DE2012787A1

DE2012787A1 - Mounting spacers for nuclear fuel rods

Info

Publication number: DE2012787A1
Application number: DE19702012787
Authority: DE
Inventors: Horst 6079 Sprendhngen Fncke Walter Dipl Ing 6000 Frankfurt Oberrad Garcorz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-03-18
Filing date: 1970-03-18
Publication date: 1971-10-07

Abstract

The fuel rods, assembled to form the core of the reactor, run parallel to each other at fixed spacings and each is supported by a number of gratings in parallel planes normal to the element axes. Each grating consists of two sets of parallel webs at right angles with springy wires interlaced in at least one of the two coordinate directions so that within each square the fuel rod is supported at one rigid point at least and one springly point at least. The method allows for relative expansion in a cheap simple way without risk of damage due to distortion of the rods.

Description

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. Spacer for fuel rods The invention relates to a Spacer for fuel rods, which are combined into several each Form fuel assembly for nuclear reactors and from each other in a box frame cross There are webs forming squares, with at least within the squares a fixed point and at least one resilient point for supporting the fuel rod are provided.

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.In nuclear reactors, the fuel rods are usually attached to several fuel elements summarized. On the one hand, the fuel rods must be close to one another be arranged to achieve the predetermined r, ioderator ratio, to Others must pass the heat released during the fission between the fuel rods flowing3 coolant discharged evenly will. Is the distance If the fuel rods are too small at one point, the fuel will stick there excessively hot, which can lead to its destruction.

Abstandshalterungen haben daher den Zweck durch gegenseitiges genaues Distanzieren der oft bis zu mehreren Meternlangen Brennstoffstäbe diese Mängel zu vermeiden.Spacers therefore have the purpose of being accurate with respect to one another Distancing the fuel rods, often up to several meters in length, from these deficiencies avoid.

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. The spacer also has to ensure that the fuel rod in the holder with a defined contact force that is generated by the hydraulic Relationship is determined against its fixed point is pressed to fretting corrosion to avoid.

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.From the status given in the German Auslegeschrift 1 295 712 it is known in the art to construct a spacer by means of a box frame to form vertically crossing metal strips, each for production of mechanical contact between each fuel rod and the metal bands are four Metal clips are placed over the metal straps.

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. Through this German interpretation it is still known that the individual fuel rods by undulating or zigzag webs made of resilient To support material. This teaching is also disclosed in DAS 1 087 285, for example.

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. Another option for training a spacer is according to DAS 1 295 712 in that the zigzag bulges of the the wire holding the fuel rods out of the vertical by twisting of the wire are deflected. When inserting the fuel rods into the spacer the zigzag bulges are twisted in a predetermined direction and possibly plastically deformed.

Die zurückbleibende Kraft reicht aus, um die Brennstoffstäbe mit einer optimalen Kraft anzupressen. The remaining force is enough to keep the fuel rods with to an optimal force.

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. With the devices mentioned, it is true that an exact counterpart can be achieved sided Achieve distancing the fuel rods, but they are quite expensive; -to Many work processes are required in their production.

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.The invention is based on the object of providing a spacer create that is much cheaper than the known but still very accurate Allows distancing the fuel rods and an oscillation of the same during operation prevented by the coolant flowing past. Taking into account that the number The fuel rods in today's auxiliary reactors are very high - in the 64o MWe power plant Würgassen there are 21 756 - so it becomes understandable that such spacers are cheaper has great economic importance.

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.This object is achieved according to the invention in that for a spacer for fuel rods that are grouped together to form a fuel assembly for nuclear reactors and from squares that cross over each other in a box frame exist, with at least one fixed point and at least a resilient point for the support of the fuel rod are provided, wave-shaped curved, alternating above and below in at least one coordinate direction The resilient wires passed by the webs define the resilient support points. Included According to the invention, the resilient wires can essentially be inside the squares run according to the diagonals of the area of the webs forming the squares. According to one Further development of the invention, the fuel rods are each against two within of the individual squares adjacent webs attached to fixed points, with the fixed points in the even-numbered rows compared to the odd-numbered rows are located on the 1 opposite bridges. For each fuel rod there is a resilient one Point provided by resilient wires running in a coordinate direction, which are curved in a wave shape in two planes and arranged so that they are in the cross-sectional plane run sylninetrically to a web in two adjacent rows of fuel rods. According to a third embodiment of the invention lie the fuel rods at a fixed point on each of the webs within the squares and the in two planes wavy curved in one coordinate direction through each a series of running resilient wires form two resilient points for each fuel rod a number.

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.Three embodiments according to the invention are shown in the drawing shown as an excerpt and are described below. Doing so are functional identical parts are identified identically. FIG. 1 shows a section of one according to the invention Spacer in three-dimensional representation.

Figur 2 einen Schnitt durch einen Teil der Abstandshalterung nach Figur 1. FIG. 2 shows a section through part of the spacer according to Figure 1.

Figur 3 eine Draufsicht auf einen Teil der Abstandshalterung nach Figur 1. FIG. 3 shows a plan view of part of the spacer according to FIG Figure 1.

Figur 4 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstandshalterung als Draufsicht. Figure 4 shows a second embodiment of the spacer according to the invention as a top view.

Figur 5 einen Schnitt durch einen Teil der Abstandshalterung nach Figur 4. FIG. 5 shows a section through part of the spacer according to FIG Figure 4.

Figur 6 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstandshalterung als Draufsicht. Figure 6 shows a third embodiment of the spacer according to the invention as a top view.

Zur genauen Beschreibung wird nun auf die Figuren 1, 2 und 3 Bezug genommen.For a precise description, reference is now made to FIGS. 1, 2 and 3 taken.

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.Into a frame 1 is crossed webs 2 and 3 square grid formed. For this purpose, slots are so in a known manner incorporated into the webs so that they can be plugged into one another. The cross section of the individual squares is such that the fuel rods must be kept at a precise distance 6 (Figure 3) fit into the grid with enough play on all sides. The fuel rods can thus be arranged in parallel rows. In every square there are Stops 4 and 5, against which the fuel rods 6 (Figure 3) rest. you will be at the same time, of undulating, intersecting resilient wires 7 flnd- 8 held in this position. It is essential that the resilient wires 7 and 8 are inserted into the spacer in such a way that they are alternately above and run underneath bars 2 and 3. For this purpose, the webs each have, Ausspa stanchions 9 and 10. The individual wires are then each -on the vertical edges 11 of the recesses so that an exact distance from the webs is maintained. The two free ends of the wire are attached to frame 1. This can for example by connecting it to a washer. For a better overview, in FIG. 1 shows only two wires running at an angle of 900 to one another. However, due to the wires running in both coordinate directions, in each Square formed two springy points for each fuel rod.

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.The arrangement shown in Figures 4 and 5 differs from the embodiment of Figure 1 to 3 in that the only in one coordinate direction running resilient wire is bent in two planes undulating. A springy one Wire 7 is thereby able to act against the fuel rods in two adjacent rows to push from fuel rods. As a result, the spacer only needs one Direction to be provided with springs and wires and you only need that fourth part of the wire length according to the embodiment according to FIGS. 1 to 3.

Entsprechend der ersten Ausführungsform sind ebenfalls zwei Festpunkte 4 und 5 erforderlich.According to the first embodiment, there are also two fixed points 4 and 5 required.

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.In the embodiment of Figure 6, the grounding wires 6 are also Curved in two planes undulating and only run in one coordinate direction. The wavelength in one plane is equal to that of the wires according to the embodiment figure 1 to 3, in order to be guided alternately above and below the webs can and in the other plane in such a way that the resilient wire at two points each Fuel stick 6-- touches .. This means that there is only one fixed fuel stick for each fuel stick Stop 4 on the Webs required and the spacer required, as in the exemplary embodiment according to FIG. 4, likewise only in one coordinate direction resilient wires.

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.The advantages of the spacer according to the invention are that through the continuously arranged wires in connection with the vertical Edges 11 the task set is solved extremely easily and cheaply. Die'auf The spring force acting on the fuel rods can be calculated very precisely because the spring force Wire through the vertical edges for each square that a fuel stuck into is pushed, statically forms a beam on two supports, on the one in the middle the bending force attacks.

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.This advantage is very important because the fuel rods are very thin-walled Have cladding tubes and there is a risk of excessive stresses if the spring force is too high appear. Because the wire within the squares roughly corresponds to the area diagram Len of the web sections forming the squares runs, the fuel rods slide easily into the spacers without the risk of these stick to the springs or deform them. Another benefit is there in that the fuel rods at at least one fixed point against the fixed webs issue. This means that a very precise mutual distancing is possible, on the other hand, an impermissible oscillation of the fuel rods during operation the passing coolant avoided.

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.The production of the spacers is cheaper by the fact that produce a large number of resilient wires from a piece of wire in one operation can and this only to the respective length or width of the spacer need to be cut off.

Claims

4. Spacer for fuel rods that are combined into several each form a fuel assembly for nuclear reactors and from themselves in a box frame Crossing squares forming webs exist, within each of the squares at least one fixed point and at least one resilient point for supporting the Fuel rod are provided, characterized in that wave-shaped curved, in at least one coordinate direction alternating above and below the Bars (2, 3), resilient wires (7, 8) that are passed by provide the resilient support points.

?. Spacer according to Claim 1, characterized in that the resilient wires (7, 8) against vertical shoulders (11) above and below the Rest on the webs.

3. Spacer according to claims 1 or 2, characterized in that that the resilient wires (7, 8) within the squares essentially correspond the Flächendiagona len of the webs forming the squares (2, 3) run.

4. Spacer according to claim 2 and 3, characterized in that that the fuel rods (6) each against two on within the individual squares adjacent webs attached fixed points (4, 5) and the resilient wires (7, 8) slightly curved in a wave-like manner in both coordinate directions Distance. run parallel to the webs opposite the webs with fixed points.

5. Spacer according to claim 1, characterized in that the fuel rods (6) each against two adjacent ones within the individual squares Webs attached fixed points (4, 5), the fixed points in the even-numbered rows versus the odd-numbered rows on the opposite Web are located and that the resilient running only in one coordinate direction Wire (7) bent in two planes undulating and arranged so that it is in the Cross-sectional plane symmetrical to a web in two adjacent rows of fuel rods runs and thus specifies a resilient point for each fuel rod (Figures 4 and 5).

6. Spacer according to claim 1 and 3, characterized in that that the fuel rods (6) at a point (4) rest firmly against the webs and from Curved in two planes undulating, in one coordinate direction through each a series of running resilient wires (8) at two resilient points for each fuel rod in the row (Figure 6).

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