DE2458095A1

DE2458095A1 - Verfahren und vorrichtung zum einfuellen von kernbrennstofftabletten in brennstabhuellen

Info

Publication number: DE2458095A1
Application number: DE19742458095
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Tedesco
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-01-03
Filing date: 1974-12-07
Publication date: 1975-07-10
Also published as: BE823946A; CH589915A5; IT1028133B; FR2257130A1; SE410533B; FR2257130B1; GB1461731A; JPS5097797A; ES433545A1; SE7500087L; BR7410819D0; US3965648A; JPS5458594U; CA1034548A

Description

PATH WTA TffWA IjT

DIPL. ING. K. HOLZEK

AUGSBTJKG

B-WEtSKB-S

TXLIKSt 81875

■ ^w· 710

Augsburg, den 5. Dezember 1974

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Einfüllen von Kernbrennstofftabletten in Brennstabhüllen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einfüllen von Kernbrennstofftabletten in Brennstabhüllen, wobei auf einem Einfülltisch, auf welchem die einzufüllenden Brennstofftabletten in Führungsrinnen liegen und auf welchem

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mit jeweils einer der Führungsrinnen fluchtende Brennstabhüllen angeordnet sind, jeweils eine große Anzahl von Brennst off tabletten in die Brennstabhüllen eingeführt wird.

Jeder der bei großen Kernreaktoren einer zur Erzeugung elektrischer Energie ausgelegten Bauart verwendeten Brennstäbe enthält etwa 240 Brennstofftabletten, die alle vor dem Einsetzen des Brennstabs in ein Reaktorbrennelement in die Brennstabhülle eingefüllt werden müssen.

Eine Brennstabfüllvorrichtung weist einen Einfülltisch auf, der ein Tablett mit beispielsweise 25 Nuten trägt, die jeweils etwa 60 cm lang sind und eine zur Aufnahme der Brennstoff tabletten geeignete Größe aufweisen. Auf dem Einfülltisch oder einem weiteren, benachbarten Tisch sind mit den Nuten fluchtende Brennstabhüllen angeordnet und die Brenn3tofftabletten werden dann entweder von Hand oder automatisch mittels einer geeigneten Maschine in die Brennstabhüllen eingeschoben. Beim Einschieben der Brennst off tabletten in die Brennstabhüllen können sich die Brennstoff tablett en verklemmen, was so häufig vorkommen kann, daß der Einfüllvorgang behindert und gelegentlich unterbrochen wird. Eine Untersuchung der Ursachen dieser Verklemmungen hat gezeigt, daß Brennstofftäbletten mit

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nicht exakt zu ihrer Längsachse senkrechten Stirnflächen einen ungleichförmigen Druck auf die Stirnfläche der nächsten Brennstofftablette in der Brennstabhülle ausüben. Die winkelige Lage einander benachbarter Tablettenstirnflächen hat zur Folge , daß die Brennst off tabletten gegen die Innenwandung der Brennstabhülle gedrückt werden, wobei sie zum Brechen neigen. Wird dann der Druck auf. die in der Brennstäbhülle befindliche Brennstofftablettensäule fortgesetzt, so entstehen hohe Einfüllkräfte, welche zur Folge haben, daß solche Brennstofftabletten sich verkanten und in der Brennstabhülle verklemmen. Dadurch werden diese Brennstoff tabletten in ihrer verkanteten Stellung so fest eingeklemmt, daß ein weiteres Einschieben der Brennstofftabletten in die Brennstabhülle ausgeschlossen ist. Oftmals ist es in solchen Fällen notwendig, die Brennstabhülle aufzusehneiden und die Brennstofftabletten auf diese Weise wieder aus der Brennst ab hü lie herauszuholen, da die Tabletten wertvoller als die Brennstabhülle sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs dargelegten Art so zu verbessern, daß ein Verklemmen der Brennst'offtabletten in den Brennstabhüllen beim Einfüllvorgang ausgeschlossen ist.

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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Einfülltisch mit den Brennstabhüllen derart in Vorwärts-Aufwärts-Richtung und Rückwärts-Abwärts-Richtung in Schwingungen versetzt wird, daß bei jeder Schwingung die Brennstofftabletten jeweils während der Vorwärts-Aufwärts-Beschleunigung des Einfülltisches und der Brennstabhüllen in Einfüllrichtung beschleunigt werden, wobei sie zunächst durch die Aufwärtsbeschleunigungskräfte infolge Reibung mit den Innenflächen der Brennstabhüllen in Berührung gehalten werden und sich dann während der Rückwärts-Abwärts-Beschleunigung des Einfülltisches und der Brennstabhüllen, bei welcher die reibungsbedingte Berührung zwischen den Brennstoff tabletten und den Brennstabhüllenwänden stark vermindert ist, noch weiterhin vorwärts bewegen, bis sie an einer weiter vorne liegenden Stelle wieder mit den Brennstabhüllen in Berührung kommen.

Eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, mit einem Einfülltisch zur Aufnahme mindestens einer Reihe von Brennstoff tabletten und zur Befestigung einer mit dieser fluchtenden Brennstäbhülle und mit diesen Tisch in Schwingungen versetzenden Schwingungserzeugern ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungs-

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erzeuger so an dem Einfülltisch montiert sind, daß sie diesen in zyklische Vorwärts-Aufwärts- und Rückwärts-Abwärts-Schwingungen versetzen.

Eine bevorzugte A us füh rungs form der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen ' beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

die Fig. 1 bis 4 schematisch den Ablauf der

Einfülltischschwingungen und der Vorwärtsbewegung der Brennstofftabletten innerhalb der Brennstabhülle,

Pig, 5 eine perspektivische Darstellung

einer Einfüllvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines

elektromagnetischen Schwingungserzeugers zur Anregung von Einfülltischschwingungen.

Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, ist auf der

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Oberseite eines Tisches 14, der von einer elektromagnetisch oder auf andere Weise arbeitenden Schwingungserze uge nden Vorrichtung getragen wird, eine Brennstabhülle 10 mit einer darin befindlichen Brennst off tablette 12 befestigt. Die schwin gun gs er ze uge nde Vorrichtung ist schematisch durch Schwinghebel 16 und Federn 18 dargestellt, die an einem Sockel 20 befestigt sind. Die Federn werden elektromagnetisch oder auf andere Weise derart gespannt, daß der Tisch nach links, d.h. rückwärts und abwärts bewegt wird, wie aus Fig. 1 hervorgeht.

Beim Wegnehmen der Spannkraft von den Federn wird die den Federn aufgeprägte Energie freigegeben, wodurch der Tisch nach rechts, d.h. aufwärts und vorwärts bewegt wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Während dieser Vorwärtsbewegung bewegt sich die Brennstoff tablette zusammen mit der Brennstabhülle vorwärts, es bleibt jedoch wegen der Reibungskräfte zwischen der Tab let ten oberfläche und der Wandinnenfläche der Brennstabhülle relativ zur Brennstabhülle feststehend. Die in den Federn gespeicherte Energie bewirkt eine Rückwärtsbewegung des Tisches in seine Anfangsstellung zurück. Gleichzeitig, wie in Fig. 3 dargestellt, ist zwischen der Tablettenoberfläche und der Wandinnen fläche der Brennstabhülle keine Reibungskraft mehr

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vorhanden und die Brennstofftablette schwebt frei innerhalb der Brennstabhülle. Da der Tisch land folglich auch die Brennstabhülle dann nach rückwärts und abwärts bewegt werden, bewegt sich die Brennstoff tablette weiterhin vorwärts, bis sie um eine in Fig, 4 mit X bezeichnete Distanz weiter vorne innerhalb der Brennstabhülle zur Ruhe kommt. Bei der Wiederholung dieses Zyklus führt die Brennstofftablette wiederum eine Vorwärtsbewegung um eine weitere, nicht dargestellte Strecke X aus, und während der folgenden Zyklen durchwandert daher die Brennstoff tablette schrittweise die gesamte Länge der Brennstabhülle, bis sie an einer normalerweise am Brennstabhüllenende angeordneten Anschlagfläche anstößt.

Da die Antriebskraft gesondert auf jede einzelne Brennstoff tablette übertragen wird, bewegen sich die Brennstoff tab letten in der Brennstabhülle unabhängig voneinander und es ist keine wesentliche Berührung zwischen den Brennstofftabletten vorhanden. Polglich durchlaufen alle Brennst off tab letten ungehindert die Brennstabhülle, bis sie innerhalb der Brennstabhülle eine Brennstoff säule bilden, wobei die einzelnen Brennstofftabletten mit ihren Stirnflächen aneinanderstoßen. Da während der Einfüllbewegung keine Kraft auf die Stirnflächen der Brennstoff-

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tabletten ausgeübt wird, können sich die Brennstoff tabletten nicht in der Brennstabhülle verkanten oder verklemmen, wie es der Fall ist, wenn sie in die Brennstabhüllen hineingeschoben werden.

In Fig. 5 ist eine den obigen Vorgang erzeugende Vorrichtung dargestellt, welche ein Gestell mit Rahmenteilen 24 und dazwischen verlaufende vertikale Stützen aufweist. Horizontale Tragschienen 2 8 überbrücken die oberen Rahmenteile 24 und tragen über Dampfungsfedern 30 darauf angeordnete elektromagnetische Schwingungserzeuger 32, die durch Träger 36 unmittelbar mit der Unterseite einer Platte 34 verbunden sind. Die Platte 34 besteht aus Stahlplatten 38 und ist als verhältnismäßig starre, sich nicht durchbiegende Konstruktion ausgebildet.

Ein Einfülltisch 40 trägt ein Tablett 42 zur Aufnahme der Brennstofftabletten mit beispielsweise 25 Nuten. In ähnlichen, mit den Brennstofftablettennuten fluchtenden Nuten sind Brennstabhüllen 44 angeordnet. Diese Brennstabhüllen werden mittels Klammern 46 oder anderen Befestigungsmitteln unverschiebbar auf dem Einfülltisch 40 festgehalten. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, zur Erleichterung des Eintritts der Brennstoff tabletten vom Tablett 42 in

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die Brennstabhüllen 44 trichterförmige Einführvorrichtungen zu verwenden.

Bei den elektromagnetischen Schwingungserzeugern handelt es sich um handelsübliche Geräte. Gemäß Fig. 6 weist jeder Schwingungserzeuger 32 ein Gehäuse 50 auf, in welchem ein laminierter, auf seinen Schenkeln eine Spule tragender Eisenkern 52 angeordnet ist. Eine diesem Eisenkern zugeordnete bewegliche Ankeranordnung 56 weist einen Plansch J>6 auf, der mittels Schrauben 58 unmittelbar mit der Unterseite des Tisches 40 verschraubt ist. Mehrere Blattfedern 60 sind mit ihren beiden Enden in Schlitzen der Gehäusewandung befestigt und in der Mitte mit dem Plansch 36 verbunden. Die Schwingungserzeuger teilen dem Einfülltisch 40 Schwingungshübe mit. Dazu wird ein nicht dargestellter Einweggleichrichter zwischen die Erregerspule 54 und eine 60-Hertz-Wechselspannungsquelle geschaltet, Wenn die Spule 54 erregt ist, zieht der Eisenkern den Anker 56 an und zieht dadurch den Plansch 36 und den Tisch 40 rückwärts und abwärts in Richtung zum Kern hin. Durch diesen Zugvorgang wird das Federpaket 60 durchgebogen und speichert Energie.

Da der Gleichrichter den Stromfluß während der

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negativen Halbwelle sperrt, wird der Kern entmagnetisiert, so daß die im Federpaket gespeicherte Energie den Plansch und den Tisch in Vorwärts-Aufwärts-Richtung und über die Neutrallage des Federpaketes hinaus bewegt. Während dieser Vorwärts-Aufwärts-Bewegung hält die vergrößerte Reibung die Brennstofftabletten mit der Wandinnenfläche der Brennstabhüllen in Kontakt, bis die Geschwindigkeit der Brennst offtab Ie tt en diejenige des Tisches übersteigt. Während sich der Tisch zurückbewegt, bewegen sich die Brennstofftabletten weiterhin vorwärts, da keine Reibung mehr zwischen ihnen und der Hülleninnenwandung mehr vorhanden ist, bis der Tisch wiederum in Vorwärts-Aufwärts-Richtung beschleunigt wird.

Da die Spule mit 60-Hertz-Wechselstrom gespeist wird, schwingt der Tisch 36OO mal pro Minute, wobei die Brennstofftabletten jedesmal eine Vorwärtsbewegung ausführen. Bisher betrug die normale Einfüllzeit zum Füllen der Brennstabhüllen mit Brennstofftabletten zwischen 12 Minuten und 15 Minuten. Mittels der oben beschriebenen Vorrichtung körinen die Brennstabhüllen nunmehr innerhalb 58 Sekunden bis 90 Sekunden, je nach der Größe der Anker- bzw. Tischaus.lenkung, gefüllt werden. Die Anker- bzw. Ti sch aus lenkung kann durch Verwendung eines veränderlichen Widerstandes

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im Gleichrichterkreis gesteuert werden.

Es ist einzusehen, daß der das Brennstofftablettentablett tragende Tisch und der die Brennstabhüllen tragende Tisch unabhängig voneinander oder synchron miteinander in Schwingungen versetzt werden können, so daß die Brennstoff-, tabletten kontinuierlich von dem Tablett in die Brennstabhüllen hineinwandern können, oder die Brennstofftabletten können von Hand in die Brennstabhüllen eingeführt werden, je nach der jeweils zur Verfügung stehenden Ausrüstung. Die Vorwärtsbewegung der Brennstoff tabletten innerhalb der Brennstabhüllen kann außerdem dadurch erleichtert werden, daß der Tisch so geneigt wird, daß die Brennstoff tabletten in Abwärts richtung in die Brennstabhüllen hineinwandern.

Bei der beschriebenen Aus füh rungs form finden elektromagnetische Schwingungserzeuger zur S chwi η gun gs erregung des Tisches Anwendung, da diese Bauform sich für das Füllen' von Brennstabhüllen besonders bewährt hat. Selbstverständlich können auch andere Schwingungserzeuger benützt werden. Beispielsweise sind pneumatische oder hydraulische Systeme anwendbar, die mit herkömmlichen Kolben-Zylinder-Anordnungen arbeiten können, wobei der Kolben mit dem Tisch verbunden ist und mit Hilfe von, von pneumatischen oder hydraulischen

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Energiequellen erzeugten Kräften angetrieben wird und durch Entlüftung in die Neutralstellung zurückkehren kann. Es können auch direkte mechanische Anordnungen Verwendung finden, beispielsweise Exzentertriebe oder Nockentriebe, welche dem Einfülltisch die erforderliche Schwingungsbewegung mitteilen.

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Claims

Patentansprüche

( 1.)Verfahren zum Einfüllen von Kernbrennstofftabletten in Brennstabhüllen, wobei auf einem Einfülltisch, auf welchem die einzufüllenden Brennstoff tablett en in Führungsrinnen liegen und auf welchem mit jeweils einer der Führungsrinnen fluchtende Brennstabhüllen angeordnet sind, jeweils eine große Anzahl von Brennstoff tabletten in die Brennstabhüllen eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfülltisch (42) mit den Brennstabhüllen (44) derart in Vorwärts-Aufwärts-Richtung und Rückwärts-Abwärts-Richtung in Schwingungen versetzt wird, daß bei jeder Schwingung die Brennstofftabletten (12) jeweils während der Vorwärts-Aufwärts-Beschleunigung des Einfülltisches und der Brennstabhüllen in Einfüllrichtung beschleunigt werden, wobei sie zunächst durch die Aufwärtsbeschleunigungskräfte infolge Reibung mit den Innenflächen der Brennstabhüllen in Berührung gehalten werden und sich dann während der Rüekwärts-Abwärts-Beschleunigung des Einfülltisches und der Brennstabhüllen, bei welcher die reibungsbedingte Berührung zwischen den Brennstoff tabletten und den Brenn-

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stäbhüllen stark vermindert ist, noch weiterhin vorwärts bewegen, bis sie an einer weiter vorne liegenden Stelle wieder mit den Brennstabhüllen in Berührung kommen.
2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Einfülltisch zur Aufnahme mindestens einer Reihe von Brennstofftabletten und zur Befestigung einer mit dieser fluchtenden Brennstabhülle und mit diesen Tisch in Schwingungen versetzenden Schwingungserzeugern, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehwingungserzeuger (32) so an dem Einfülltisch (¹JO) montiert sind, daß sie diesen in zyklische Vorwärts-Aufwärts- und Rückwärts-Abwärts-Sehwingungen versetzen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfülltisch (40) mit Bezug auf die Horizontalrichtung geneigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserzeuger (32) elektromagnetische Geräte sind und jeweils ein Gehäuse (50) und einen darin angeordneten Elektromagneten (52, 54) sowie einen diesem zugeordneten beweglichen Anker (56), ferner am Gehäuse

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befestigte und mit dem Anker verbundene federelastische Organe (60) und einen den Anker mit dem Einfülltisch (40) verbindenden Flansch (36) aufweisen, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß der Anker bei Erregung des Elektromagneten den Einfülltisch in der einen Richtung bewegt und-daß die federelastischen Mittel den Einfülltisch bei Entregung des Elektromagneten in seine Ursprungsstellung zurückbewegen.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten federelatischen Organe (60) Federn sind, die mit ihren Enden am Gehäuse ,(50) befestigt und mit ihrem Mittelteil mit dem Anker (56) verbunden sind.

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