SE446134B

SE446134B - KERNBRENSLEANORDNING

Info

Publication number: SE446134B
Application number: SE8301494A
Authority: SE
Inventors: P K Doshi
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1986-08-11
Also published as: IT8320542A0; JPS58189581A; KR840004600A; SE8301494L; ES8600548A1; SE8301494D0; ES521409A0; IT1170124B

Description

-- ---- -- _ï.__._ _ _... _..... -V 8301494-4 För detta ändamål avser uppfinningen en kärnbränsleanordning med en yttre kapa, som bildar en strömníngskanal, uppdelad av vinkelplatar i en mångfald av separata, långsträckta inre avdelningar, av vilka var och en innehåller en mångfald kärnbränslestavar, varvid dessa vinkelplåtar är anord- nade på sådana avstånd från varandra att de bildar en moderatorströmnings- kanal för underkyld moderator utmed en väsentlig del av bränsleanordningens längd, vilken är kännetecknad av att de nämnda vinkelplåtarna är fästa vid den yttre kåpan medelst förstärkningsskenor, som är fästa i längdled till de centriska sidoväggarna hos kåpan, varvid dessa förstärkningsskenor har en mångfald öppningar utmed hela sin längd för kommunikation mellan avdelningarna. To this end, the invention relates to a nuclear fuel device with an outer cap, which forms a flow channel, divided by angular plates in the case of: 8301494-4. a plurality of separate, elongate internal compartments, each of which contains a plurality of nuclear fuel rods, these angle plates being arranged at such distances from each other that they form a moderator flow channel for the subcooled moderator along a substantial part of the length of the fuel device, which is characterized in that the said angle plates are attached to the outer cover by means of reinforcing rails, which are attached longitudinally to the central side walls of the cover, these reinforcing rails having a plurality of openings along their entire length for communication between the compartments.

De långsträckta vinkelplåtarna av metall som bildar den centrala korsformade vattenkanalen hålls på avstånd från varandra av i vinkelplåtarna anordnade utbuktningar utan genomgående hål. På detta sätt får man effektiva kylmedelkanaler och förbindelsen mellan de fyra separata bränsle- knippena hos anordningen utan behov av att bilda med tätningar försedda kanaler genom de långsträckta metallvinklar som bildar det centrala vatten- korset.The elongated angle plates of metal forming the central cross-shaped water channel are kept at a distance from each other by bulges arranged in the angle plates without through holes. In this way, efficient coolant channels and the connection between the four separate fuel bundles of the device are obtained without the need to form channels provided with seals through the elongate metal angles which form the central water cross.

Uppfinningen framgår närmare av följande beskrivning av en föredragen utföringsform enligt densamma, vilken som exempel aterges pà de bifogade ritningarna, där fig. 1 visar en kärnbränsieanordning enligt uppfinningen sedd från en sida, med delvis uppbruten kåpa, fig. 2 visar en detalj i anordningen enligt fig. l i större skala, fig. 3 är en tvärsektion av anordningen enligt fig. 1 utmed linjen Ill-III i fig. 1 i större skala, fig. 4 är en tvärsektion av en del av anordningen enligt fig. l utmed linjen IV- IV i fig. 3, fig. 5 är en tvärsektion genom en del av anordningen i fig. 1 utmed linjen V-V i fig. 4, fig. 6 är ett deltvärsnitt utmed linjen VI-VI i fig. 4, och figurerna 7-ll är deltvärsnitt genom olika utföranden av kylmedelsström- banor i en anordning enligt uppfinningen.The invention appears in more detail from the following description of a preferred embodiment according to the same, which is shown as an example in the attached drawings, where Fig. 1 shows a nuclear fuel device according to the invention seen from one side, with a partially broken cover, Fig. 2 shows a detail in the device according to Fig. 1 on a larger scale, Fig. 3 is a cross-section of the device according to Fig. 1 along the line III-III in Fig. 1 on a larger scale, Fig. 4 is a cross-section of a part of the device according to Fig. 1 along the line IV-III. IV in Fig. 3, Fig. 5 is a cross-section through a part of the device in Fig. 1 along the line VV in Fig. 4, Fig. 6 is a partial cross-section along the line VI-VI in Fig. 4, and Figs. 7-1 is a partial cross-section through different embodiments of coolant currents in a device according to the invention.

Fig. l-6 illustrerar en bränsleanordning 20 enligt uppfinningen, vilken innefattar en kåpa 22, som bildar en långsträckt yttre genomström- ningskanal, vilken sträcker sig utmed väsentligen hela bränsleanordningens 20 längd och förbinder ett övre ok 24 med en undre botten 26. Kåpan 22 är företrädesvis fäst vid botten 26 medelst en tunga-ränna-förbindelse, varvid 8301494-4 skruvar 28 i en hållarskena 30 används för att hàlla en vid undre änden av kåpan 22 förefintlig tunga i ett spår i botten 26. De yttre tvärdimensionerna vid undre änden av genomströmningskanalen är mindre för att ge en övergång mellan genomströmningskanalen och botten 26, så att ytterdimensionerna hos botten 26 inte skall behöva överskrida ytterdimensionerna hos kåpan 22 utmed längden av bränsleanordningen 20.. Botten 26, som tjänar som inlopp för kylmedel, har ett antal ben 32 för styrning av botten 26 och bränsleanord- ningen 20 in i en bärplatta för reaktorhärden eller exempelvis i bränsle- förradsställningar i en bassäng för förbrukat bränsle.Figs. 1-6 illustrate a fuel device 20 according to the invention, which comprises a housing 22, which forms an elongate outer flow channel, which extends along substantially the entire length of the fuel device 20 and connects an upper yoke 24 to a lower bottom 26. The housing 22 is preferably attached to the bottom 26 by means of a tongue-groove connection, wherein screws 28 in a holding rail 30 are used to hold a tongue present at the lower end of the cover 22 in a groove in the bottom 26. The outer transverse dimensions at the lower end of the flow channel is smaller to provide a transition between the flow channel and the bottom 26, so that the outer dimensions of the bottom 26 do not have to exceed the outer dimensions of the housing 22 along the length of the fuel device 20. The bottom 26, which serves as an inlet for coolant, has a number of legs. 32 for guiding the bottom 26 and the fuel device 20 into a support plate for the reactor core or, for example, in fuel storage racks in a b ashtray for spent fuel.

Enligt en viktig egenskap hos föreliggande uppfinning är ett antal, nämligen fyra, på avstånd från varandra anordnade och med öppningar försedda bårskenor 34 fästa vid och centralt anordnade med de fyra innerväg- garna hos den av kapan 22 bildade genomströmningskanalen, väsentligen utmed hela dess längd. Skenorna 34 och genomgenomströmnngskanalen är företrädesvis utförda av sådant metallmaterial som en legering av zirkon, vanligen benämnd zircaloy, och kan fast förbindas på vilket lämpligt sätt som helst, exempelvis medelst svetsning. Skenorna 34 används för anslutning av kåpan 22 till oket 24 medelst en laspinne 36, som går genom hål i oket 24 och övre änden av var och en av de fyra förstärkningsskenorna 34. Skenorna 34 utgör också stöd för fyra långsträckta, i stort sett L-formade vinkelplåtar 38, som sträcker sig i stort sett utmed hela bränsleanordningens 20 längd fran en övre ände 40 till en undre ände 42. Företrädesvis är de yttre avlanga ändarna åt sidorna på vinkelplatarna 38 fastsvetsade vid och utmed förstärkninga- skenorna, så att dessa hålls säkert på plats inom bränsleanordningen. När de är fästa vid förstärkníngsskenorna 34 bildar vinkelplåtarna 38 en inre, centralt belägen, korsformad kanal 44, som uppdelar bränsleanordningen 20 i fyra separata, avlånga avdelningar 46 och ger ett omrâde för genomströmning av underkyld moderator genom bränsleanordningens mitt för förbättring av neutronmoderering och ekonomi. lnom varje avdelning 46 förefinns ett separat bränsleknippe 48 med en mångfald, här sexton, bränslestavar 50 anordnade i ett 4x4-arrange- mang. Bränslestavarna 50 i varje knippe 48 är anordnade mellan en övre bärplatta 52 och en undre bärplatta 54. Företrädesvis är den övre bärplattan 52 utformad som en sammanhängande serie tunna stänger 56, som är fästa vid hylsor 58, som med glidpassning omger en utskjutande dcl av den övre ändplugrjeri 60 i varje bränslestav 50, så att en relativ axlell rörelse mellan den övre bärplattan 52 och bränslestavarna 50 möjliggörs. Företrädesvis har ........._....-._.. ._ 8301494-4 åtminstone två bränslestavar 50 i varje knippe 48 övre och undre ändpluggar, som har förlängda gängade ändar, vilka går genom den övre bärplattan 52 respektive den undre bårplattan 54 för anbringandet av stoppmuttrar 62 vid vardera änden, varigenom bärplattorna 52 och 54 förbinds med varandra vid knippets 48 ändar.According to an important feature of the present invention, a number, namely four, spaced apart and apertured support rails 34 are attached to and centrally arranged with the four inner walls of the flow channel formed by the cap 22, substantially along its entire length. The rails 34 and the flow-through channel are preferably made of such a metal material as an alloy of zircon, commonly called zircaloy, and can be firmly connected in any suitable manner, for example by welding. The rails 34 are used to connect the cover 22 to the yoke 24 by means of a welding pin 36, which passes through holes in the yoke 24 and the upper end of each of the four reinforcing rails 34. The rails 34 also form support for four elongate, substantially L- shaped angle plates 38 extending substantially along the entire length of the fuel assembly 20 from an upper end 40 to a lower end 42. Preferably, the outer elongate ends are welded to the sides of the angle plates 38 at and along the reinforcing rails so that they are held securely. in place within the fuel device. When attached to the reinforcing rails 34, the angle plates 38 form an inner, centrally located, cross-shaped channel 44, which divides the fuel assembly 20 into four separate, elongate compartments 46 and provides an area for flow of subcooled moderator through the fuel assembly center to improve neutron moderation and economy. Within each compartment 46 there is a separate fuel bundle 48 with a plurality, here sixteen, fuel rods 50 arranged in a 4x4 arrangement. The fuel rods 50 in each bundle 48 are disposed between an upper support plate 52 and a lower support plate 54. Preferably, the upper support plate 52 is formed as a continuous series of thin rods 56 attached to sleeves 58 which slidably project a projecting dcl of the upper end plugs 60 in each fuel rod 50, so that a relative axial movement between the upper support plate 52 and the fuel rods 50 is enabled. Preferably, ........._....-._ .. ._ 8301494-4 has at least two fuel rods 50 in each bundle 48 upper and lower end plugs having elongated threaded ends which pass through the upper the support plate 52 and the lower support plate 54, respectively, for the application of stop nuts 62 at each end, whereby the support plates 52 and 54 are connected to each other at the ends of the bundle 48.

, Dessutom är var och en av de övre bärplåtarna 52 försedd med en vertikal styrpinne 64, som går med glidpassning genom öppningar i det övre oket 24 och medger en relativ axiell rörelse mellan knippena 48 och kåpan 22 och också förhindrar sidorörelser hos knippena 48.In addition, each of the upper support plates 52 is provided with a vertical guide pin 64, which slides through openings in the upper yoke 24 and allows a relative axial movement between the bundles 48 and the housing 22 and also prevents lateral movements of the bundles 48.

En viktig egenskap hos uppfinningen utgör en mångfald öppningar 66, som är anordnade genom förstärkningsskenorna 34 utmed hela deras längd, för att ge inre strömningsbanor för kylmedel mellan de fyra separata knippena 48, för utjämning av hydrauliska tryck mellan de fyra åtskilda avdelningarna 46 och bränsleknippen 48 hos bränsleanordningen 20, varigenom möjligheten för termisk-hydrodynamisk instabilitet mellan de separata bränsleknippena 48 undviks. Kylmedelsströmningen genom öppningarna 66 passerar förbi det centrala korset 44 och minskar därmed möjligheten till blandning av kokvätska från en eller flera av de fyra avdelningarna 46 med den underkylda moderator som strömmar genom det centrala korset 44.An important feature of the invention is a plurality of openings 66, which are arranged through the reinforcing rails 34 along their entire length, to provide internal flow paths for coolant between the four separate bundles 48, for equalizing hydraulic pressures between the four separate compartments 46 and the fuel bundles 48. of the fuel assembly 20, thereby avoiding the possibility of thermal-hydrodynamic instability between the separate fuel bundles 48. The coolant flow through the openings 66 passes the central cross 44 and thereby reduces the possibility of mixing cooking liquid from one or more of the four compartments 46 with the subcooled moderator flowing through the central cross 44.

Enligt en annan viktig egenskap hos uppfinningen förefinns en mångfald utbucklingar 68 i vinkelplåtarna 38 utmed hela deras längd.According to another important feature of the invention, there are a plurality of dents 68 in the angle plates 38 along their entire length.

F öreträdesvis är utbucklingarna 68 i plåtarna 38 i sidled och vertikalt anordnade i linje med motsvarande utbucklingar 68 i närbelägna plåtar 38 (fig. 2-4 och 6) för att ge par av motstående utbucklingar 68, som ligger i kontakt med varandra utmed plåtarnas 38 längd för att halla de varandra motstående delarna av plåtarna 38 på rätt avstånd från varandra. Om man så vill kan par av med varandra i beröring varande utbucklingar 68 vara punktsvetsade till varandra, så att avståndet mellan plåtarna 38 noggrant bibehålls.Preferably, the bulges 68 in the plates 38 are laterally and vertically arranged in line with the corresponding bulges 68 in adjacent plates 38 (Figs. 2-4 and 6) to give pairs of opposite bulges 68 which are in contact with each other along the plates 38. length to keep the opposite portions of the plates 38 at a proper distance from each other. If desired, pairs of bumps 68 in contact with each other may be spot welded to each other so that the distance between the plates 38 is accurately maintained.

De öppningar 66, som bildar kylmedelskanaler mellan de fyra separata avdelningarna 46 ges vilken önskad form som helst, exempelvis oval (fig. 1-4), avlång (fig. 7), ovala utsnitt i förstärkningsskenorna 34 (fig. 8), avlånga slitsar i skenorna 34 (fig. 9), vertikalt i linje med varandra och på avstånd från varandra runda hål med förhållandevis stor diameter (fig. 10), eller runda hål med förhållandevis liten diameter och förskjutna i förhållande till varandra (fig. ll). Den precisa formen och antalet hål 66 genom skenorna 34 bör väljas med hänsyn till specifika termiska, hydrauliska, mekaniska och 8301494-4 kärntekniska egenskaper hos en ifrâgakommande bränslestavanordning, även med hänsyn tagen till. tillverkningsförhàllanden.The openings 66 which form coolant channels between the four separate compartments 46 are given any desired shape, for example oval (Figs. 1-4), oblong (Fig. 7), oval sections in the reinforcing rails 34 (Fig. 8), oblong slots in the rails 34 (Fig. 9), vertically in line with each other and at a distance from each other round holes of relatively large diameter (Fig. 10), or round holes of relatively small diameter and offset relative to each other (Fig. 11). The precise shape and number of holes 66 through the rails 34 should be selected with regard to specific thermal, hydraulic, mechanical and nuclear properties of a fuel rod device in question, also taking into account. manufacturing conditions.

Pâ detta sätt har effektiva kanaler för kylmedel och flödesför- bindelser åstadkommits mellan de fyra separata bränsleknippena 48 i bränsle- stavanordnlngen 20 utan behov av med speciella tätningar försedda passagen' genom de fyra plåtar 38, som tillsammans bildar den centrala genomström- ningskanalen 41:.In this way, efficient channels for coolant and flow connections have been provided between the four separate fuel bundles 48 in the fuel rod device 20 without the need for the passage provided with special seals' through the four plates 38, which together form the central flow channel 41 :.

Claims

88501494-4 6 PATENT REQUIREMENTS

A nuclear fuel device comprising an outer housing (22), which forms a flow channel (44) divided by angle plates (38) into a plurality of separate, elongate inner compartments (46), each containing a plurality of nuclear fuel rods (48), these angle plates are arranged at such a distance from each other that they form a moderator flow channel for subcooled moderator along a substantial part of the length of the fuel device, characterized in that said angle plates (38) are attached to the outer cover (22) by means of reinforcing rails (34), which are attached longitudinally to the centric side walls of the housing (22), the reinforcing rails (34) being provided with a plurality of openings (66) arranged therein along their entire length for communication between the compartments (46).

Device according to claim 1, characterized in that said openings (66) are substantially oval slippery.

Device according to claim 1, characterized in that said openings (66) are round holes, which are offset laterally along the length of the reinforcing rails.

Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the moderator flow channel formed by said angle plates (38) consists of four elongate, separate inner compartments (46), each containing a plurality of nuclear fuel rods (50).

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle plates (38) are provided with a plurality of dents (68) projecting towards and in contact with dents (68) on opposite parts of adjacent angle plate (38) for ensuring the intended distance between opposing angle plates (38).