DE102011004821B3 - Method for stabilizing blocked fuel assembly when loading/unloading core of nuclear reactor, involves compensating difference between buoyancy and gravitational forces acting on fuel assembly and moving object by buoyancy element - Google Patents

Method for stabilizing blocked fuel assembly when loading/unloading core of nuclear reactor, involves compensating difference between buoyancy and gravitational forces acting on fuel assembly and moving object by buoyancy element Download PDF

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Abstract

The method involves positioning drive unit (4) and buoyancy element (6) of self-propelled submersible moving object (2) in head (22) of fuel assembly (18) held in gripper. The moving object is engaged with head of fuel assembly. The buoyancy element is provided for compensating difference between buoyancy force and gravitational force acting on fuel assembly and submersible moving object. The gripper is released from the fuel assembly and is pulled from the submersible moving object so that fuel assembly is moved away. An independent claim is included for device for stabilizing fuel assembly when loading or unloading of core of nuclear reactor of power plant.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines beim Be- oder Entladen eines Kerns eines Kernreaktors in einer Zwischenposition blockierten Brennelementes.The invention relates to a method and an apparatus for stabilizing a fuel element blocked in loading or unloading a core of a nuclear reactor in an intermediate position.

Aus zahlreichen Inspektionsresultaten ist es bekannt, dass sich insbesondere die Brennelemente eines Druckwasserkernreaktors im Laufe ihrer Einsatzdauer in Abhängigkeit von ihrer Position im Kern verbiegen. Ursachen hierfür können beispielsweise Anisotropien in der thermischen Längenausdehnung, ein durch radioaktive Strahlung induziertes Längenwachstum der Brennstabhüllrohre oder der Steuerstabführungsrohre oder Strömungskräfte sein, die durch quer zur Längsachse der Brennelemente gerichtete Ausgleichsströmungen erzeugt werden. Diese Durchbiegungen können zu Problemen beim Brennelementwechsel führen.From numerous inspection results it is known that, in particular, the fuel elements of a pressurized-water nuclear reactor bend over their service life, depending on their position in the core. Causes for this can be, for example, anisotropies in the thermal linear expansion, a radiation-induced lengthwise growth of the fuel rod cladding tubes or the control rod guide tubes or flow forces that are generated by transversely directed to the longitudinal axis of the fuel flow compensating flows. These deflections can lead to problems during fuel assembly change.

So kann es im ungünstigsten 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 in einer solchen Zwischenposition blockierte, und über dem Kern vorstehende Brennelement muss dann mit geeigneten Werkzeugen auf aufwendige Weise befreit werden, um einen weiteren Betrieb der Kraftwerksanlage zu ermöglichen.Thus, it may happen in the worst case that a fuel element hooked during loading or unloading with a located in an immediately adjacent position fuel assembly, so that the charging must be canceled to damage the fuel assembly and thus possibly associated release of radioactive substances prevent. The blocked in such an intermediate position, and above the core projecting fuel element must then be freed with suitable tools in a complex manner to allow further operation of the power plant.

Um ein solches blockiertes Brennelement zu befreien, ist es im Stand der Technik bekannt, ein oder mehrere in einer Nachbarposition befindliche Elemente, bei denen es sich um Brennelemente oder um sogenannte Brennelement-Dummys (im nachfolgenden Text wird vereinfacht nur der Begriff „Brennelement” verwendet) handeln kann, mit Hilfe eines sogenannten Brennelement-Einfachgreifers zuziehen, um auf diese Weise den vorhandenen Freiraum in der Umgebung des blockierten Brennelementes zu vergrößern. Problematisch hierbei ist, dass sich solche Nachbarpositionen zwangsläufig unterhalb der durch das blockierte Brennelement ebenfalls blockierten Brennelement-Wechselmaschine befindet, so dass diese nicht mit einem in der Kraftwerksanlage vorhandenen Einfachgreifer erreichbar sind, da dieser mit dem Gebäudekran exakt vertikal über dem jeweils zu ziehenden Nachbarelement positioniert werden muss. Um ein Ziehen benachbarter Brennelemente zu ermöglichen, wurde deshalb unterhalb der Brennelement-Wechselmaschine eine Gerüstbühne eingezogen, von der aus das oder die Nachbarelemente gezogen wurden. Eine solche Vorgehensweise erfordert jedoch einen hohen Aufwand und in der für den Aufbau erforderlichen Zeit konnte der weitere Belade- und Entladevorgang nicht fortgesetzt werden.In order to free such a blocked fuel element, it is known in the art, one or more located in a neighboring position elements, which are fuel or so-called fuel element dummies (in the following text is simplified, only the term "fuel" used ) can draw, with the help of a so-called fuel element single gripper to increase in this way the existing space in the vicinity of the blocked fuel assembly. The problem here is that such neighboring positions is inevitably below the blocked by the fuel assembly also blocked fuel alternator, so that they are not available with a present in the power plant single gripper, as this positioned with the building crane exactly vertically above each to be pulled adjacent element must become. In order to allow pulling of adjacent fuel elements, therefore, a scaffolding platform was pulled in from below the fuel assembly changing machine, from which the neighboring element or elements were pulled. However, such a procedure requires a lot of effort and in the time required for the construction of the further loading and unloading could not be continued.

Beim Be- oder Entladen eines Kerns ist es außerdem aus der DE 197 56 244 B4 bekannt, einen Tauchbehälter einzusetzen, mit dem ein Brennelement angehoben und transportiert werden kann. Mit dem aus der DE 10 2007 006 969 B4 bekannten Tauchfahrzeug kann das Beladen oder Entladen einer Brennelementposition des Kern dadurch unterstützt werden, dass das Tauchfahrzeug dieser Brennelementposition benachbarte Brennelemente zur Seite drückt und auf diese Weise den Freiraum in dieser Brennelementposition vergrößert.When loading or unloading a core, it is also from the DE 197 56 244 B4 known to use a dip tank with which a fuel assembly can be lifted and transported. With the from the DE 10 2007 006 969 B4 known immersion vehicle, the loading or unloading of a fuel element position of the core can be supported by the submerged vehicle of this fuel element position pushes adjacent fuel elements to the side and in this way increases the free space in this fuel element position.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines beim Be- oder Entladen eines Kerns eines Kernreaktors in einer Zwischenposition blockierten Brennelementes anzugeben, mit dem es möglich ist, mit geringem baulichen Aufwand unterhalb der Brennelement-Wechselmaschine befindliche benachbarte Elemente zu ziehen.The invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for stabilizing a blocked during loading or unloading of a core of a nuclear reactor in an intermediate position fuel element, with which it is possible, with little structural effort below the fuel assembly changing machine located adjacent elements to draw.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen umfasst das Verfahren zum Stabilisieren eines beim Be- oder Entladen eines Kerns eines Kernreaktors in einer Zwischenposition blockierten Brennelementes folgende Verfahrensschritte:

  • a) Im Bereich eines Kopfteils des mit einem Greifer einer Brennelement-Wechselmaschine in dieser Zwischenposition gehaltenen Brennelementes wird ein mit zumindest einem Antriebsaggregat und mit zumindest einem zumindest teilweise gefluteten Auftriebskörper versehenes selbstfahrendes Tauchfahrzeug positioniert,
  • b) am Tauchfahrzeug angeordnete Haltemittel werden mit dem Kopfteil des Brennelementes in Eingriff gebracht,
  • c) anschließend wird der zumindest eine Auftriebskörper soweit entleert, dass durch die auf das Tauchfahrzeug wirkende Differenz aus Auftriebskraft und Gewichtskraft die auf das Brennelement wirkende Differenz aus Auftriebskraft und Gewichtskraft zumindest kompensiert wird,
  • d) der Greifer der Brennelement-Wechselmaschine der wird vom Brennelement gelöst und aus dem Tauchfahrzeug gezogen, so dass er seitlich vom Brennelement weggefahren werden kann.
With regard to the method, the object according to the invention is achieved by a method having the features of claim 1. According to these features, the method for stabilizing a fuel element blocked in loading or unloading a core of a nuclear reactor in an intermediate position comprises the following method steps:
  • a) in the region of a head portion of the held with a gripper of a fuel assembly changing machine in this intermediate position fuel assembly is provided with at least one drive unit and at least one at least partially flooded buoyancy self-propelled submersible,
  • b) retaining means arranged on the submersible vehicle are brought into engagement with the head part of the fuel assembly,
  • c) the at least one buoyant body is subsequently emptied to such an extent that the difference between buoyancy force and weight force acting on the fuel element is at least compensated by the difference between buoyancy force and weight force acting on the submersible vehicle,
  • d) the gripper of the fuel assembly changing machine is released from the fuel assembly and pulled out of the submersible vehicle, so that it can be moved away from the side of the fuel assembly.

Durch diese Vorgehensweise kann die Brennelement-Wechselmaschine in eine Position über ein benachbartes Brennelement verfahren werden, um dieses zu ziehen und auf diese Weise den in der Reihe oder in der Spalte, in der sich das blockierte Brennelement befindet, verfügbaren Freiraum zu vergrößern.By doing so, the fuel assembly machine can be moved to a position over an adjacent fuel assembly to pull it and thus increase the clearance available in the row or in the column where the jammed fuel assembly is located.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 2, die sinngemäß den in Patentanspruch 1 genannten Merkmalen entsprechen.With regard to the device, the object is achieved according to the invention with a device having the features of claim 2, corresponding mutatis mutandis to the features mentioned in claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den auf Patentanspruch 2 zurückbezogenen Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the device are specified in the dependent on claim 2 dependent claims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel verwiesen. Es zeigen:For further explanation of the invention reference is made to the embodiment shown in the figures. Show it:

1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in Arbeitsposition in einer Draufsicht auf eine Vorderseite, 1 a device according to the invention in working position in a plan view of a front side,

2 die Vorrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls in Arbeitsposition in einer perspektivischen Darstellung schräg von oben. 2 the device according to the invention also in working position in a perspective view obliquely from above.

Gemäß 1 und 2 umfasst die Vorrichtung ein Tauchfahrzeug 3, das mit Hilfe von Antriebsaggregaten 4 selbstfahrend ist und frei unter Wasser manövriert werden kann. Das Tauchfahrzeug umfasst hierzu eine Mehrzahl von Auftriebskörpern 6, die jeweils aus einem inneren hohlzylindrischen, mit Wasser gefüllten Ballastkörper 8 gebildet sind, der von einem ebenfalls mit Wasser befüllbaren hohlzylindrischen Auftriebskörper 10 umgeben ist, aus dem das in ihm während des Tauchgangs befindliche Wasser W durch Zufuhr eines Druckgases G ausgeblasen werden kann. Die Auftriebskörper 6 sind ebenso wie die Antriebsaggregate 4 an einem Gestell 12 fixiert, das einen sich in Richtung einer Längsmittelachse 14 erstreckenden und in dieser Richtung gesehen beidseitig offenen Freiraum 15 aufweist, dessen lichte Weite W an die lichte Weite eines Hohlmastes 16 einer in der Figur nicht dargestellten Brennelement-Wechselmaschine angepasst ist. Der Freiraum 15 ist außerdem an einer seiner Längsseiten offen, so dass sich ein einbautenfreier und an einer seiner Längsseiten zugänglicher, im Beispiel der Figur annähernd quaderförmiger Raum ergibt, der groß genug ist, um das Tauchfahrzeug 2 über einem zu sichernden, über dem Kern 17 hinausragenden und in dieser Zwischenposition blockierten Brennelement 18 positionieren zu können, während dieses an einem innerhalb des Hohlmastes 16 verfahrbaren Greifer hängt. In der Figur ist eine Situation dargestellt, bei der der teleskopierbare Hohlmast 16 in einer bereits teilweise zurückgefahrenen Position dargestellt ist, der Greifer in den Hohlmast 16 eingefahren ist, und das Brennelement 18 bereits vom Tauchfahrzeug 3 in der Schwebe gehalten wird.According to 1 and 2 the device comprises a submersible vehicle 3 that with the help of drive units 4 is self-propelled and can be maneuvered freely under water. For this purpose, the submersible vehicle comprises a plurality of buoyant bodies 6 , each of an inner hollow cylindrical, filled with water ballast body 8th are formed by a likewise filled with water hollow cylindrical buoyancy body 10 is surrounded, from which the water contained in it during the dive W can be blown out by supplying a compressed gas G. The buoyancy bodies 6 are just like the drive units 4 on a rack 12 fixed, the one in the direction of a longitudinal central axis 14 extending and seen in this direction on both sides open space 15 whose clear width W to the inside width of a hollow mast 16 a fuel assembly, not shown in the figure is adapted. The open space 15 is also open on one of its longitudinal sides, so that there is an installation-free and accessible on one of its longitudinal sides, in the example of the figure approximately cuboid space that is large enough to the submersible 2 over a core to be secured 17 protruding and blocked in this intermediate position fuel element 18 to be able to position while this at one within the hollow mast 16 movable gripper hangs. In the figure, a situation is shown, in which the telescopic hollow mast 16 is shown in an already partially retracted position, the gripper in the hollow mast 16 retracted, and the fuel element 18 already from the submersible 3 is held in suspense.

Am Gestell 12 sind als Haltemittel für das Brennelement 18 zwei in einander entgegengesetzte Richtungen zueinander, d. h. in Richtung zur Längsmittelachse 14 linear ausfahrbare Stützen 20 angeordnet, die bei korrekt positioniertem Tauchfahrzeug 2 in das Kopfteil 22 des Brennelementes 18 eingefahren werden können und einen oberen Rahmen 24 dieses Kopfteils 22 untergreifen. Dabei werden die Stützen 20 in das Kopfteil 22 eingefahren, wenn der Greifer der Brennelement-Wechselmaschine, der mit vier, jeweils paarweise einander gegenüberliegenden Klinken am oberen Rahmen 24 eingreift, noch im Eingriff mit dem Kopfteil 22 ist. Hierzu wird das Tauchfahrzeug 2 derart an das Brennelement 18 herangefahren, dass die Stützen 20 neben den Klinken des Greifers in das Kopfteil 22 eingefahren werden können. Die korrekte Positionierung des Tauchfahrzeuges 2 sowie das korrekte Einfahren der Stützen 20 in das Kopfteil 22 wird mit Hilfe einer am Gestell 12 angeordneten Kamera 26 kontrolliert. Die Steuerung des Tauchfahrzeugs 2 erfolgt beispielsweise ausgehend von der an der Brennelement-Wechselmaschine befindlichen Arbeitsbühne, wobei die zur Steuerung und zum Betrieb der Antriebsaggregate und der Kamera 26 erforderlichen Kabel in den 1 und 2 nicht dargestellt. sind.On the frame 12 are as holding means for the fuel element 18 two mutually opposite directions to each other, ie in the direction of the longitudinal central axis 14 linearly extendable supports 20 arranged with the correctly positioned submersible 2 in the headboard 22 of the fuel element 18 can be retracted and an upper frame 24 this headboard 22 under attack. At the same time, the supports become 20 in the headboard 22 retracted when the gripper of the fuel assembly changer, with four, in pairs opposing pawls on the upper frame 24 engages, still engaged with the headboard 22 is. This is the diving vehicle 2 such to the fuel assembly 18 moved up that the supports 20 next to the pawls of the gripper in the headboard 22 can be retracted. The correct positioning of the submersible 2 as well as the correct retraction of the supports 20 in the headboard 22 is using one on the frame 12 arranged camera 26 controlled. The control of the submersible 2 takes place, for example, starting from the working platform located on the fuel assembly changing machine, wherein the for controlling and operating the drive units and the camera 26 required cables in the 1 and 2 not shown. are.

Nach Einfahren der Stützen 20 werden die Auftriebskörper 6 zumindest teilweise entleert, so dass die auf das Tauchfahrzeug wirkende Differenz aus Auftriebskraft und Gewichtskraft zumindest gleich, vorzugsweise etwas größer als die Differenz zwischen der Gewichtskraft des Brennelementes 18 und der auf das Brennelement 18 ausgeübten Auftriebskraft ist, so dass das Brennelement 18 in dieser Zwischenposition stabilisiert ist. Anschließend werden die Klinken des Greifers der Brennelement-Wechselmaschine gelöst und der Greifer in den Hohlmast 16 der Brennelement-Wechselmaschine eingefahren und der Hohlmast 16 nach oben weggefahren, so dass diese seitlich versetzt werden kann und mit dieser weitere Brennelemente aus dem Kern entnommen werden können, um auf diese Weise den Freiraum in der Reihe und/oder der Spalte zu vergrößern, in denen sich das blockierte Brennelement 18 befindet. Nach einer solchen Vergrößerung des Freiraumes kann dann das Brennelement 18 entweder mit Hilfe der Brennelement-Wechselmaschine oder mit Hilfe eines im Kraftwerk außerdem verfügbaren Einfachgreifers zunächst fixiert und nach Entfernen des Taufahrzeugs 2 vollständig aus dem Kern 17 entnommen werden.After retracting the supports 20 become the buoyancy bodies 6 at least partially emptied, so that acting on the submersible difference of buoyancy and weight at least equal, preferably slightly larger than the difference between the weight of the fuel assembly 18 and the fuel element 18 exerted buoyant force, so that the fuel element 18 is stabilized in this intermediate position. Subsequently, the pawls of the gripper of the fuel assembly changing machine are released and the gripper in the hollow mast 16 the fuel assembly changing machine retracted and the hollow mast 16 moved upwards so that it can be offset laterally and with this more fuel from the core can be removed, in order to increase the free space in the row and / or column, in which the blocked fuel assembly 18 located. After such an enlargement of the free space then the fuel element 18 either fixed by means of the fuel assembly changer or by means of a single gripper also available in the power plant and after removal of the vehicle 2 completely out of the core 17 be removed.

Claims (4)

Verfahren zum Stabilisieren eines beim Be- oder Entladen eines Kerns (17) eines Kernreaktors in einer Zwischenposition blockierten Brennelementes (18), mit folgenden Merkmalen a) Im Bereich eines Kopfteils (22) des mit einem Greifer einer Brennelement-Wechselmaschine in dieser Zwischenposition gehaltenen Brennelementes (18) wird ein mit zumindest einem Antriebsaggregat (4) und mit zumindest einem zumindest teilweise gefluteten Auftriebskörper (6) versehenes selbstfahrendes Tauchfahrzeug (2) positioniert, b) am Tauchfahrzeug (2) angeordnete Haltemittel werden mit dem Kopfteil (22) des Brennelementes (18) in Eingriff gebracht, c) anschließend wird der zumindest eine Auftriebskörper (6) soweit entleert, dass die auf das Tauchfahrzeug (2) wirkende Differenz aus Auftriebskraft und Gewichtskraft die auf das Brennelement (18) wirkende Differenz aus Auftriebskraft und Gewichtskraft zumindest kompensiert, d) der Greifer wird vom Brennelement (18) gelöst und aus dem Tauchfahrzeug (2) gezogen, so dass er seitlich vom Brennelement (18) weggefahren werden kann.Method for stabilizing a loading or unloading of a core ( 17 ) of a nuclear reactor in an intermediate position blocked fuel element ( 18 ), having the following features: a) In the region of a head part ( 22 ) held with a gripper of a fuel assembly changer in this intermediate position fuel element ( 18 ) is a with at least one drive unit ( 4 ) and with at least one at least partially flooded buoyancy body ( 6 ) provided self-propelled dive vehicle ( 2 ), b) on the submersible ( 2 ) holding means are connected to the head part ( 22 ) of the fuel assembly ( 18 c) then the at least one buoyant body ( 6 ) so far emptied that on the submersible vehicle ( 2 ) acting difference of buoyancy force and weight force on the fuel assembly ( 18 ) acting difference of buoyancy force and weight force at least compensated, d) the gripper is from the fuel assembly ( 18 ) and removed from the submersible ( 2 ), so that it is laterally from the fuel assembly ( 18 ) can be driven away. Vorrichtung zum Stabilisieren eines beim Be- oder Entladen eines Kerns (17) eines Kernreaktors in einer Zwischenposition blockierten Brennelementes (18), mit einem mit zumindest einem Antriebsaggregat (4) versehenen selbstfahrenden Tauchfahrzeug (2), das zumindest einen befüll- und entleerbaren Auftriebskörper (6) umfasst, und an dem Haltemittel angeordnet sind, die mit einem Kopfteil (22) des Brennelementes (18) in Eingriff gebracht werden können.Device for stabilizing a loading or unloading of a core ( 17 ) of a nuclear reactor in an intermediate position blocked fuel element ( 18 ), with one with at least one drive unit ( 4 ) equipped self-propelled dive vehicle ( 2 ), the at least one fillable and emptiable buoyancy body ( 6 ), and are arranged on the holding means, which with a head part ( 22 ) of the fuel assembly ( 18 ) can be engaged. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die Auftriebskörper (6) einander paarweise gegenüberliegend an einem Gestell (12) angeordnet, das einen sich in Richtung einer Längsmittelachse (14) erstreckenden, oben und unten sowie an einer Längsseite offenen Freiraum (15) aufweist.Device according to claim 2, in which the buoyancy bodies ( 6 ) in pairs opposite one another on a frame ( 12 ) arranged in the direction of a longitudinal central axis ( 14 ) extending, above and below and on one longitudinal side open space ( 15 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei dem als Haltemittel am Gestell (12) einander gegenüberliegend angeordnet in entgegengesetzte Richtung zueinander linear ausfahrbare Stützen (20) vorgesehen sind, die im ausgefahrenen Zustand einen oberen Rahmen (24) des Kopfteils (22) untergreifen.Device according to claim 3, in which as holding means on the frame ( 12 ) arranged opposite one another in the opposite direction to each other linearly extendable supports ( 20 ) are provided, which in the extended state, an upper frame ( 24 ) of the header ( 22 ).
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