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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf die Prüfung (Inspektion) von Kernreaktoren
und insbesondere auf eine Ultraschallprüfung von Strahlpumpenträgern in
einem Druckbehälter
von einem Kernreaktor.
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Ein
Reaktordruckbehälter
von einem Siedewasserreaktor (BWR) hat üblicherweise eine im allgemeinen
zylindrische Form und ist an beiden Enden geschlossen, z. B. durch
einen unteren Kopf und einen lösbaren
oberen Kopf. Eine obere Führung
ist üblicherweise
im Abstand über
einer Kernplatte in dem Reaktordruckbehälter angeordnet. Ein Kernmantel
oder Mantel umgibt üblicherweise
den Kern und wird von einer Mantelhalterungsstruktur getragen. Genauer
gesagt, der Mantel hat eine im allgemeinen zylindrische Form und
umgibt sowohl die Kernplatte als auch die obere Führung. Es
gibt einen Raum oder Ring, der zwischen dem zylindrischen Reaktordruckbehälter und
dem zylindrisch geformten Mantel angeordnet ist.
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In
einem Siedewasserreaktor sorgen hohle rohrförmige Strahlpumpen, die in
dem Mantelringraum angeordnet sind, für die erforderliche Wasserströmung des
Reaktorkerns. Der obere Abschnitt von der Strahlpumpe, der als der
Einlassmischer bekannt ist, ist lateral positioniert und gegen zwei
gegenüberliegende
massive Kontaktstücke
in Halterbügeln durch
einen durch Schwerkraft betätigten
Keil gehaltert. Die Einlassmischer sind jeweils an dem oberen Ende
durch einen vorbelasteten Träger
in ihrer Lage gehalten. Um die Einrichtung zu befestigen, wird der Strahlpumpenträger mit
einer hohen Vorbelastung zusammengesetzt, die durch Einbauen des
Bolzens des Strahlpumpenträgers
mit einer hydraulischen Spannvorrichtung aufgebracht wird.
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Es
wurde gefunden, dass statische und dynamische Belastungen auf Strahlpumpenträger, die Schwingungen
einschließen,
die während
des Reaktorbetriebs erteilt werden, in einigen Fällen eine Rissbildung im Träger bewirken,
die in dem oberen zentralen Abschnitt der Träger beginnen. Jeder Strahlpumpenträger hält einen
Rohrleitungs-Krümmer
in seiner Lage, der Reaktorwasser von einer Einlasssteigleitung
in Richtung auf eine Strahlpumpendüse führt.
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Eine
Rissbildung in einem Strahlpumpenträger birgt die Gefahr, dass
sich ein Leitungskrümmer aus
seiner normalen Position löst,
was einen ordnungsgemäßen Strahlpumpenbetrieb
gefährden könnte. Demzufolge
ist es wünschenswert,
die physikalische Integrität
von Strahlpumpenträgern
auf einer regelmäßigen Basis
zu ermitteln, beispielsweise durch Ultraschallprüfung. In einigen Fällen geschieht dies
dadurch, dass die Strahlpumpenträger
aus dem Reaktor ausgebaut und sie zum Prüfen in ein Labor transportiert
werden. In anderen Fällen
wird eine Ultraschall-Inspektion der Strahlpumpenträger vor
Ort in dem Reaktorbehälter
ausgeführt.
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Aus
der
DE 31 50 764 C2 ist
eine Vorrichtung zur Prüfung
von Strahlpumpenträgern
mittels Ultraschall bekannt, von der die Erfindung ausgeht. Diese Vorrichtung
weist eine als Schwingerschlitten bezeichnete Basis auf, die rittlings
auf dem jeweils zu überprüfenden Strahlpumpenträger aufsetzbar
ist und die eine Trägerbolzenöffnung aufweist,
welche zur Aufnahme eines Strahlpumpen-Trägerbolzen bemessen ist. An
zwei einander gegenüber
liegenden Seitenabschnitten der Basis sind Wandlerhalter für Ultraschallwandler
vorgesehen, die Ultraschallsignale aussenden bzw. empfangen, welche
Rückschlüsse auf
den Zustand des untersuchten Strahlpumpenträgers erlauben. Der Schwingerschlitten
ist auf den Strahlpumpenträger
aufgesetzt und auf diesem lediglich durch seine Formgebung und sein
Gewicht gehalten.
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Aus
der
JP 11-326291 A ist
daneben eine Prüfeinrichtung
zum Prüfen
der Verbindungsschweißnähte zwischen
dem Diffusor einer Strahlpumpe und einer sich an diesen anschließenden Ringplatte
eines Kernreaktors bekannt, bei der ein auf dem zylindrischen Diffusormantel
verfahrbarer Sensorkopf vorgesehen ist, der die kreisförmige Schweißnaht abtastet
und an einer ortsfesten Positioniereinrichtung beweglich gelagert
ist. Die an dem Diffusor abgestützte
Positioniereinrichtung ist durch Druckzylinder, die an der Reaktor-Druckbehälteraußenwand
innen angreifen gegen die Diffusoraußenwand verspannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es die Prüfung
auf Rissbildung in einem Strahlpumpenträger zu verbessern.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Prüfeinrichtung
gemäß dem Patentanspruch
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine
Prüfeinrichtung zum
Prüfen
von Strahlpumpenträgern
von Kernreaktoren bereitgestellt. Der Kernreaktor enthält wenigstens
eine Strahlpumpe, wobei jede Strahlpumpe einen Strahlpumpenträger und
einen Strahlpumpen-Trägerbolzen
aufweist. Die Prüfeinrichtung
enthält
eine Basis, die rittlings auf einem Strahlpumpenträger anbringbar
ist. Die Basis enthält
eine Trägerbolzenöffnung,
die zur Aufnahme eines Strahlpumpen-Trägerbolzens bemessen ist. Ein
erster Wandlerhalter ist mit einem ersten Seitenabschnitt von der Basis
verbunden, und ein zweiter Wandlerhalter ist mit einem zweiten Seitenabschnitt
der Basis verbunden. Der erste Seitenabschnitt liegt dem zweiten
Seitenabschnitt gegenüber.
Jeder Halter enthält
einen Stellzylinder, der so konfiguriert ist, dass er mit dem Strahlpumpenträger in Kontakt
ist, wenn er aktiviert ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1 ist
ein Schnittbild, wobei einige Teile weggeschnitten sind, von einem
Druckbehälter
eines Siedewasser-Kernreaktors.
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2 ist
ein perspektivisches Bild, wobei Teile weggeschnitten sind, von
einer in 1 gezeigten Strahlpumpeneinrichtung.
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3 ist
eine Seitenansicht von dem in 2 gezeigten
Strahlpumpenträger.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht von einer Prüfeinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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5 ist
eine Ansicht von unten auf die in 4 gezeigte
Prüfeinrichtung.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht von der in 4 gezeigten
Prüfeinrichtung,
die auf einem Strahlpumpenträger
angebracht ist.
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Es
wird nun eine Prüfeinrichtung
genauer beschrieben, die Volumen- und Oberflächenprüfungen von Strahlpumpenträgern ausführt. Die
Prüfeinrichtung
untersucht die Armbereiche von dem Strahlpumpenträger mit
selbst-justierenden Tauch-Ultraschallwandlern
und prüft
den Bohrungs-Lochbereich von dem Strahlpumpenträger mit gegenüberliegenden
Ultraschallwandlern, die in einem „Schlag-Fang”-Modus
betrieben werden kann. Die Prüfeinrichtung
gestattet eine Inspektion von Strahlpumpenträgern vor Ort innerhalb des
Reaktors, ohne dass die Strahlpumpen ausgebaut werden müssen.
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In 1 ist
ein Schnittbild, wobei einige Teile weggeschnitten sind, von einem
Reaktordruckbehälter
(RDB) 10 von einem Siedewasser-Kernreaktor (BWR von boiling
water nuclear reactor) gezeigt. Der RDB 10 hat eine im
allgemeinen zylindrische Form und ist an dem einen Ende durch einen
unteren Kopf 12 und an seinem anderen Ende durch einen
lösbaren
oberen Kopf 14 verschlossen. Eine Seitenwand 16 erstreckt
sich von dem unteren Kopf 12 zum oberen Kopf 14.
Die Seitenwand 16 enthält
einen oberen Flansch 18. Der obere Kopf 14 ist
an dem oberen Flansch 18 befestigt. Ein zylindrisch geformter
Kernmantel 20 umgibt einen Reaktorkern 22. Der
Mantel 20 ist an dem einen Ende durch eine Mantelhalterung 24 gehaltert
und weist einen lösbaren
Mantelkopf 26 an dem anderen Ende auf. Zwischen dem Mantel 20 und
der Seitenwand 16 ist ein Ringraum 28 gebildet. Ein
Pumpendeck 30, das eine Ringform hat, erstreckt sich zwischen
der Mantelhalterung 24 und der RDB Seitenwand 16.
Das Pumpendeck 30 enthält
mehrere kreisförmige Öffnungen 32,
wobei jede Öffnung eine
Strahlpumpe 34 aufnimmt. Die Strahlpumpen 34 sind
in Umfangsrichtung um den Kernmantel 20 herum verteilt.
Eine Einlass-Steigleitung 36 ist mit zwei Strahlpumpen 34 durch
eine Übergangsanordnung 38 verbunden.
Jede Strahlpumpe 34 enthält einen Einlassmischer 40 und
einen Diffusor 42. Der Einlasssteiger 36 und zwei
verbundene Strahlpumpen 34 bilden eine Strahlpumpeneinrichtung 44.
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Wärme wird
in dem Kern 22 erzeugt, der Brennstoffbündel 46 aus spaltbarem
Material enthält. Durch
den Kern 22 umgewälztes
Wasser wird wenigstens teilweise in Dampf umgewandelt. Dampfseparatoren 48 trennen
Dampf von Wasser, das erneut umgewälzt wird. Restliches Wasser
wird aus dem Dampf durch Dampftrockner 50 entfernt. Der
Dampf verlässt
den RDB 10 durch einen Dampfauslass 52 nahe dem
oberen Behälterkopf 14.
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Die
in dem Kern 22 erzeugte Wärmemenge wird dadurch geregelt,
dass Steuerstäbe 54 aus
Neutronen absorbierendem Material, wie beispielsweise Hafnium, ein-
und ausgefahren werden. Soweit ein Steuerstab 54 in das
Brennstoffbündel 46 eingeführt wird,
absorbiert er Neutronen, die anderenfalls zur Verfügung stehen
würden,
um die Kettenreaktion zu fördern,
die Wärme
in dem Kern 22 erzeugt. Steuerstab-Führungsrohre 56 halten
die vertikale Bewegung der Steuerstäbe 54 während des
Ein- und Ausfahrens bei. Steuerstabantriebe 58 bewirken
das Ein- und Ausfahren der Steuerstäbe 54. Die Steuerstabantriebe 58 führen durch
den unteren Kopf 12 hindurch.
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Die
Brennstoffbündel 46 werden
durch eine Kernplatte 60 ausgerichtet, die am Unterteil
des Kerns 22 angeordnet ist. Eine obere Führung 62 richtet
die Brennstoffbündel 46 aus,
wenn sie in den Kern 22 abgesenkt werden. Die Kernplatte 60 und
die obere Führung 62 werden
durch den Kernmantel 20 getragen.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, wobei einige Teile weggeschnitten
sind, von der Strahlpumpeneinrichtung 44. Die Strahlpumpeneinrichtung 44 enthält eine
Steigleitung 36, die mit zwei Strahlpumpen 34 durch
eine Übergangseinrichtung 38 verbunden
ist. Jede Strahlpumpe 34 enthält eine Strahlpumpendüse 64,
einen Saugeinlass 66, einen Einlassmischer 40 und
einen Diffusor 42 (der in 1 gezeigt ist).
Die Strahlpumpendüse 64 ist
in dem Saugeinlass 66 positioniert, der an einem ersten
Ende 68 von dem Einlassmischer 40 angeordnet ist.
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Die Übergangseinrichtung 38 enthält ein Sockelstück 70 und
zwei Ellenbogen 72. Jeder Ellenbogen 72 ist mit
einer Strahlpumpendüse 64 verbunden.
Stützarme 74, 76, 78 und 80 gehen
von dem Basisstück 70 der Übergangseinrichtung
aus. Ein Querträger 82 verbindet
die Stützarme 74 und 76,
und ein Querträger 84 (in 2 teilweise
weggeschnitten) verbindet die Stützarme 78 und 80.
Ein Strahlpumpenträger 86 erstreckt
sich zwischen den Stützarmen 74 und 78.
Ein gleicher Strahlpumpenträger
(nicht gezeigt) erstreckt sich zwischen den Stützarmen 76 und 80.
Weiterhin enthält
gemäß 3 der
Strahlpumpenträger 86 einen
erhöhten
Mittelabschnitt 88 und Drehzapfen 90. Die Enden
des Strahlpumpenträgers 86 sind
in Vertiefungen 92 gehaltert, die in den Stützarmen 74 und 78 angeordnet
sind. Ein Trägerbolzen 94 enthält einen
vielseitigen Kopf 96, einen Gewindeabschnitt 98 und
einen Stumpf 100, der eine untere Lagerfläche 102 aufweist,
die gegen eine Scheibe 104 drückt, die in einer Senkbohrung 105 des
Ellenbogens 72 sitzt. Der Trägerbolzen 94 ist in eine
Gewindeöffnung 106 des
Bolzens in dem Strahlpumpenträger 86 geschraubt.
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Eine
Verriegelungseinrichtung 110 verhindert, dass sich der
Trägerbolzen 94 löst. Die
Verriegelungseinrichtung 110 enthält eine Verriegelungshülse 112 und
eine Verriegelungsplatte 114. Die Verriegelungshülse 112 enthält einen
Basisabschnitt 116 an einem ersten Ende 118 und
eine Bohrung 120, die sich von dem ersten Ende 118 zu
einem zweiten Ende 122 erstreckt. Die Bohrung 120 ist
so bemessen und geformt, dass sie den Trägerbolzenkopf 96 passend
aufnimmt.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht von einer Prüfeinrichtung 130 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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5 ist
eine Ansicht von unten auf die Prüfeinrichtung 130 und 6 ist
eine perspektivische Ansicht von der Prüfeinrichtung 130,
die auf einem Strahlpumpenträger 86 angebracht
ist. Gemäß den 4, 5 und 6 enthält die Prüfeinrichtung 130 eine
Basis 132 mit gegenüberliegenden
ersten und zweiten Seitenabschnitten 134 und 136 und
gegenüberliegenden
dritten und vierten Seitenabschnitten 138 und 140.
Eine Trägerbolzenöffnung 142 führt die
Basis 132 hindurch. Die Bolzenöffnung 142 ist in der
Größe so bemessen,
dass sie den Strahlpumpen-Trägerbolzen 94 aufnimmt,
und eine Bodenfläche 144 von
der Basis 132 enthält
einen Sitz 146, der zur Aufnahme der Verriegelungshülse 112 und
Verriegelungsplatte 114 bemessen ist, so dass die Basis 132 rittlings
auf dem Träger 86 montierbar
ist.
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Ein
erster Wandlerhalter 148 ist mit dem ersten Seitenabschnitt 134 von
der Basis 132 verbunden und ein zweiter Wandlerhalter 150 ist
mit dem zweiten Seitenabschnitt 136 von der Basis 132 verbunden.
Ultraschallwandler 152 und 154 sind in dem ersten
Halter 148 angebracht, und Ultraschallwandler 156 und 158 sind
in dem zweiten Halter 150 angebracht. Die Wandler 152, 154, 156 und 158 sind
in den Haltern 148 und 150 so angebracht, dass
die in dem ersten Halter 148 angebrachten Wandler den in dem
zweiten Halter 150 angebrachten Wandlern gegenüberliegen.
Genauer gesagt, der Wandler 152 liegt gegenüber dem
Wandler 158 und der Wandler 154 liegt gegenüber dem
Wandler 156. Diese Anordnung gestattet einen Betrieb in
einem „Schlag-Fang”-Modus,
bei dem der eine Wandler Ultraschallsignale sendet und der gegenüberliegende Wandler
einen Teil der Signale empfängt.
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Der
erste Halter 148 weist einen vertieften Abschnitt 160 auf,
und der zweite Halter 150 enthält einen vertieften Abschnitt 162.
Die vertieften Abschnitte 160 und 162 sind in
der Größe so bemessen, dass
sie Drehzapfen 90 von dem Strahlpumpenträger aufnehmen,
wenn die Basis 130 auf einem Träger 86 montiert ist.
Der erste Halter 148 und der zweite Halter 150 enthalten
pneumatische Stellzylinder 164 bzw. 166. Wenn die Stellzylinder 164 und 166 aktiviert
werden, fahren sie in die vertieften Abschnitte 160 bzw. 162 aus,
um mit den Drehzapfen 90 in Eingriff zu kommen, was die
Einrichtung 130 an dem Träger 86 befestigt und
verhindert, dass sich die Einrichtung 130 während des
Abtastbetriebes hin- und herbewegt. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind
die Stellzylinder 164 und 166 hydraulische Zylinder.
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Ein
erstes Befestigungsteil 168 ist mit dem dritten Seitenabschnitt 138 schwenkbar
verbunden, und ein zweites Befestigungsteil 170 ist mit
dem vierten Seitenabschnitt 140 schwenkbar verbunden. Eine
Bohrung 172 führt
durch das erste Befestigungsteil 168 hindurch. Die Bohrung 172 ist
in ihrer Größe so bemessen,
dass sie einen Tauch-Ultraschallwandler 174 aufnimmt. Eine
Stellschraube 176 befestigt den Wandler 174 in
seiner Lage in der Bohrung 172. Zwei Bohrungen 178 und 180 führen durch das
zweite Befestigungsteil 170 hindurch. Die Bohrungen 178 und 180 sind
in ihrer Größe so bemessen,
dass sie Tauch-Ultraschallwandler 182 bzw. 184 aufnehmen.
Stellschrauben 186 und 188 befestigen die Wandler 182 und 184 in
ihrer Lage in den Bohrungen 178 bzw. 180. Die
Schwenkbewegung der Befestigungsteile 168 und 170 gestattet
eine Selbstjustierung und richtige Ausrichtung der Tauch-Ultraschallwandler 174, 182 und 184.
Genauer gesagt, Positionierfedern 190 üben eine Abwärtskraft
auf die Befestigungsteile 168 und 170 aus, um
die Befestigungsteile 168 und 170 mit dem Träger 86 in
Kontakt zu halten und somit die Wandler 174, 182 und 184 in
einem vorbestimmten Abstand von dem Träger 86 und in einer
richtigen Ausrichtung mit dem Träger 86 zu halten.
Die Positionierfedern 190 sind an Bügeln 192 und 194 befestigt,
die mit den ersten und zweiten Seitenabschnitten 134 und 136 der
Basis 132 verbunden sind.
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Ein
Hebeteil 196 ist mit der Basis 132 verbunden.
Das Hebeteil 196 weist einen U-förmigen Ballen 198,
der mit der Basis 132 verbunden ist, und ein Verbindungsstück 200 auf,
das von dem Ballen 198 ausgeht. Das Verbindungsstück 200 ist
so geformt, dass es mit dem Endverbinder von einer Handhabungsstange
(nicht gezeigt) verbunden werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen
ist das Verbindungsstück
so geformt, dass es mit Tauen, einem Kran oder einem automatischen
Werkzeugmanipulator verbunden werden kann.
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Im
Betrieb wird die Prüfeinrichtung 130 auf den
Strahlpumpenträger 86 abgesenkt,
wobei eine Handhabungsstange (nicht gezeigt) oder irgendeine andere
geeignete Hebevorrichtung verwendet wird, die mit dem Hebeteil 196 verbunden
ist. Die Einrichtung 130 wird auf dem Träger 86 so
angebracht, dass der Trägerbolzen 94 in
der Bolzenöffnung 142 aufgenommen
ist und die Verriegelungsplatte 114 mit dem Sitz 146 zusammenpasst.
Wenn die Einrichtung 130 auf dem Träger 86 positioniert
ist, machen die Befestigungsteile 168 und 170 Kontakt
mit den Armen des Trägers 86,
was bewirkt, dass die Befestigungsteile 168 und 170 so
schwenken, dass die Tauch-Ultraschallwandler 174, 182 und 184 in
richtiger Ausrichtung mit dem Träger 86 sind.
Dann werden die Stellzylinder 164 und 166 aktiviert,
was die Einrichtung 130 an dem Träger 86 festklemmt,
um eine Hin- und Herbewegung während
des Abtastens zu verhindern. Der Träger 86 wird dann abgetastet,
wobei die Ultraschallwandler 152, 154, 156 und 158 und
die Tauch-Ultraschwallwandler 174, 182 und 184 verwendet
werden. Wenn die Abtastung abgeschlossen ist, werden die Stellzylinder
deaktiviert und die Einrichtung 130 von dem Träger 86 abgehoben.