DE4235679C2 - Gerät zum Einsetzen von Brennstäben in ein Brennelement (Kernbrennelementanordnung) für Kernreaktoren - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Einsetzen von Brennstäben in ein Brennelement (Kernbrennelementanordnung) für Kernreaktoren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine herkömmliche Brennelementanordnung ist beispiels­ weise in der US-PS 50 68 081 beschrieben und in der anliegenden Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 jeweils Deck- und Bodendüsen bzw. Abschlußteile, die vertikal angeordnet und gegenseitig beabstandet sind, wobei zwischen der Deckdüse (Deck-Abschlußteil) 1 und der Bodendüse (Boden-Abschlußteil) 2 mehrere fest angebrachte Steuerstab-Führungsrohre 3 (im folgenden auch als Führungsrohre 3 bezeichnet) vorhanden sind. Im mittleren Abschnitt der Führungsrohre 3 ist eine Vielzahl von Gittern 4 vertikal angeordnet und gegenseitig beabstandet.

Die Gitter 4 sind, wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, durch eine Vielzahl von Streifen 7 gebildet, die aus dünnen Metallstreifen mit in ihrer Längsrichtung ausgebildeten Schlitzen 8 hergestellt sind, wobei die Schlitze 8 zur Bil­ dung von Gittern miteinander verriegelt bzw. in Eingriff gebracht werden. In den in den Gittern gebildeten Gitterzellen 5 sind eine Vertiefung (oder ein Vorsprung) 9 und eine Feder 10 an jeder der gegenüberliegenden Wände der Gitterzellen 5 vorhanden. Ein in eine Gitterzelle 5 eingeführter Brennstab 6 wird durch die Feder 10 gegen den Vorsprung 9 gedrückt, wodurch der Brennstab 6 fest in der Gitterzelle 5 gehalten wird.

Ein Verfahren zum Einführen eines Brennstabs 6 in eine Gitterzelle 5 ist beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer (Kokai) H2-181,699 bekannt. Dort wird eine Schlüsseleinrichtung zur Deaktivierung der Feder 10 eingesetzt und die Spitze eines Brennstabs 6 wird mittels einer Einzieheinrichtung ergriffen, die dann das Einziehen des Brennstabs 6 in die Gitterzelle 5 ermöglicht.

Jedoch bereiten solche Verfahren Probleme aufgrund der Notwendigkeit einer Einzieheinrichtung und anderer zugehöriger Steuereinrichtungen. Weiterhin führt die Komplexität der Einrichtungen dazu, daß die Betriebsvorgänge mühsam und langwierig werden.

Aus der EP 0 138 711 A2 ist ein Gerät zum Einsetzen von Brennstäben in ein Brennelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Das Brennelement enthält eine Mehrzahl von Brennstäben, die in Gittern gehalten sind und zur Erneuerung des Brennelementgerüsts aus diesem herausgezogen und in ein neues Brennelementgerüst eingeführt werden können. Die Demontage erfolgt mit Hilfe einer Hebebühne und entsprechender Halteelemente.

In der DE 39 38 163 A1 ist ein Gitter für ein Brennelement und ein Verfahren zum Zusammenbauen des Gitters erläutert. Die Brennstäbe werden in die Gitterzellen der Gitter eingeschoben, während Haltefedern in ihre inaktive Position verlagert sind. Anschließend werden die Haltefedern wieder freigegeben und halten die Brennstäbe in den Gitterzellen der Gitter fest.

Aus der EP 0 337 808 A1 ist ein Gerät zum Einbringen von Brennstäben in einen Zwischenlagebehälter bekannt, dem die Brennstäbe derart in einen Zwischenbehälter eingebracht werden, daß ihr gegenseitiger Abstand geringer ist als in einem aktiven Brennelement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Einsetzen von Brennstäben in ein Brennelement zu schaffen, das einfachen mechanischen Aufbau besitzt und eine effiziente Einführung der Brennstäbe in die Gitter derart ermöglicht, daß die Gefahr von Oberflächenbeschädigungen der Brennstäbe minimal ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich, die Brennstäbe in die Gitter einzuführen, indem zunächst die Gitter in den Gitterstützrahmen angeordnet werden, wobei es durch einfaches Betätigen der fluidbetriebenen Beschickungszylinder möglich ist, die ausgewählten Brennstäbe aus dem Brennstabmagazin in Richtung der Gitter zu drücken und die Brennstäbe unter Abstützung durch die Stützwalzen in die entsprechenden Gitterzellen einzuführen. Der Zusammenbau benötigt daher lediglich den Betrieb der druckbetriebenen Lade- oder Beschickungszylinder in Verbindung mit den Stützwalzen und einem Brennstabmagazin, das die Mehrzahl von Brennstäben hält. Der Aufbau des Geräts ist demzufolge verglichen mit einem herkömmlichen Gerät wie etwa dem System mit Einziehstäben beträchtlich vereinfacht.

Auch der Bedienungs- bzw. Betriebsablauf ist entsprechend vereinfacht, da die Notwendigkeit komplexer Vorgänge wie etwa des Ergreifens der Brennstäbe entfällt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrie­ ben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Geräts,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Brenn­ elements,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Streifens, der bei der Bildung der Gitterzellen der Gitter eingesetzt wird,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Brennelements, das eine Mehrzahl von Brennstäben und eine Mehrzahl von Füh­ rungsrohren enthält, die das Element bzw. die Anordnung zu­ sammenhalten, und

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht einer einen Brenn­ stab fest darin haltenden Gitterzelle.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei der folgenden Erläute­ rung sind die Komponentenabschnitte, die mit dem herkömmli­ chen Brennelement übereinstimmen, mit denselben Bezugszahlen versehen und werden nicht nochmals beschrieben. Bei den nachfolgenden Ausführungen ist die Richtung jeweils auf die Wander- oder Transportrichtung der Brennstäbe bezogen, die in Längsrichtung von links nach rechts in den Figuren wandern. Daher wird die linke Seite eines Komponentenab­ schnitts als Eintrittsseite und dessen rechte Seite als Aus­ trittsseite bezeichnet.

Das Gerät umfaßt:
ein Brennstabmagazin 20 rechteckförmiger Rohrgestalt, in dem eine Mehrzahl von luftbetriebenen Lade- bzw. Beschickungszylindern 21 (im folgenden auch als Luft-Zylinder bezeichnet) mit kürzerer Länge als die Brennstäbe 6 untergebracht sind, die koaxial mit den Brennstäben 6 angeordnet und in gleicher Anzahl wie diese vorgesehen sind,
Brennstäbe 6, die im Magazin 20 koaxial mit den Luft-Zy­ lindern 21 untergebracht sind und durch die Luft-Zylinder 21 in einer Richtung (nach rechts in Fig. 1) gedrückt werden,
eine Vielzahl von Gitterstützrahmen 30 (im folgenden auch als Gitterstützen 30 bezeichnet), die in Richtung der Brennstäbe 6 beabstandet sind und zum frei abnehmbaren Halten von Git­ tern 4 derart, daß die Gitterzellen 5 in die Richtung der Brennstäbe 6 weisen, dienen,
eine Vielzahl von Brennstab-Stützwalzen 40, die an einer jeweiligen Eintrittsseite der Gitterstütze 30 (d. h. zwischen einem Stützrahmen 30 und dem Brennstabmagazin 20) angeordnet sind und eine unterseitige Stützung der aus dem Brennstabmagazin 20 austretenden und in die Gitterzellen 5 eintretenden Brennstäbe 6 bereitstellen, um ein Durchhängen der Brenn­ stäbe 6 zu vermeiden,
eine Expander-Aufspannvorrichtung (expander jig) 50, die in das Innere des Raums der an den Gitterzellen 5 angeord­ neten Führungsrohre 3 eingeführt wird und zur Ausbauchung des oder der Führungsrohre 3 eingesetzt wird,
einer Anhebeeinrichtung 60, die nicht nur die Gitter­ stütze 30 stützt, sondern auch die Funktion des Anhebens des Brennelements in eine vertikale Position durchführt, wenn der Zusammenbau beendet ist, und
einen Anschlag 70, der sich an der Austrittsseite (der rech­ ten Seite in Fig. 1) der Gitterstütze 30 befindet, die am weitesten ent­ fernt vom Brennstabmagazin 20 angeordnet ist.

An der Eintrittsseite (linke Seite in Fig. 1) des Brennstab­ magazins 20 ist eine Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 angeordnet, an der über Versorungsleitungen 23a, 23b eine Luftversorgungseinheit oder Luftquelleneinheit 23 zur Zufüh­ rung von Luft mit einem gegebenen Druck zur Luftversorgungs- Schalteinrichtung 22 angebracht ist.

Die Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 ist derart aufge­ baut, daß die von der Luftquelleneinheit 23 zugeführte Luft selektiv den Luft-Zylindern 21 zugeführt werden kann, um ausgewählte Brennstäbe 6 im Brennstabmaga­ zin 20 nach außen zu drücken.

Die an der Austrittsseite des Brennstabmagazins 20 angeord­ neten Stützwalzen 40 bestehen aus einer Leerlaufwalze 41 und einer Antriebswalze 42, die am oberen Bereich einer Stützba­ sis 61 der Anhebeeinrichtung 60 angeordnet ist.

Die Leerlauf- oder Mitläuferwalze 41 weist einen diese frei drehbar tragenden Mitläufer-Rahmen 41a, eine eine frei bewegliche vertikale Stütze für den Rahmen 41a bereitstellende, mit Gewinde versehene Stütze 41b und einen Mitläufer-Zylinder 41d auf, der die mit Gewinde verse­ hene Stütze 41b über eine Basisplatte 41c quer zur Richtung der Brennstäbe 6 bewegt.

Die Antriebswalze 42 wird frei drehbar durch einen Antriebs­ walzen-Rahmen 42a gehalten, der am Seitenbereich der Stütz­ basis 61 der Anhebeeinrichtung 60 angeordnet ist, und wird durch eine externe Leistungs- bzw. Antriebseinheit angetrie­ ben. Der Antriebswalzen-Rahmen 42a ist vertikal frei beweg­ lich mittels einer mit Gewinde versehenen Stütze 42b gehal­ ten.

Das Spitzenende (linkes Ende in Fig. 1) jeder Expander-Auf­ spannvorrichtung 50 ist mit einer bekannten Ausbauchungsein­ richtung zum Ausbauchen des Führungsrohres 3 versehen. Die Aufspannvorrichtungen sind in der Richtung der Brennstäbe 6 frei bewegbar an der Aufspannvorrichtungs-Basis 51 angeord­ net, so daß sie ins Innere der Führungsrohre 3 eingeführt werden können.

Die Anhebeeinrichtung 60 weist eine an der Austrittsseite (rechts in Fig. 1) des Brennstabmagazins 20 angeordnete und sich in Richtung der Brennstäbe 6 erstreckende drehende Ba­ sisplatte 61 und eine unterhalb des eintrittsseitigen Endes der drehenden Basis 61 angeordnete Dreheinrichtung 62 zum Drehen der Anhebeeinrichtung 60 aus einer horizontalen Posi­ tion in eine vertikale Position auf.

Der Anschlag 70 umfaßt eine rechteckförmige Positionier­ platte 71, die an der Austrittsseite der am weitesten vom Brennstabmagazin 20 entfernten Gitterstütze 30 angeordnet ist, und einen Anschlag-Zylinder 72, der die Positionier­ platte 71 in Querrichtung bewegt.

Im folgenden wird der Betrieb des den vorstehend beschriebe­ nen Aufbau besitzenden Geräts erläutert.

In jeder Gitterstütze 30 wird ein Gitter 4 derart instal­ liert, daß die Gitterzellen 5 in die Richtung der Brennstäbe 6 weisen. Dann wird ein Schlüssel in jede der Gitterzellen 5 eingeführt, um die Federn 10 zu deaktivieren. Mit Hilfe der mit Gewinde versehenen Stützen 41b, 42b wird das oberseitige Ende der Stützwalzen 41, 42 so eingestellt, daß es ungefähr in derselben Höhe wie die höchsten Gitterzellen 5 oder die Gitter 4 liegt.

Anschließend wird der Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 Luft mit einem gewählten Druck von der Luftquelleneinheit 23 zugeführt und dann der Luftdruck lediglich an diejenigen Luft-Zylinder 21 angelegt, die in der obersten Ebene des Brennstabmagazins 20 angeordnet sind.

Hierbei werden lediglich die Brennstäbe 6, die in der ober­ sten Ebene des Brennstabmagazins 20 liegen, in Richtung der Gitter 4 vorwärtsbewegt.

Die vorgeschobenen Brennstäbe 6 werden an ihrer Unterseite durch die Mitläuferwalze 41 gestützt und in die entsprechen­ den Gitterzellen 5 des Gitters 4 eingeführt. Die Brennstäbe 6 werden dann mittels der Antriebswalzen 42 gehalten und weiter vorwärts angetrieben und treten in die Gitterzellen 5 des nächsten Gitters 4 ein.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es möglich, ein durch ihr Eigengewicht hervorgerufenes Herabsacken der Spitzen der aus dem Brennstabmagazin 20 zu den Gittern 4 vorwärtstransportierten Brennstäbe 6 durch die Abstützungen zu vermeiden, die durch die Mitläuferwalze 41 sowie die An­ triebswalzen 42 bewirkt werden. Wenn die Spitze eines Brenn­ stabs 6 die Möglichkeit eines Absackens hätte, bestünde die Gefahr der Einführung feiner Kratzer bzw. Risse an der Ober­ fläche des Brennstabs 6 aufgrund der mechanischen Interfe­ renz bzw. Berührung des Brennstabs mit den die Gitter 4 bil­ denden Streifen 7. Bei dem vorstehend erläuterten Ausfüh­ rungsbeispiel des Geräts ist das Auftreten einer solchen Si­ tuation vorteilhafterweise vermieden, wodurch die Qualität des Brennelements verbessert wird.

Die obersten Brennstäbe 6 werden folglich fortschreitend in die Gitterzellen 5 der verschiedenen Gitter 4 eingeführt und die Spitzen der Brennstäbe gelangen in Anschlag mit der Po­ sitionierplatte 71 des Anschlags 70, wodurch die obersten Brennstäbe 6 im Brennelement positioniert sind.

Nachfolgend wird die Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 erneut betrieben und der an die ober­ sten Zylinder 21 angelegte Luftdruck abgeschaltet. Daraufhin werden die mit Ge­ winde versehenen Schrauben 41b, 42b abgesenkt, um den oberen Abschnitt der Walzen 41, 42 mit der zweitobersten Ebene der Gitterzellen 5 der Gitter 4 auszurichten.

Durch Betätigung der Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 wird anschließend der Luftdruck an die Zylinder 21 angelegt, die in der zweiten Ebene bzw. Lage des Brennstabmagazins 20 angeordnet sind. Unter Befolgung desselben Ablaufs, wie bei den Brennstäben 6 der obersten Ebene bzw. Lage beschrieben wurde, werden die Brennstäbe 6 der zweiten Ebene in die je­ weiligen Gitterzellen 5 der Gitter 4 eingeführt.

Durch Wiederholung der vorstehend beschriebenen Folge von Vorgängen für andere Brennstäbe 6, die in anderen Ebenen bzw. Lagen des Brennstabmagazins 20 angeordnet sind, werden alle Brennstäbe vom Brennstabmagazin 20 in die Gitterzellen 5 der Gitter 4 übertragen.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Geräts ist es möglich, fort­ schreitend alle Brennstäbe 6 in die aufeinanderfolgenden Gitter 5 durch Betreiben lediglich der Luftversorgungs- Schalteinrichtung 22 einzuführen, wodurch eine beträchtliche Vereinfachung des Aufbaus des Geräts, verglichen mit dem herkömmlichen, Einrichtungen wie etwa Einziehstäbe benutzenden Gerät, möglich ist.

Weiterhin ist es für die Einführung der Brennstäbe 6 ledig­ lich notwendig, die Luftquelleneinheit 23 zu betätigen, ohne daß die Notwendigkeit zusätzlicher Vorgänge wie etwa des beim Einziehstab-System erforderlichen Ergreifens des Brenn­ stabs 6 besteht.

Nach der Einführung der Brennstäbe 6 in die Gitter 4 folgen die Betriebsschritte der herkömmlichen Vorgehensweise wie etwa des Entfernens der Schlüssel von den Gittern 4, wodurch die Federn 10 in Berührung mit der Oberfläche der Brennstäbe 6 gelangen können und die Brennstäbe 6 hierdurch in der erforderlichen Relativposition in den Gittern 4 festgehalten werden.

Nachfolgend wird das Brennstoffmagazin 20 vom Ge­ rät abgenommen und es wird die erforderliche Anzahl von Füh­ rungsrohren 3 in die hierfür gedachten Gitterzellen 5 der Gitter 4 eingeführt. Die Führungsrohre 3 werden mittels der Expander- Aufspannvorrichtung 50 ausgebaucht, wodurch die Führungs­ rohre 3 sicher an den Gittern 4 befestigt werden. Danach wird der an der Mitläuferwalze 21 angebrachte Mitläufer- Zylinder 41d kontrahiert, um die Mitläuferwalze 41 von der Vorderseite der Gitter 4 zu entfernen. Desweiteren wird die Anhebeeinrichtung 62 der Basis 61 betrieben, um die drehende Basis 61 zusammen mit dem Antriebswalzen-Rahmen 42a und der mit Gewinde versehenen Stütze 42b sowie das Brennelement in eine vertikale Position anzuheben. Danach wird das Brennelement vom Gerät abgenommen und an eine andere gewünschte Stelle gebracht.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden luftbetätigte Zylinder als Beispiel für fluidgetriebene Zy­ linder benutzt, wobei jedoch offensichtlich ist, daß auch ölbetriebene Zylinder in gleicher Weise funktionieren kön­ nen.

Claims (6)

1. Gerät zum Einsetzen von Brennstäben (6) in ein Brennelement,

• a) bei dem das Brennelement eine Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden, fest in Gitterzellen (5) von mehreren Gittern (4) gehaltenen Brennstäben (6) aufweist, und
• b) bei dem das Gerät ein sich in Längsrichtung erstreckendes Brennstabmagazin (20), das eine Mehrzahl von Brennstäben (6) enthält, aufweist,
  dadurch gekennzeichnet,
• c) daß eine Mehrzahl von fluiddruckbetätigten Beschickungszylindern (21) am Brennstabmagazin (20) für die Einführung ausgewählter aus der Mehrzahl von Brennstäben (6) in die Gitterzellen (5) vorgesehen ist,
• d) wobei jeder Beschickungszylinder (21) koaxial zu einem entsprechenden der im Brennstabmagazin enthaltenen Brennstäbe (6) angeordnet ist,
• e) daß mehrere Gitterstützrahmen (30) voneinander beabstandet und in Längsrichtung des Brennelements derart gehaltert sind,
• f) daß die Gitterzellen in Richtung der Brennstäbe (6) weisen, und
• g) daß mehrere Brennstab-Stützwalzen (40) zwischen dem Brennstabmagazin (20) und Gitterstützrahmen (30) angeordnet sind,
• ) wobei jede Brennstab-Stützwalze (40) eine unterseitige Vertikalstützung der Brennstäbe (6) bereitstellt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fluiddruckbetätigten Beschickungszylinder (21) luftdruckbetätigte Beschickungszylinder sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstab-Stützwalzen (40) in der vertikalen Richtung frei beweglich sind, um eine Relativpositionierung der Walzen-Stützrahmen bezüglich der Gitterzellen (5) zu ermöglichen.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstützrahmen (30) auf der Oberseite einer drehenden Basis (61), die sich in Richtung der Brennstäbe erstreckt, angeordnet sind, wobei die drehende Basis (61) mit einer Antriebseinrichtung zum Anheben der drehenden Basis aus einer horizontalen in eine vertikale Position versehen ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der am weitesten vom Brennstabmagazin (20) entfernte Gitterstützrahmen (30) mit einem Anschlag (70) an der Austrittsseite des Gitterstützrahmens (30) versehen ist, um die Position der Mehrzahl von Brennstäben (6) durch Berührung der Spitzenenden der Brennstäbe auszurichten.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (70), der an der am weitesten vom Brennstabmagazin (20) entfernten Position angeordnet ist, mit einer Positionierplatte (71) an der Austrittsseite des am weitesten vom Brennstabmagazin (20) entfernten Gitterstützrahmens (30) sowie mit einem Positionierungszylinder (72) versehen ist, durch den die Position der Positionierplatte (71) quer zur Richtung der Brennstäbe (6) einstellbar ist.