DE2659555A1

DE2659555A1 - Einrichtung zum lokalisieren defekter brennstaebe eines reaktor-brennelements

Info

Publication number: DE2659555A1
Application number: DE19762659555
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Jester; Rolf C Ing Grad Zinssmeister
Original assignee: Babcock Brown Boveri Reaktor GmbH
Current assignee: ABB Reaktor GmbH
Priority date: 1976-02-14
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2659555C2

Description

Einrichtung zum Lokalisieren defekter Brennstäbe eines Reaktor-
Brennelements Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lokalisieren defekter Brennstäbe aus innerhalb zu Brennelementen zusammengefassten Brennstabbündeln wassergekühlter Kernreaktoren, wobei in die Räume zwischen den Brennstäben senkrecht zu den Brennstabachsen ein Traggestell mit kammartig angeordneten Fingern, deren freie Fingerenden mit Ultraschallprüfköpfen bestückt sind, einführbar ist und wobei die Ultraschallprüfköpfe mittels Federn gegen die zu prüfenden Brennstäbe drückbar sind nach Patentanmeldung P 26 05 962.1.
Beispielsweise besteht der Kern eines leichtwassergekühlten Druckwasser-Reaktors der 1200 MW Leistungsklasse aus ca.
40-50 tausend Brennstäben, die jeweils in einzelne Gruppen von ca. 200 Stück zu sogenannten Brennelementen zusammengefasst sind. Ein Brennelement ist aufgebaut aus zwei Endstücken, den Führungsrohren für die Aufnahme von Steuer- bzw. Vergiftungsstäben, den Abstandshaltern für die Positionierung der Brennstäbe sowie den Brennstäben.
Die Brennstäbe, deren Hüllen aus Zircaloy bestehen, enthalten Kernbrennstoff in oxidischer Form und sind an beiden Enden durch angeschweißte Endstopfen verschlossen.
Während eines längeren Reaktorbetriebes können einzelne Stäbe undicht werden, so dass Kühlwasser eindringen und eventuell auch radioaktive Stoffe austreten können.
Weiterhin können Verformungen der Brennstabhüllen wie z.B.
Verbiegung oder Ausbeulung auftreten. In diese Brennstäbe muß nicht unbedingt Wasser eingedrungen sein. Sie werden jedoch ebenfalls als defekte Stäbe bezeichnet, da sie nicht mehr oder nur noch bedingt einsatzfähig sind. Informationen über den Grad der Verformung würden die Entscheidung erleichtern, ob diese Brennstäbe aus dem Kern entfernt werden müssen oder in einer weniger stark beanspruchten Kernzone noch einen weiteren Zyklus eingesetzt werden können.
Gemäß der Hauptpatentanmeldung wird eingedrungenes Wasser mit Hilfe einer Einrichtung ermittelt, deren mit Ultraschallprüfköpfen bestückte Finger in die Räume zwischen den Brennstäben etwa senkrecht zu den Brennstabachsen eingeführt werden. Die von den Ultraschallprüfköpfen ausgesandten Impulse ergeben unterschiedliche Resonanzen zwischen Wasser beinhaltenden und unbeschädigten Brennstäben.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Einrichtung derart auszugestalten, dass in einem Arbeitsgang sowohl die Lokalisierung der eingedrungenes Wasser aufweisenden als auch die Lokalisierung der eine Verformung aufweisenden Brennstäbe möglich ist.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass an den Seitenflächen der freien Fingerenden mit Dehnungsmeßstreifen versehene Biegefedern angeordnet sind, deren Abstand "b" mindestens so groB als der Normalabstand zwischen den Brennstäben ist und dass die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern mit einer Auswertungsstelle verbunden sind, die den Grad der Durchbiegung mit den Normalwerten vergleicht.
Gemäß einer besonderen Ausbildung sind die Mittelachsen von UltraschallprUfköpfenund Biegefedern in vorgebbarem Abstand zueinander versetzt angeordnet oder sie weisen eine gemeinsame Achse auf.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und der schematischen Zeichnungen wird die erfindungsgemäße Einrichtung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer Reaktoranlage Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 2 Fig. 3a einen Schnitt entlang der Linie C-C der Fig. 2 Fig. 4 eine vergrößert dargestellte Draufsicht auf einen Finger gemäß der Fig. 2 Fig. 5 eine besondere Ausgestaltung der Prüfeinrichtung In Fig. 1 ist mit 1 ein Brennelementlagerbecken bezeichnet.
Der Trennriegel 2 ist entfernt, so dass im Brennelementlagerbecken 1 und im Reaktorflutbecken 3 der gleiche Wasserstand vorliegt. Bei dem in bekannter Weise durchzuführenden Brennelementwechsel wird mit Hilfe der TEeskopiereinrichtung 4 der Brennelementwechselmaschine 5 ein Brennelement 6 aus dem Reaktordruckbehälter 7 gezogen.
Die an dem Mast 8 der Brennelementwechselmaschine befestigte Prüfeinrichtung 9 ermöglicht das Ermitteln von defekten Brennstäben während das Brennelement 6 noch über dem Reaktordruckbehälter hängt, während dem Transport in das Brennelementlagerbecken 1 oder an den bereits im Brennelementlagerbecken abgestellten Brennelementen 6a.
Die Prüfeinrichtung besteht aus einer Halterung 10, die an dem Mast 8 angeordnet ist. An der Halterung 10 ist ein Traggestänge 11 angelenkt, an dem wiederum eine Tragplatte 12 befestigt ist.
In Führungen der Tragplatte 12 gleitet das mit kammartig angeordneten Fingern versehene Traggestell 13, an dessen freien Fingerenden die Ultraschallprüfköpfe und die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern befestigt sind. Mittels einer Teleskopiereinrichtung ist das Traggestänge 11 höhenverstellbar.
Die Halterung 10 kann um den Mast 8 drehbar ausgeführt sein, um die Zugänglichkeit an ein Brennelement von allen Seiten zu ermöglichen.
Das Traggestell 13 mit den Ultraschallprüfköpfen und den mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern wird im Bereich der unteren Brennstabenden in Pfeilrichtung 14 etwa senkrecht zu den Brennstabachsen bewegt. Drei über die Stablänge verteilte Messungen genügen in der Regel, um eine zuverlässige Aussage über die Anzahl defekter Brennstäbe machen zu können.
Die Fig. 2 zeigt die Prüfeinrichtung in Kontakt mit der ersten Brennstabreihe eines Brennelementes. Aus Gründen der Ubersichtlichkeit ist ein Brennelement mit nur 5 x 5 Brennstäben dargestellt. Die Einrichtung wird beispielsweise vornehmlich bei einem Brennelement mit 17 x 17 Brennstäben eingesetzt.
Das Traggestell 13 ist mit kammartig angeordneten Fingern 26 versehen, an deren Enden 26a die Ultraschallprüfköpfe 22 und die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern 30 angeordnet sind.
Der Abstand zwischen den Brennstäben beträgt bei Druckwasserreaktoren ca. 2-3 mm. Die Finger 26 sind daher als dünne Metallplatten ausgebildet, die einen Querschnitt von ca.
1 x 20 mm aufweisen.
Der Ultraschallprüfkopf ist ein ca. 1 mm dicker Schwingkristall, der in dieser Größe von der einschlägigen Industrie lieferbar ist. Eine kleine, gewellte Blattfeder 25 ist dem Ultraschallprüfkopf gegenüberliegend in eine Aussparung 27 des Fingers 26 eingelassen und daran beispielsweise durch Nieten oder Punkte befestigt. Beim Einschieben der Einrichtung zwischen die Brennstäbe 24 wird der Federhöcker 19 niedergedrücktund ein Brennstab zwischen den Federhöckern 19, 20 arretiert, so dass der Prüfkopf 22 an den gegenüberliegenden Brennstab gedrückt wird. Bei dem äusseren Brennstab einer Reihe wird die notwendige Andrückkraft mit einer vorgespannten Feder 23 erzeugt.
Die Finger 26 weisen weiterhin mit Dehnungsmeßstreifen versehene Biegefedern 30 auf, die an den Seitenflächen der Finger 26 soweit auskragen, dass der Abstand 'tb" mindestens so groß wie der Normalabstand zwischen den Brennstäben ist.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, befindet sich im Finger 26 ein Durchbruch 33. Die vorzugsweise einteilig ausgebildete, sinusförmig gebogene Biegefeder überbrückt diesen Durchbruch 33 und ist in Aussparungen 34 (Fig. 4) derart eingelassen, dass sie bei Belastung in Pfeilrichtung 35 ein bestimmtes Maß frei federn kann. Der Abstand 2Bc" zwischen der Mittelachse 36 der Ultraschallprüfköpfe und der Mittelachse 37 der Biegefeder ist gleich dem Abstand "d" zwischen den Achsen 38 der Brennstabreihen 31, 32. Die Distanz a zwischen Fingeranfangskante 29 und Biegefeder 30 ist so groß bemessen, dass ein Durchfahren bis zur letzten Reihe 28 eines zu prüfenden Brennelements möglich ist.
In Fig. 3a ist die Führung des Traggestelles 13 in der Tragplatte 12 beispielsweise als Flachführung ausgebildet.
Die Bewegung des Traggestelles 13 in Pfeilrichtung 14 erfolgt mittels nicht dargestellter, hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch gesteuerter Antriebselemente.
Sobald die Brennstabreihe 31 mit dem in der Hauptanmeldung näher beschriebenen Verfahren auf Wassereinbrüche untersucht ist, wird die Einrichtung soweit in das Brennelementbündel eingefahren bis die gewellte Blattfeder 25 in die Brennstäbe der Brennstabreihe 32 einrastet. Da die Abstände "c"und "d" gleich sind, erfährt die Biegefeder 30 in dieser Stellung ihre größte Durchbiegung. Je nach Art der Stabverformung können die Biegefederhälften 30a, 30b unterschiedlich stark durchgebogen sein. Ein mit der Biegefeder 30 integrierter Dehnungsmeßstreifen erfährt die gleiche Durchbiegung und gibt über nicht dargestellte Leitungsverbindungen ein Signal an eine Auswertungsstelle. Die Signale werden dort mit den Normalwerten verglichen und geben Aufschluß über den Grad der Brennstabverformung.
Die Überprüfung einer Brennstabreihe nimmt ca. 20 Sekunden in Anspruch, so dass ein nahezu kontinuierliches Durchschieben der Prüfeinrichtung durch das Brennstabbündel erfolgt.
Gemäß einer Ausbildung nach Fig. 5 sind Ultraschallprüfkopf und Dehnungsmeßstreifen untereinander angeordnet, so dass eine Brennstabreihe gleichzeitig auf eingedrungenes Wasser und auf Verbiegungen geprüft wird.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird eine Einrichtung geschaffen, die mit einfachen Mitteln ein gleichzeitiges Prüfen der Brennstäbe auf Wassereinschluß und auf Verformung der Brennstabhülle ermöglicht. Eine separate Einrichtung zur Prüfung auf Verformung der Brennstabhülle ist nicht erforderlich. Somit werden die Prüfzeiten an Brennelementen niedrig gehalten, was einer Reduzierung der möglichen Strahlenbelastung für die Bedienungsmannschaft gleichkommt.
Leerse ite

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zum Lokalisieren defekter Brennstäbe aus innerhalb zu Brennelementen zusammengefassten Brennstabbündeln wassergekühlter Kernreaktoren, wobei in die Räume zwischen den Brennstäben senkrecht zu den Brennstabachsen ein Traggestell mit kammartig angeordneten Fingern, deren freie Fingerenden mit Ultraschallprüfköpfen bestückt sind, einführbar ist und wobei die Ultraschallprüfköpfe mittels Federn gegen die zu prüfenden Brennstäbe drückbar sind nach Patentanmeldung P 26 05 962.1 dadurch gekennzeichnet, dass an den Seitenflächen der freien Fingerenden mit Dehnungsmeßstreifen versehene Biegefedern (30) angeordnet sind, deren Abstand ("b") mindestens so groß wie der Normalabstand zwischen den Brennstäben (24) ist und dass die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern (30) mit einer Auswertungsstelle verbunden sind, die den Grad der Durchbiegung mit den Normalwerten vergleicht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen (36, 37) von Ultraschallprüfköpfen (22) und Biegefedern (30) in vorgebbarem Abstand versetzt zueinander angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen (36, 37) von Ultraschallprüfköpfen (22) und Biegefedern (30) eine gemeinsame Achse aufweisen.