DE102011003462B3

DE102011003462B3 - Vorrichtung zum Ziehen eines Brennelementes aus einem Kern eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE102011003462B3
Application number: DE102011003462A
Authority: DE
Inventors: Theo Käufl; Josef Forster; Uwe Mades; Konrad Meier-Hynek
Original assignee: Areva NP GmbH
Current assignee: Framatome GmbH
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-02-02

Abstract

Eine Vorrichtung zum Ziehen eines Brennelementes (14a, b, c) aus einem Kern (2) eines Kernreaktors, das sich in einer Position unterhalb einer in einer Arbeitsposition über dem Kern (2) angeordneten Brennelement-Wechselmaschine (10) befindet, enthält einen Mast (18), der Anschlagmittel (17) zum Aufhängen am Kranhaken eines Gebaudekrans (16) umfasst. An dem von den Anschlagmitteln (17) abgewandten Ende des Mastes (18) ist ein sich senkrecht zur Langsachse (20) des Mastes (18) erstreckender unterer Ausleger (22) fixiert, an dem beabstandet von der Längsachse (20) des Mastes (18) ein Greifwerkzeug (26) zum Ziehen des Brennelementes (14a, b, c) parallel zu dieser Längsachse (20) höhenverstellbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ziehen eines in einem Kern eines Kernreaktors befindlichen Brennelementes.
Aus zahlreichen Inspektionsresultaten ist es bekannt, dass sich die Brennelemente eines Druckwasserkernreaktors im Laufe ihrer Einsatzdauer in Abhängigkeit von ihrer Position im Kern verbiegen. Ursachen hierfür konnen beispielsweise Anisotropien in der thermischen Längenausdehnung, ein durch radioaktive Strahlung induziertes Längenwachstum der Brennstabhüllrohre oder der Steuerstabführungsrohre oder Strömungskrafte sein, die durch quer zur Langsachse der Brennelemente gerichtete Ausgleichsströmungen erzeugt werden. Diese Durchbiegungen können zu Problemen beim Brennelementwechsel führen.
So kann es im ungunstigsten Fall vorkommen, dass sich ein Brennelement beim Be- oder Entladevorgang mit einem in einer unmittelbar benachbarten Position befindlichen Brennelement verhakt, so dass der Ladevorgang abgebrochen werden muss, um eine Beschädigung des Brennelementes und eine damit möglicherweise verbundene Freisetzung radioaktiver Substanzen zu verhindern. Das Brennelement muss dann mit geeigneten Werkzeugen auf aufwendige Weise befreit werden, um einen weiteren Betrieb der Kraftwerksanlage zu ermöglichen.
Um ein solches festsitzendes Brennelement zu befreien, ist es im Stand der Technik bekannt, ein in einer Nachbarposition befindliches Element, bei dem es sich um ein Brennelement oder um ein Brennelement-Dummy (im nachfolgenden Text wird vereinfacht nur der Begriff „Brennelement” verwendet) handeln kann, mit Hilfe eines sogenannten Brennelement-Einfachgreifers zu ziehen, um auf diese Weise den vorhandenen Freiraum zu vergrößern. Problematisch hierbei ist, dass sich eine solche Nachbarposition zwangsläufig unterhalb der durch das festsitzende Brennelement blockierten Brennelement-Wechselmaschine befindet, so dass diese Nachbarposition nur mit Hilfe einer aufwendigen, unterhalb der Brennelement-Wechselmaschine eingezogenen Gerustbühne erreichbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ziehen eines im Kern eines Kernreaktors befindlichen Brennelementes anzugeben, mit der unter Beachtung der Konformitat mit den kerntechnischen Auslegungsrichtlinien ein Brennelement mit technisch geringem Aufwand und sicher auch aus einer unterhalb der Brennelement-Wechselmaschine befindlichen Position gezogen werden kann.
Die genannte Aufgabe wird gemaß der Erfindung gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthalt die Vorrichtung einen Mast, der Anschlagmittel zum Aufhangen am Kranhaken eines Gebaudekranes umfasst, und an dessen von den Anschlagmitteln abgewandten Ende ein sich senkrecht zur Längsachse des Mastes erstreckender unterer Ausleger fixiert ist, an dem beabstandet von der Längsachse des Mastes ein Greifwerkzeug zum Ziehen des Brennelementes parallel zu dieser Längsachse hohenverstellbar gelagert ist.
Durch diese Maßnahme ist es mit geringem Aufwand und unter Einhaltung kerntechnischer Auslegungsregeln möglich, ein Brennelement zu ziehen, das sich in einer Position unterhalb einer in einer Arbeitsposition uber dem Kern angeordneten Brennelement-Wechselmaschine, d. h. unterhalb der blockierten Brennelementwechselmaschine befindet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird das auf das in den Figuren wiedergegebene Ausführungsbeispiel verwiesen. Es zeigen:
1 bis 4 die Vorrichtung gemäß der Erfindung jeweils in einer schematischen Prinzipdarstellung bei einem Entladevorgang in unterschiedlichen Arbeitspositionen.
5 ein in der erfindungsgemaßen Vorrichtung verwendetes Greifwerkzeug in einem Langsschnitt.
1 zeigt eine Betriebssituation beim Beladen oder Entladen eines Kernes 2 eines Reaktordruckbehälters 4. Uber einem Reaktordruckbehalterbecken 6 und einem daneben befindlichen Brennelementlagerbecken 7 ist eine drehbare Brücke 8 angeordnet, entlang der eine Brennelement-Wechselmaschine 10 verfahren werden kann. In der Figur ist eine Situation dargestellt, in der die Brennelement-Wechselmaschine 10 über dem Kern 2 positioniert und ist mit einem in einem Teleskopmast 12 verfahrbaren Greifwerkzeug ein Brennelement 14a teilweise aus dem Kern 2 in eine Zwischenposition gezogen hat, in der es festsitzt und nicht mehr weiter aus dem Kern 2 herausgezogen werden kann. Auf diese Weise ist die Brennelement-Wechselmaschine 10 in der gegenwartigen Position auf der BruBrücke 8 blockiert, so dass der Kern 2 nicht mehr unmittelbar von oben zugänglich ist.
Um ein solches festsitzendes Brennelement 14a zu befreien, ist es grundsatzlich bekannt, ein oder mehrere benachbarte Brennelemente 14b, c zu ziehen, die sich in einer unmittelbaren Nachbarposition (14c) oder in einer durch eine oder mehrere Reihen bzw. Spalten entfernten Nachbarposition (14b) befinden, um auf diese Weise den verfugbaren Freiraum zu vergrößern und das mit einem unmittelbar benachbarten Brennelement 14c verhakte Brennelement 14a befreien zu können. Hierzu wurde das geflutete Reaktordruckbehalterbecken 6 teilweise entleert und unterhalb der Brennelement-Wechselmaschine 10 eine Hilfsbrucke eingezogen, von der aus mit Spezialwerkzeugen benachbarte Brennelemente 14b, c aus dem Kern 2 gezogen werden konnten.
Gemaß der Erfindung ist nun abweichend hiervon vorgesehen, mit Hilfe eines im Kraftwerk vorhandenen Gebäudekrans 16 neben der Brennelement Wechselmaschine 10 einen mit Anschlagmitteln 17 zum Aufhangen am Kranhaken des Gebäudekrans 16 versehenen Mast 18 zu positionieren, an dessen unterem, von den Anschlagmitteln 17 abgewandten Ende ein sich senkrecht zur Langsachse 20 des vertikal ausgerichteten Mastes 18, d. h. sich horizontal erstreckender unterer Ausleger 22 fixiert ist, der mit seinem freien Ende 24 unterhalb der Brennelementwechselmaschine 10 in unmittelbarer Nahe des Lademastes 12 der Brennelement-Wechselmaschine 10 positioniert werden kann. An diesem Ausleger 22 ist beabstandet von der Längsachse 20 des Mastes 18, vorzugsweise am freien Ende 24 des unteren Auslegers 22, ein Greifwerkzeug 26 zum Ziehen eines in einer Nachbarposition zum Brennelement 14a im Kern 2 befindlichen Brennelementes 14b parallel zur vertikal ausgerichteten Längsachse 20 höhenverstellbar gelagert.
Das Greifwerkzeug 26 ist hierzu an einem Seil 27 aufgehängt, das uber im unteren Ausleger 22 angeordnete Umlenkrollen 28 zu einer Seilwinde 29 geführt ist, die ausgehend von einer am Mast 18 positionierbaren, entlang der Brücke 8 verfahrbaren Arbeitsbühne 30 von Bedienpersonal bedient werden kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlagmittel 17 an einem am oberen Ende des Mastes 18 angeordneten, sich senkrecht zur Längsachse des Mastes sich erstreckenden oberen Ausleger 38 beabstandet zur Längsachse 20 des Mastes 18 fixiert. Am freien Ende des oberen Auslegers 38 ist außerdem ein Ausgleichsgewicht 42 angeordnet, das zur Kompensation eines durch die von der Langsachse 20 des Mastes 18 beabstandete Anordnung der Anschlagmittel 17 auftretende, senkrecht zu der vom Mast 18, dem unteren und dem oberen Ausleger 22 bzw. 38 aufgespannten Ebene (Zeichenebene) orientierten Drehmomentes dient.
In der 1 ist eine Situation dargestellt, bei dem der Mast 18 nahe an die Brennelement-Wechselmaschine 10 und damit der Ausleger 22 nahe an den Lademast 12 herangefahren und das Greifwerkzeug 26 sich in einer Ausgangsposition über dem zu ziehenden Brennelement 14b befindet. Zur Bedienung des Greifwerkzeugs erforderliche Hilfsmittel wie Unterwasserkamera und Beleuchtung sind dabei in den 1–4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
2 zeigt das Greifwerkzeug 26 in einer darauffolgenden Arbeitsposition, in der es am Kopf des übernächsten Brennelementes 14b eingehakt ist und beginnt dieses aus dem Kern 2 herauszuziehen.
In der in 3 dargestellten Arbeitsposition ist das Brennelement 14b aus dem Kern 2 gezogen und kann uber eine Schleuse 32 in das Brennelementlagerbecken 7 verbracht werden, um dort gemäß 4 in eine leere Position eines Brennelement-Lagergestells 36 eingesetzt zu werden.
In 5 ist das Greifwerkzeug 26 in einem Längsschnitt veranschaulicht. Es umfasst eine obere Flanschplatte 50, mit der es an am Seil 27 (1) befestigt werden kann. An dieser Flanschplatte 50 ist ein feststehendes hohlzylindrisches Basisteil 52 fixiert, in dem eine erste Welle 54 zwischen zwei Anschlagpositionen drehbar gelagert ist. Am Außenumfang der Welle 54 ist ein Zahnkranz 56 fixiert, in den ein an der Welle eines Drehantriebs 58 angeordnetes Ritzel 60 eingreift. Die erste Welle 54 ist an ihrem dem Basisteil 52 abgewandten Ende mit einem Flansch 62 versehen, an dem über Bolzen 64 drehfixiert und vom Flansch 62 beabstandet eine obere Flanschplatte 66 eines hohlzylindrischen Endstücks 68 koaxial zur ersten Welle 54 angeordnet ist. Das hohlzylindrische Endstück 68 umfasst an seinem der oberen Flanschplatte 66 abgewandten freien Ende eine untere Flanschplatte 70, an der einander gegenüberliegend Zentrierdorne 72 angeordnet sind, die in entsprechende, diagonal einander gegenüberliegende Zentrierbohrungen im Kopfteil eines Brennelementes eingebracht werden können, so dass in der Schnittdarstellung gemäß 5, die bei korrekt ausgerichtetem Greifwerkzeug 26 parallel zu einer Seitenflache des Brennelementes verläuft, nur einer der beiden Zentrierdorne 72 sichtbar ist.
Durch Drehbewegung der oberen Welle 54 können nun die beiden Zentrierdorne 72 exakt auf die einander diagonal gegenüberliegenden an den Ecken des Kopfteiles eines Brennelementes angeordnete Zentrierbohrungen ausgerichtet werden.
An der unteren Flanschplatte 70 sind außerdem vier Klinken 74 schwenkbar um eine senkrecht zur Längsachse 76 des Greifwerkzeuges 36 und damit senkrecht zur Drehachse der Welle 54 orientierte Schwenkachse 78 gelagert.
Am Flansch 62 der ersten Welle 54 ist ein Lagergehäuse 80 drehfixiert angeordnet, in dem eine zweite Welle 82 drehbar relativ zur ersten Welle 54 und damit drehbar zum hohlzylindrischen Endstuck 68 gelagert ist. Die zweite Welle 82 erstreckt sich durch das hohlzylindrische Endstuck 68 und kann mit einem an der oberen Flanschplatte 66 befestigten Drehantrieb 84 ebenfalls zwischen zwei Anschlagpositionen positioniert werden. Hierzu ist an der zweiten Welle 82 in einem Abschnitt zwischen Lagergehause 80 und oberer Flanschplatte 66 ein Zahnkranz 86 montiert, der mit einem Ritzel 88 des Drehantriebs 84 kammt.
Am unteren Ende der unteren Welle 78 ist eine aus dem hohlzylindrischen Endstück 68 vorstehende Kulissenscheibe 90 angeordnet, in der in jeweils eine Klinke 74 eingreifende Zapfen 92 derart geführt sind, dass durch Drehbewegung der Kulissenscheibe 90 eine in Radialrichtung erfolgende Schwenkbewegung der Klinken 74 herbeigeführt wird, die die oberen Randstege des Kopfteiles des Brennelementes untergreifen, so dass dieses nach oben gezogen werden kann. Durch entgegengesetzte Drehung der Kulissenscheibe 90 kann dieser Eingriff bei im Brennelementlagergestell abgesetztem Brennelement wieder gelöst werden.

Claims

Vorrichtung zum Ziehen eines Brennelementes (14a, b, c) aus einem Kern (2) eines Kernreaktors, das sich in einer Position unterhalb einer in einer Arbeitsposition über dem Kern (2) angeordneten Brennelement-Wechselmaschine (10) befindet, mit einem Mast (18), der Anschlagmittel (17) zum Aufhängen am Kranhaken eines Gebäudekrans (16) umfasst und an dessen von den Anschlagmitteln (17) abgewandten Ende ein sich senkrecht zur Längsachse (20) des Mastes (18) erstreckender unterer Ausleger (22) fixiert ist, an dem beabstandet von der Längsachse (20) des Mastes (18) ein Greifwerkzeug (26) zum Ziehen des Brennelementes (14a, b, c) parallel zu dieser Längsachse (20) höhenverstellbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Greifwerkzeug (26) am freien Ende (24) des unteren Auslegers (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Anschlagmittel (17) beabstandet vom Mast (18) an einem senkrecht zur Längsachse (20) des Mastes (18) sich erstreckenden oberen Ausleger (38) fixiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Anschlagmittel (17) und das Greifwerkzeug (26) annähernd im selben Abstand von der Längsachse (20) des Mastes (18) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Anschlagmittel (17) beabstandet vom freien Ende des oberen Auslegers (38) angeordnet sind und am freien Ende des oberen Auslegers (38) ein Ausgleichsgewicht (42) zur Kompensation eines durch die von der Längsachse (20) des Mastes (18) beabstandete Anordnung der Anschlagmittel (17) auftretenden, senkrecht zu der vom Mast (18) und den Auslegern (22, 38) aufgespannten Ebene orientierten Drehmomentes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Länge des Mastes (18) zumindest größer ist als die Bauhöhe der Brennelement-Wechselmaschine.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Greifwerkzeug (26) an einem Seil (27) höhenverstellbar an einer Seilwinde (29) angelenkt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Greifwerkzeug (26) ein am Seil (27) fixiertes Basisteil (52) umfasst, an dem drehbar um eine Längsachse (76) des Greifwerkzeugs (26) eine erste Welle (54) gelagert ist, an der an ihrem vom Basisteil (52) abgewandten freien Ende zwei Zentrierdorne (72) und eine Mehrzahl von Klinken (74) angeordnet sind, wobei einer der Zentrierdorne (72) in Axialrichtung ausfahrbar ist und die Klinken (74) in Radialrichtung schwenkbar an dem freien Ende gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der an der ersten Welle (54) drehbar um diese eine zweite Welle (82) gelagert ist, an deren freiem Ende eine Kulissenscheibe (90) angeordnet ist, in der in jeweils eine Klinke (74) eingreifende Zapfen (92) derart geführt sind, dass durch Drehung der Kulissenscheibe (90) eine Schwenkbewegung der Klinken (74) herbeigeführt wird.