3 dadurch, daß der nur in einer Koordinatenrichtung
verlaufende federnde Draht in zwei Ebenen wellenförmig gebogen ist. Ein federnder
Draht 7 vermag dadurch jeweils gegen die Brennstoffstäbe in zwei benachbarten Reihen
von Brennstoffstäben zu drücken. Dadurch braucht die Abstandshalterung nur in einer
Richtung mit'den Federn und Drähten versehen zu werden und man benöbigt-nur den
vierten Teil der Drahtlänge nach der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 3.
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Entsprechend der ersten Ausführungsform sind ebenfalls zwei Festpunkte
4 und 5 erforderlich.
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Bei der Ausführung nach Figur 6 sind die ferdernden Drähte 6 ebenfalls
in zwei Ebenen wellenförmig gebogen und verlaufen nur in einer Koordinatenrichtung.
Die Wellenlänge ist in der einen Ebene gleich der der Drähte nach der AusführungsformFigur
1 bis 3, um alternierend oberhalb und unterhalb der Stege vorbeigefüh.rtwerden zu
können und in der anderen Ebene derart, daß der federnde Draht an zwei Punkten jeden
Brennstoffstab 6-- berührt.. Dadurch ist für jeden Brennstoffstab nur ein fester
Anschlag 4 an den
Stegen erforderlich und die Abstandhalterung benötigt,
wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4, ebenfalls nur in einer Koordinatenrichtung
federnde Drähte.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Abstandshalterung bestehen darin,
daß durch die durchlaufend angeordneten Drähte in Verbindung mit den vertikalen
Kanten 11 die gestellte Aufgabe überaus einfach und billig gelöst wird. Die'auf
die Brennstoffstäbe wirkende Federkraft läßt sich sehr genau berechnen, da der federnde
Draht durch die vertikalen Kanten für jedes Quadrat, in das ein Brennstoff stab
geschoben wird, statisch ein Träger auf zwei Stützen bildet, auf dem in der Mitte
die Biegekraft angreift.
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Dieser Vorteil ist sehr wichtig, da die Brennstoffstäbe sehr dünnwandige
Hüllrohre besitzen und die Gefahr besteht, daß bei zu hoher Federkraft zu hohe Spannungen
auftreten. Da der Draht innerhalb der Quadrate in etwa entsprechend der Flächendiagona
len der die Quadrate bildenden Stegabschnitte verläuft, lassen sich die Brennstoffstäbe
leicht in die Abstandshalterungen einschieben, ohne daß die Gefahr besteht, daß
diese an den Federn hängen bleiben oder sie verformen. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß die Brennstoffstäbe an mindestens einem Festpunkt gegen die festen Stege
anliegen. Dadurch ist einmal ein sehr genaues gegenseitiges Distanzieren möglich,
zum anderen wird ein unzulässiges Schwingen der Brennstoffstäbe im Betrieb durch
das vorbeiströmende Kühlmittel vermieden.
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Die Fertigung der Abstandshalter verbilligt sich dadurch, daß man
aus einem Drahtstück in einem Arbeitsgang eine große Anzahl federnder Drähte herstellen
kann und diese nur noch auf die jeweilige Länge bzw. Breite der Abstandshalterung
abgeschnitten werden müssen.