CN101855677B - 用于检查核电站的池中的燃料棒组件的设备以及相应的检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查核电站的池(1)中的燃料组件(3)的设备，该设备包括具有观测区(53)的图像传感器(5)，还包括吊杆(81)，所述吊杆(81)具有连接到所述组件上的至少一个可拆卸的紧固件(85)以及沿平行于所述组件的纵轴的轴(Z)延伸的参考刻度(84)，从而所述图像传感器(5)能够在其观测区(53)内监视所述吊杆(81)和所述组件(3)两者。所述设备被设计成当通过用于操纵燃料组件(3)的机器的吊钩(4)将所述燃料组件(3)吊挂在所述池(1)外时，所述吊杆(81)能够可拆卸地连接到所述燃料组件(3)上。本发明还涉及相应的方法。

Description

用于检查核电站的池中的燃料棒组件的设备以及相应的检查方法

技术领域

本发明涉及用于检查核电站的池中的燃料组件的设备，所述池配备有用于在所述池中移动和吊挂所述组件的抓钩。 

本发明还涉及使用了该设备的检查方法。 

背景技术

图1示意性地显示了用于储存设置在PWR(压水反应堆)型核电站的储存池1中的燃料棒组件3的机架30的其中之一。 

每个组件3构成基本燃料单元，并应被置于核反应堆中以便能够产生能量。每个组件3形成有一系列的支撑及分隔格架，含有浓缩氧化铀芯块的圆柱棒竖直放置在所述格架中。每个组件通常具有横截面为正方形(边长约为200mm)的组，对于EDF运营的PWR而言，共有264根棒(几何形状为17x17)，高度约为4-5m。端块31和32分别构成组件的顶部和底部。 

位于池1底部的机架30包括具有分隔壁33的单元(cell)34，从而当组件3置于机架30中时，池1中不发生核反应。所谓的储存池1形成用于待装入核反应堆中的新组件3以及待卸除的乏组件(spentassembly)(回收，长期储存等等)的临时贮存闸。池1还装满含硼水2，以避免核反应以及向池外的辐射。 

为了在池中移动组件，例如为了将组件装入反应堆、或从反应堆中取出组件、或检查组件，与位于池上方的桥架8连接的移动抓钩4可通过组件顶部来抓握组件3并将组件3从单元34中取出。 

“卸落装置(lowerator)”6可将新组件放入水中。卸落装置6特别包括篮63，篮63的长度通常至少等于组件3的长度，组件置于篮中；该篮安装在竖直导轨61上，并被可使其沿平行于组件纵轴的轴Z移动的绞车驱动。 

传送机可将燃料组件从反应堆输送到池1(反之亦然)。排水沟则可将组件输送到回收工厂。 

为了研究或证实燃料组件在辐射下的表现，希望可以特别通过计量方法检查组件。 

图1示意性地显示了已知的检查设备10。 

设备10平放在池底或固定在池壁上。设备10主要包括略大于组件的竖直壳体101，壳体的一侧开口以允许检查。通过桥架和抓钩4将燃料组件置于该壳体101内。安装在壳体101上的视频照相机102可沿三个轴(竖直103，前/后105，左/右104)移动，以便能够检查组件的一个面。通过步进电机113、114和115来移动照相机，对步进电机113、114和115的运动进行标记(index)。置于壳体底部的设备可以转动组件以便能够连续检查四个面。 

为了执行组件的检查，通过桥架8将组件3从机架30的单元中移出，然后将组件3放入壳体101中。通过在空间中移动照相机102以接连瞄准每个待测长度的两端来进行测量；已预先在具有参考长度的标准上对步进电机的索引进行了校准；因此可通过电机113、114和115所给出的信息推断出所覆盖的距离。 

EP 0 123 597公开了一种与上述已知设备工作原理接近的示例性设备。 

EP 0 123 597的设备包括用于支撑待检查组件的支撑装置、用于检查组件的包括照照相机的检查装置、以及用于移动检查装置的移动装置。 

与图1的设备类似，在进行测量之前，应通过例如已描述的抓钩将燃料组件安装到支撑装置上。 

用于移动检查装置的移动装置包括可移动支架、与支架形成一体的支柱，以及可沿支柱竖直移动的托架。这些特殊的移动装置安装在支撑装置附近。 

位移计与支架和托架相连，以量化照相机的位移。 

测量需要用于校准位移计的预备步骤。通过用照相机观测组件附近的支撑装置上所附的参考刻度来进行校准。 

一旦位移计被校准，就将照相机接连瞄准组件上的待测长度的两端来执行测量：于是移动装置的位移提供了待测长度。 

不过，现有技术的已知设备存在缺点。 

对于核电站的正常操作来说，已知设备需要提供特殊的额外装备件。这些特殊装备件特别为壳体101或EP 0 123 597的支撑装置，以及用于移动检查装置的移动装置。这种装置还可以永久性地安装，这样就需要对每个反应堆进行投入。 

因此，已知设备是较为庞大的。它们在池中的存在可能会干扰到某些装卸工作，例如移除乏燃料。 

此外，壳体或支撑装置还很重。必须将其运输到核电站并安装到用于储存乏燃料的池中。运输和安装是花费大量时间(一至两周)的高成本工作。 

由于照相机必须移动以探测待测量长度的每个部件，因此测量花费很长的时间。位移计的校准阶段也占用很长时间。 

设备包括很多元件，不易于去污。 

设备的成本相对更高。 

由于通常在停堆换料期间执行检查，因此检查的持续时间对反应堆的运行成本具有显著的财务影响。 

发明内容

本发明的目的是在不降低测量精度的前提下克服这些缺陷当中的至少两个，即运行成本和持续时间。 

为此目的，根据本发明，提出了一种检查设备，该设备包括： 

包括观测区的图像传感器，以及 

吊杆，其包括沿平行于所述组件的纵轴的轴延伸的参考刻度， 

从而所述图像传感器能够在其观测区内观察到所述吊杆和所述组件两者， 

所述设备特征在于所述吊杆包括可拆卸的紧固装置，所述可拆卸的紧固装置用于当通过所述抓钩将所述组件吊挂在所述池中时将所述吊杆固定到所述组件上。 

通过下列特征有利地完善本发明。 

如上所述的设备，其中所述吊杆包括两端，所述可拆卸的紧固装置包括所述组件的底部的容座，所述容座与所述吊杆的至少一端连接。 

如上所述的设备，其中所述吊杆的另一端被固定到浮子上。 

如上所述的设备，其中所述紧固装置包括能够被可拆卸地固定到所述组件的顶部上的叉。 

如上所述的设备，其中所述刻度包括靠平衡块平衡的卷尺。 

如上所述的设备，其中所述图像传感器为静物照相机。 

如上所述的设备，其中所述静物照相机为设置有电动长焦镜头的高清晰度数码静物照相机。 

如上所述的设备，包括： 

用于处理和控制由所述图像传感器所捕捉的图像的处理及控制装置，以及 

所述静物照相机与所述处理及控制装置之间的数字传输链路。 

如上所述的设备，其中所述图像传感器安装在工作台上，所述工作台一方面能够在与平行于所述组件的纵轴的轴垂直的平面内移动所述图像传感器，以及 

所述静物照相机与所述处理及控制装置之间的数字传输链路。 

如上所述的设备，其中所述图像传感器安装在工作台上，所述工作台一方面能够在与平行于所述组件的纵轴的轴垂直的平面内移动所述图像传感器，以及 

另一方面能够绕与平行于所述组件的纵轴的轴垂直的轴移动，以便能够调整所述图像传感器的水平状态。 

如上所述的设备，其中所述图像传感器安装在篮上，所述篮安装在平行于所述组件的纵轴的导轨上并且能够平行于所述组件的纵轴移动所述图像传感器。 

如上所述的设备，其中所述篮和所述导轨为核电站的池的标准装备件的一部分，被称作“卸落装置”。 

本发明还涉及使用了根据本发明的设备的方法。 

为此目的，根据本发明提出了一种检查方法，该方法包括下列步 骤： 

包括观测区的图像传感器安装在所述组件附近，所述方法特征在于其进一步包括下列步骤： 

当通过所述抓钩将所述组件吊挂在所述池中时，包括参考刻度并沿平行于所述组件的纵轴的轴延伸的吊杆通过可拆卸的紧固装置固定到所述组件上， 

所述图像传感器在其观测区内观察到所述吊杆和所述组件两者。。 

本发明具有许多优点。 

本发明只需要很少的专用硬件。不用设置笨重和庞大的支撑装置或者用于移动传感器的移动装置。 

实际上，通过桥架来在快照期间实现支撑燃料组件的功能(其上根据本发明可拆卸地固定了检查装置)，该桥架是核电站中的已有装备件。 

此外，用于移动图像传感器的移动装置由卸落装置构成，该卸落装置为核电站中的已有装备件。 

设备的具有参考刻度的吊杆是轻型的并且不是非常庞大。 

该设备可快速组装和拆卸(约4小时)。可在一小时内安装好该设备，因为其装卸简单：吊杆是轻型的且可移动，因此可在几分钟内完成吊杆在组件上的可拆卸固定。使用浮子来辅助该可拆卸固定，浮子利于将吊杆放置在组件上，但当吊杆未被固定到组件上时，由于浮子的浮动，使吊杆不需要任何的约束(tie)。 

通过吊杆在组件上的固定精度(1-2mm)，可获得良好的测量精度。 

设备易于去污。 

设备价格低廉。 

快照的拍摄非常迅速，从而组件只是暂时不动。实际上，为了拍摄快照，通过抓钩将组件提升到栅元外并将其置于摄影装置前方(约2m远处)就足够了。在拍摄过程中，组件一直浸在池中，但吊挂在桥架上。因此，对于总共约850个拍摄点(在组件的四个面上)，每个组件固定小于四小时。 

直接在组件和参考刻度的快照上进行离线测量，这提高了测量精度。实际上，由于用于移动图像传感器的移动装置由池的卸落装置构成，因此无法基于位移计进行测量。 

另一方面，抑制预备校准阶段，这意味着拍摄快照的时间额外增加。此外，由于在快照上离线测量，并且不再通过移动照相机而直接测量，因此组件在池中的固定时间大大减少：实际上其浓缩为拍摄一连串快照所用的时间。 

该设备可完成组件的检查。通过该设备，特别可以简单和直接地确定： 

端块之间的距离， 

外围棒与每个端块之间的距离， 

外围棒的长度， 

上端块的弹簧的高度， 

端块之间的偏移距离， 

每个格架的高度， 

每个格架的偏转(deflection)， 

每个格架的宽度，以及 

棒之间的间隔。 

对大距离(4-5m起)来说测量精度为正负1mm的数量级，对小距离(小于100mm)来说测量精度为正负0.25mm。这可以通过采用高精度图像传感器(数码相机，而非现有技术中与位移计相连的低分辨率照相机)来实现。 

在燃烧率可能超过60GWd/tU的池中确保受辐照组件的快照拍摄：设备与吊挂在桥架上的燃料组件之间的含硼水的厚度大于2米，以此来确保免受辐射。 

在15℃与50℃间的温度下，在含硼水中，可下至12米深处拍摄快照。 

附图说明

通过以下参照附图进行的仅为例证性和非限制性的描述，将显现本发明的其他特征、目的和优点： 

图1示意性地显示了包含燃料组件的核电站的池和已知的检查设备，在上文中已作说明；以及 

图2示意性地显示了根据本发明的设备。 

在所有图中，相似的组件具有相同的附图标记。 

具体实施方式

图2示意性地显示了用于检查核电站的池1中的燃料组件3的设备的可能示例。 

设备主要包括图像传感器5和吊杆81。 

图像传感器5包括观测区53。 

吊杆81包括至少一个装在组件3上的可拆卸的紧固件，以及沿平行于组件3的纵轴Z’的Z轴延伸的参考刻度84。刻度例如由间距例如为1mm的数量级定位分度构成。当然也可以设置其他间距值。通过初步计量可以高精度(±0.2mm)地获知某些参考分度的位置。 

通过紧固装置85和86来可拆卸地将吊杆81固定在组件3上，以使图像传感器5可在其观测区53内观察到吊杆81和组件3两者。 

由图2可知，吊杆81被可拆卸地固定在组件3上，而组件3由桥 架的抓钩4支持并从桥架上吊挂到池1的中间深度处。因此，通过本发明，可以不需要笨重和庞大的支撑装置：通过装备中已存在的抓钩4来保证组件的支撑。 

以1-2mm的精度将吊杆81固定在组件上。 

测量原理包括对大的待测距离(例如端块之间的距离、端块之间的偏移，组件的格架的高度等等)的每个端点，来确定平行于待测距离组件的该端点与刻度84的分度之间的距离。对小的待测距离(例如棒与每个端块之间的距离、保持弹簧的高度、格架的偏转、格架或例如两个棒之间的空间的宽度)，在单个快照上直接进行测量，通过位于快照拍摄区53中的刻度部分来确定图像的放大倍率 

为此，图像传感器5捕捉具有高放大倍率和高清晰度的快照，一方面待测距离的端点要在观测区53中，另一方面刻度84的最近分度要在观测区53中。 

这样，通过处理及控制装置7(在接下来的说明书中将对其进行更详细描述)在快照上离线执行测量技术。 

优选地，图像传感器5是自动对焦的数码静物照相机52，设置有具有可变焦距的电动长焦镜头521。更优选地，照相机52包含在密封圆筒54(多达10条)中，密封圆筒54的前表面上装有光学玻璃55。圆筒54还包括安装在照相机52的取景器上的数码静物照相机56、用于定位图像传感器5的高度的压力传感器57、投光灯(lighting projector)58以及用于调整图像传感器5的水平状态的水平仪59。 

图像传感器5安装在工作台630上。工作台630安装在篮63上，篮63本身安装在平行于组件3的纵轴Z’的通常为竖直的导轨61上。导轨61和篮63是池的被称作卸落装置6的标准装备件的一部分。因此，篮63可以在导轨61上通过移动装置65来移动。因此，检查装置得到了相当大的简化，并且与现有技术相比更为轻型。没有设置用于移动传感器的专用装置。 

工作台630能够沿几个轴来移动图像传感器5。因此，工作台630可以一方面在垂直于Z轴的平面XY内(换言之，沿平行于组件表面的水平轴)移动图像传感器5，另一方面可以绕垂直于Z轴的Y轴(以便能够调整其光轴的水平状态)移动图像传感器5。 

一般而言，抓钩4将组件3以及因此将吊杆81放置在距离支持图像传感器5的卸落装置6约2米远处。 

吊杆81例如由用作框架的一套精确组装的吊杆段构成。其包括两端，分别为上端811和下端812。 

下端812连接到与组件相连的可拆卸的紧固件85上。紧固件85包括组件3的底部32的容座(receptacle)851。容座851通过边缘852基本上具有与底部32互补的形状，从而一旦处于适当的位置，紧固件85是相对稳固但总是可拆卸的。由于容座851的形状，紧固件85的安放和拆卸都非常简单。 

吊杆81在适当的中间高度处配备有能够可拆卸地固定到组件的顶部31上的叉(fork)86。与容座851类似，叉86基本上具有与顶部31互补的形状。叉86易于安放和拆卸，并且一旦将其安放好就会相对稳固。叉86相对于吊杆81的位置是可调的，因此设备可以适合于不同的组件长度，例如5m(1,300MW)的4m(900MW)处。 

上端811进一步优选与平衡吊杆81重量的浮子82连接，浮子82有利于操纵吊杆，同时施加确保吊杆保持在组件上的微小的竖直推力。一旦完成测量，当吊杆不再固定到组件3上时，浮子82还可以使吊杆81在池1中漂浮。 

优选地，刻度84包括靠平衡块842平衡的卷尺841。 

吊杆81还优选包括铅垂线87。 

应记得设备包括处理及控制装置7。装置7可以处理由图像传感器5所捕捉的快照。设备还包括照相机52与处理及控制装置7之间的数字传输链路51。链路51是例如USB型电线(wire)连接。处理及控制装置7是例如微型计算机。 

装置7优选配备有： 

用于控制照相机52的软件(通常与照相机52一同提供) 

用于工作台630和投光灯58的控制界面， 

可对组件3的完整计量方法所需的全部快照进行输入、查看、命名和存储的快照软件， 

可通过在早先捕捉到的快照上获得的计量来执行全部测量的测量软件， 

用于格式化测量结果(测量报告)以及用于在技术上控制测量的软件。 

对组件上的目标与刻度之间的距离进行像素级测量，以此通过计量在图像上完成所有的测量。由观测区内的刻度，通过比例直接进行照片的放大倍率的校准。因此，不需要预备校准。 

Claims (12)

1.一种用于检查核电站的池(1)中的燃料组件(3)的设备，所述池(1)配备有用于在所述池中移动和吊挂所述组件的抓钩(4)，该设备包括：

包括观测区(53)的图像传感器(5)，以及

吊杆(81)，其包括沿平行于所述组件的纵轴的轴(Z)延伸的参考刻度(84)，

从而所述图像传感器(5)能够在其观测区(53)内观察到所述吊杆(81)和所述组件(3)两者，

所述设备特征在于所述吊杆(81)包括可拆卸的紧固装置(85、86)，所述可拆卸的紧固装置(85、86)用于当通过所述抓钩将所述组件吊挂在所述池中时将所述吊杆(81)固定到所述组件(3)上。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述吊杆包括两端(811、812)，所述可拆卸的紧固装置(85、86)包括所述组件(3)的底部(32)的容座，所述容座与所述吊杆(81)的至少一端(812)连接。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述吊杆的另一端(811)被固定到浮子(82)上。

4.如权利要求2或3所述的设备，其中所述紧固装置(85、86)包括能够被可拆卸地固定到所述组件的顶部(31)上的叉(86)。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述刻度(84)包括靠平衡块(842)平衡的卷尺(841)。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述图像传感器(5)为静物照相机(52)。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述静物照相机为设置有电动长焦镜头的高清晰度数码静物照相机。

8.如权利要求6或7所述的设备，包括：

用于处理和控制由所述图像传感器(5)所捕捉的图像的处理及控制装置(7)，以及

所述静物照相机(52)与所述处理及控制装置(7)之间的数字传输链路(51)。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述图像传感器(5)安装在工作台(630)上，所述工作台(630)一方面能够在与平行于所述组件的纵轴的轴(Z)垂直的平面(XY)内移动所述图像传感器，以及

另一方面能够绕与平行于所述组件的纵轴的轴(Z)垂直的轴(Y)移动，以便能够调整所述图像传感器的水平状态。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述图像传感器(5)安装在篮(63)上，所述篮(63)安装在平行于所述组件的纵轴的导轨(6)上并且能够平行于所述组件(3)的纵轴(Z’)移动所述图像传感器(5)。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述篮(63)和所述导轨(61)为核电站的池的标准装备件的一部分，被称作“卸落装置”。

12.一种用于检查核电站的池(1)中的至少一个燃料组件(3)的方法，所述池(1)配备有用于在所述池中移动和吊挂所述组件(3)的抓钩(4)，该方法包括下列步骤：

包括观测区(53)的图像传感器(5)安装在所述组件(3)附近，所述方法特征在于其进一步包括下列步骤：

当通过所述抓钩将所述组件吊挂在所述池中时，包括参考刻度(84)并沿平行于所述组件的纵轴的轴(Z)延伸的吊杆(81)通过可拆卸的紧固装置(85、86)固定到所述组件上，

所述图像传感器(5)在其观测区(53)内观察到所述吊杆(81)和所述组件(3)两者。

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