DE2749998A1

DE2749998A1 - Federkraftmessgeraet

Info

Publication number: DE2749998A1
Application number: DE19772749998
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Bezold; Josef Ing Grad Steven
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-11-08
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1979-05-10
Also published as: ES474889A1; DE2749998C3; JPS5476191A; US4246783A; DE2749998B2; BR7807318A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Federkraftmeßgerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Ermittlung und überprüfung der Federkraft der in Abstandshaltergittern für Kernreaktorbrennelemente eingesetzten federnden Abstandshalternoppen, die den je Abstandshaltermasche umfaßten Brennstab gegen meistens zwei gegenüberliegende starre Abstandshalternoppen drücken. Kernreaktorbrennelemente bestehen im allgemeinen aus einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Brennstäben, die durch Abstandshaltergitter im gewünschten Sollabstand zueinander gehalten werden. Diese Abstandshaltergitter wiederum sind normalerweise aus sich kreuzenden Blechstegen aufgebaut. Die dadurch gebildeten Maschen werden jeweils von einem Brennstab durchsetzt. Für die Zentrierung dieses Brennstabes in der jeweiligen Masche sind federnde und starre Anlagenoppen vorgesehen, wobei normalerweise in axialer Richtung des Brennstabes gesehen zwei starren Anlagenoppen an der einen Abstandshalterwand eine federnde Anlagenoppe auf der parallel dazu verlaufenden Abstandshalterwand gegenüber angeordnet ist. Diese Zentrierungsmethode erlaubt nicht nur ein leichtes Einführen der Brennstäbe in die Abstandshaltermasehen, sondern gewährleistet auch während des Reaktorbetriebes eine möglichst große Schwingungsfreiheit der vom Reaktorkühlmittel mit großer Geschwindigkeit umströmten Brennstäbe. Den federnden Anlagenoppen kommt dabei besondere Bedeutung zu. Deren Federkraft muß, abgesehen von der Genauigkeit der räumlichen Dimensionlerung, in engen Toleranzen konstant sein, damit die oben

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erwähnten Funktionen des Abstandehaltergitters, insbesondere bezüglich des Schwingungsverhaltens, gewährleistet bleiben.

Es ergab sich daher die Aufgabe, einerseits während der Fertigung der Abstandshaltergitter und andererseits auch für die Überprüfung bereits im Kernreaktorbetrieb eingesetzt gewesener Abstandshaltergitter ein einfach zu bedienendes Meßgerät zu finden, das die Federkraft der federnden Anlagenoppen zu messen und zu überprüfen gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäß in einem Meßgerät, das aus einem Kraftmeßdorn besteht, der den gleichen Durchmesser wie die durch das Abstandshaltergitter zu fixierenden Brennstäbe aufweist und einen Biegebalken enthält, dessen freies Ende mit der zu messenden federnden Anlagenoppe in Berührung steht und dessen anderes mit den Dorn fest verbundenes Ende mit wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen versehen ist.

Zur näheren Veranschaulichung dieses Gerätes sei auf die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen.

Die Fig. 1 zeigt in der Draufsicht eine Abstandshaltermasche eines Abstandshalters, diese besteht aus den Wänden 1,2,3 und 4, die die Abschnitte von sich kreuzenden hochkant angeordneten Stegen darstellen. In diesen Maschenwänden sind federnde Anlagenoppen 5 sowie starre Anlagenoppen 6 angeordnet. Weiter ist dort die Lage eines Brennstabes 20 eingezeichnet, der an den starren Anlagenoppen 6 anliegt und die federnden Anlagenoppen dabei leicht elastisch verformt.

IAn eine betriebssichere Einspannung der Brennstäbe 20 in den Abstandshaltermaschen zu gewährleisten, müssen die federnden Anlagenoppen 5 dabei bestimmte Anpreßkräfte aufbringen. Die Federkräfte wurden bisher durch eine indirekte Messung überprüft, die lichte Weite zwischen Federn und starren Anlagenoppen (eingeschriebener Maschendurchmesser) wurde mit Grenzlehr dornen erfaßt. Der zulässige Bereich dieser lichten Weite

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wurde empirisch festgelegt. Es stellte sich jedoch heraus, daß dieses Prüfverfahren zu ungenau und mit Unsicherheiten behaftet ist. So wird die Streuung der Federkräfte nicht erfaßt, die Messung der lichten Weite ist vom Prüfer abhängig und die wirklich vorhandene Federkraft kann nicht bestimmt, sondern nur ihr Kraftbereich angegeben werden.

Der exakten Messung dieser Federkräfte und damit auch der Federkennlinie dient das erfindungsgemäße Meßgerät, wie es in den Ausfuhrungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

Das Beispiel in Flg. 2 besitzt keinerlei von der Reibung abhängige, mechanisch bewegliche Teile, es ist außerdem klein und handlich und läßt sich getrennt von der Anzeigeeinrichtung handhaben. Diese Einrichtung ist daher auch von geringem Eigengewicht, so daß auch von dieser Seite her Störungen des Meßergebnisses vermieden werden. Hinzu kommt, daß diese Einrichtung in beliebiger Lage, also auch in vertikaler Richtung in das Abstandshaltergitter eingesetzt werden kann, so daß damit ein Verkanten des Meßgerätes in der Abstandshaltermasche infolge seines Eigengewichtes ausgeschlossen ist.

Die Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch eine Abstandshaltermasche. Auf der Maschenwand 2 sind zwei starre Anlagenoppen 6 und auf der Maschenwand 1 eine federnde Anlagenoppe 5 angebracht. Zur Messung der Federkraft der letzteren besteht das Meßgerät aus einem geschliffenen Dorn 11, der in seinem Durchmesser genau den in die Abstandshaltermaschen einzusetzenden Brennstäben 20 entspricht.

Dieser Dorn ist nun in der dargestellten Weise mit einem Schlitz 12 versehen, beispielsweise durch Elektronenstrahlbearbeitung oder Funkenerosion, so daß sich ein Biegebalken 13 ergibt. Dieser Biegebalken ist am Übergang zum massiven Teil des Domes 11 mit wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen 17 versehen, der über einen Verstärker 15 an ein entsprechendes Anzeigegerät 16 angeschlossen ist. Dies ist jedoch Stand der

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Technik, so daß nähere Einzelheiten der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt sind. Der Dorn 11 ist in einem wärmeisolierenden Handgriff 14 befestigt,der gleichzeitig in der dargestellten Weise als Anschlag gegenüber dem Abstandsheltergitter dient, so daß damit der Berührungspunkt zwischen der Feder 5 und dem Biegebalken 13 stets genau festgelegt ist. Die Schlitzung 12 dieses Biegebalkens ist dabei so geführt, daß die Anlagestelle 18 der um 90° in der Abstandshaltermasche versetzten federnden Anlagenoppe 5 auf den massiven Teil des Domes 11 zu liegen kommt und damit die Anzeige nicht verfälschen kann. Das Meßprinzip dieser Vorrichtung beruht dabei darauf, daß durch die Anlage der federnden Noppen 5 an dem Biegebalken 13 eine geringfügige Durchbiegung derselben erfolgt, die wiederum von dem Dehnungsmeßstreifen 17 elektrisch aufgenommen und über den Verstärker 15 sowie einer zwischengeschalteten Meßbrücke am Anzeigegerät 16 sichtbar gemacht wird.

Die Eichung dieses Gerätes ist dabei sehr einfach, da lediglich der Biegebalken 13 am Berührungspunkt mit der federnden Anlagenoppe 5 mit bekannten Kräften belastet werden muß. Es hat sich gezeigt, daß dieses Meßgerät ein sehr zuverlässiges Arbeiten erlaubt, das Ausmessen der einzelnen Federn in den Abstandshaltermaschen geht sehr rasch vor sich. Da der Griff 14 des Domes 11, durch den auch die Meßleitungen herausgeführt sind, wärmeisolierend aufgebaut ist, sind auch keine Verfälschungen der Meßwerte durch einen Wärmeübergang von der Bedienungsperson auf das eigentliche Meßgerät möglich.

Da der Dorn 11 stets den Durchmesser der jeweilig zur Anwendung kommenden Brennstäbe 20 aufweisen muß, ist es notwendig, für die Ausmessung verschiedener Abstandshaltergeometrien Dorne der entsprechenden Abmessungen bereitzustellen. Diese können dabei gegenüber dem Handgriff 14 und der elektronischen Meßwerteverarbeitung mit Hilfe einer mechanischen Kupplung auswechselbar gemacht werden.

Im Unterschied zu Fig. 2 zeigt das Ausfuhrungsbeispiel nach

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Fig. 3 einen hohlen Dorn 21, in dessen Inneren ein Biegebalken 22 einseitig befestigt 1st. Dehnungsmeßstreifen 17 sind wiederum in der Nähe dieser Befestigungsstelle angebracht und die Meßleitungen durch den hier nicht eingezeichneten Handgriff (siehe Fig. 2 Bezugszeichen 14) herausgeführt.

Am freien Ende dieses Biegebalkens 22 ist ein radialer Bolzen 23 angebracht, der zur Anlage an der Federnoppe 5 durch eine Bohrung 24 des Domes 21 nach außen ragt.

Diese AusfUhrungsform ist gegenüber jener nach Fig. 2 gegen äußere Einflüsse besser geschützt. Sie kann außerdem z.B. mit Hilfe einer elastischen Gummimasse abgedichtet werden, so daß sie auch z.B. unter Wasser eingesetzt werden kann.

Zur weiteren Veranschaulichung dieses Gerätes sei erwähnt, daß der Dorn 11 bzw. 21 entsprechend dem Durchmesser der Brennstäbe einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 mm besitzt. Die Durchbiegung des Biegebalkens 13 bzw. 22 am Angriffspunkt der Feder liegt in der Größenordnung von 16 Mikrometer. Anstelle der Dehnungsmeßstreifen können selbstverständlich auch andere Kraftaufnehmer, wie z.B. solche piezoelektrischer Art, Verwendung finden.

Abschließend sei erwähnt, daß ein derartiges Meßgerät bei allen Abstandshaltertypen Verwendung finden kann, in denen Federn zur Zentrierung von Brennstäben dienen. Die Dorne 11 bzw. 21 müssen dann nur jeweils der Abstandshaltergeometrie angepaßt werden. Selbstverständlich könnten solche Meßgeräte sinngemäß auch zur Ausmessung der Federkraft bei anderen Geräten verwendet werden, die außerhalb der Kernkraftwerkstechnik liegen, bei denen aber ebenfalls eine einfache und zuverlässige Kontrolle federnder Teile notwendig ist.

4 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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Patentanspruch. 2749998

Meßgerät zur Ermittlung und Überprüfung der Federkraft er in Abstandshaltergittern für Kernreaktorbrennelemente eingesetzten federnden Abstandshalternoppen, die den Je Abstandshaltermasche umfaßten Brennstab gegen meistens zwei gegenüberliegende starre Abstandshalternoppen drücken, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Kraftmeßdora (11,21) besteht, der den gleichen Durchmesser wie die durch das Abstandshaltergltter zu fixierenden Brennstäbe aufweist und einen Biegebalken (13/22) enthält, dessen freies Ende mit der zu messenden federnden Abstandshalternoppe (5) in Berührung steht und dessen anderes mit den Dorn (11/21) fest verbundenes Ende mit wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen (17) versehen ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegebalken (13) durch spannungsfreie Schlitzung des Domes (11) ausgebildet ist.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ausbildung des Biegebalkens (13) vorgesehene Schlitzung (12) so gerichtet, z.B. stufenförmig gestaltet ist, daß die in bekannter Weise um 90° versetzte zweite federnde Abstandshalternoppe (5) nur Berührung mit dem massiven Teil des Domes (11) hat.
4. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (21) hohl 1st und der Biegebalken (22) zentrisch in diesem mit seinem einen Ende befestigt ist sowie an seinem freien Ende mit einem radial durch eine seitliche Bohrung (24) des Domes (21) vorstehenden, vorne abgerundeten, Bolzen (23) zur Anlage an der federnden Abstandshaltemoppe (5) versehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED