DE3203630A1

DE3203630A1 - "verschlussstueckmessvorrichtung und verfahren zum messen der verlagerung von brennelementen"

Info

Publication number: DE3203630A1
Application number: DE19823203630
Authority: DE
Inventors: Frank Donald Qurnell; Nordahl Halle San Jose Calif. Skarshaug
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1982-02-03
Publication date: 1982-08-19
Also published as: JPS57151801A; ES8402452A1; SE8200594L; ES509499A0; US4420455A; IT1149593B; KR830009591A; IT8219561A0

Description

Verschlußstückmeßvorrichtung und Verfahren zum Messen
der Verlagerung von Brennelementen

Die Erfindung bezieht sich auf eine amphibische Vorrichtung zum Überwachen des Kernbrennelementwachstums infolge
von Bestrahlung und betrifft insbesondere eine amphibische Verschlußstückmeßvorrichtung zur Unterwassermessung
des Abstands zwischen Brennelementverschlußstücken und
der Fläche der oberen Ankerplatte eines die Brennelemente
enthaltenden Brennelementbündels. .

Die Brennelementbündel in einem Reaktorkern enthalten mehrere Brennelemente, die vertikal zwischen oberen und unteren Ankerplatten angeordnet und horizontal durch Abstandshalter befestigt sind, welche in vorbestimmten Intervallen zwischen den Ankerplatten angeordnet sind. Wenn die Brennelementbündel nach dem Reaktorbetrieb aus dem Kern entfernt werden, sind sie "heiß" oder bestrahlt und werden üblicher-

weise zur Strahlungsabschirmung in einem Reaktorservicebecken unter Wasser gelagert. Die Brennelemente zwischen den Ankerplatten sind einzeln an jedem Ende mit einem Verschluß versehen, um das Entweichen von Spaltungsprodukten und -gas zu verhindern. Das wird erreicht, indem sogenannte "Verschlußstücke", die zylindrische Schäfte aufweisen, auf die Enden der Brennelemente geschweißt werden. Einige der Schäfte sind mit Gewinden versehen, was gestattet, die entsprechenden Brennelemente einzuschrauben oder durch Muttern auf dem Schaft niederzuhalten. In den meisten Fällen sind jedoch die Schäfte glatt, und die Brennelemente werden lediglich eingeführt, indem die Schäfte in Schaftaufnahmelöcher, die durch die Ankerplatten gebohrt sind, eingepaßt werden. Jedes Brennelement ist mit einer es nach unten drückenden Feder versehen, die sich an der Unterseite der oberen Ankerplatte abstützt und konzentrisch um den Schaft des oberen Verschlußstückes angeordnet ist.

Während des Reaktorbetriebes bewirkt die Strahlung, daß die Brennelemente zwischen der oberen und der unteren Ankerplatte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten wachsen. Die Elemente, die an den Ankerplatten befestigt sind, können langsamer oder schneller als diejenigen wachsen, die lediglich in Schaftlöcher der Ankerplatten eingeführt sind, was möglicherweise eine Trennung zwischen der oberen Ankerplatte und einer Anzahl der Brennelemente verursacht oder was umgekehrt möglicherweise zur Folge hat, daß gewisse Brennelomen to sich aufgrund unzureichenden Raums für eine axiale Ausdehnung seitlich krümmen. In jedem Fall werden, ob nun die Brennelemente von der oberen Ankerplatte getrennt und dadurch Schwingungen ausgesetzt werden, die durch Reaktorwasser verursacht werden, das durch das Brennelementebündel hindurchgeleitet wird,

oder ob sich die Brennelemente durch übermäßiges Wachstum krümmen, nachteilige Beanspruchungen auf die Hülle der Brennelemente ausgeübt, was möglicherweise zur Folge haben kann, daß die Hülle reißt.

Weitere Information über den Aufbau von Brennelementen und Brennelementbündeln findet sich in der US-PS 3 431 170, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Zum Minimieren der vorgenannten Gefahren des Trennens und Krümmens von Brennelementen innerhalb eines Brennelementbündels ist eine regelmäßige überwachung des Brennelementwachstums erwünscht. Das kann durch regelmäßiges Messen des Abstands zwischen den Verschlußstükken und einer Bezugsfläche der oberen Ankerplatte gemäß der hier beschriebenen Erfindung erfolgen.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, die Integrität von Kernbrennelementbündeln zu fördern und insbesondere die Brennelemente in der oberen Ankerplatte eines Brennelementbündels geeignet positioniert oder befestigt zu halten.

Weiter soll durch die Erfindung eine amphibische Vorrichtung geschaffen werden, die in der Lage·ist, das Brennstabwachstum relativ zu einer Bezugsfläche an der oberen Ankerplatte auf eine Weise zu messen, die das Zerlegen des Brennelementbündels vor der Messung erübrigt.

Ferner soll durch die Erfindung die zweckmäßige und wirtschaftliche ünterwassermessung des Einführgrades von Reaktorbrennelementen in einer oberen Ankerplatte gefördert werden, die vorgesehen ist, um die oberen Enden

der Brennelemente in gegenseitigem Abstand zu halten.

Die Erfindung beinhaltet in einer ihrer Ausführungsformen eine rohrförmige, amphibische Verschlußstückmeßvorrichtung zur Unterwassermessung des Bestrahlungswachstums von Brennelementen durch eine Bedienungsperson, die von dem Brennelement durch das abschirmende Wasser eines Reaktorservicebeckens getrennt ist. Die Vorrichtung mißt den Abstand zwischen einer oberen oder Bezugsfläche d^er oberen Ankerplatte eines Brennelementbündels und den- Verschlußstücken von Reaktorbrennelementen durch Einführen einer Meßspitze der Meßvorrichtung in ausgewählte Schaftlöcher der oberen Ankerplatte. Zum Durchführen einer Messung wird das äußere Rohr der Vorrichtung an der Bezugsfläche der oberen Ankerplatte gehalten, und eine Innenstabbaugruppe der Vorrichtung betätigt einen Stößel, wenn die Spitze der Meßvorrichtung mit dem Schaft des Verschlußstückes in Berührung kommt. Während des Manövrierens unter Wasser zu dem zu messenden Brennelementbündel hin ist die Stabbaugruppe der Vorrichtung in einer zurückgezogenen, geschützten Stellung innerhalb eines äußeren Rohres verriegelt. Das erfolgt durch Spannen eines Bolzens in dem äußeren Rohr, durch Ziehen desselben längs des Längsteils eines L-förmigen Schlitzes in den Rohren und durch Verriegeln desselben seitwärts am Ende seiner Längsbahn. Während der Messung ist der Bolzen entriegelt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema der amphibischen Verschluß-

stückmeßvorrichtung,

Fig. 1Λ den L-förmigen Schlitz in der Vor

richtung, wobei der Bolzen in gespannter Stellung und in Betriebsstellung gezeigt ist,

Fig. 2 eine Hilfsverschlußstückmeßvorrich-

tung, bei der die Spitze gegenüber der Hauptachse der Vorrichtung versetzt ist, wodurch eine Messung unter dem Bügel der oberen Ankerplatte durchgeführt werden kann,

Fig. 3 zwei Arten der Positionierung der Verschluß-

stückmeßvorrichtung über der oberen Ankerplatte eines Brennelementbündels und

Fig. 4 eine Bedienungsperson, die die Verschlußstück-

meßvorrichtung über der oberen Ankerplatte eines Brennstoffbündels positioniert, das unter Wasser in einer Spannvorrichtung innerhalb des Reaktorservicebeckens befestigt ist.

Die hier beschriebene und in Fig. 1 gezeigte Verschlußstückmeßvorrichtung hat eine äußere Rohrbaugruppe 11, eine innere Stabbaugruppe 12 und einen Positionsanzeiger 13, der auf der äußeren Rohrbaugruppe 11 befestigt ist. Ein Riegel oder Bolzen 14 ist ander Stabbaugruppe 12 befestigt und ragt durch einen L-förmigen Schlitz 15 in der Rohrbaugruppe 11 hindurch. Eine Leine 16 geht durch ein Haltestück oder einen Haltering 17 an dem Rohr hindurch.

Weiter zeigt Fig. 1, daß die Rohrbaugruppe 11 ein oberes Rohr_21 zur Befestigung des Positionsanzeigers 13, ein mittleres oder Handhabungsrohr 22 zur bequemen Handhabung der Vorrichtung und ein unteres Rohr 23 aufweist, das einen seitlichen Fortsatz oder Fuß 24 hat, der während der Messung (vgl. Fig. 3) auf der oberen oder Be-

zugsflächo 25 der oberen Ankerplatte ruht. Die Rohrbaugruppe 11 braucht nicht in Abschnitte geteilt zu sein, zur Erleichterung des Zusammenbaus und des Lagerns ist das aber zweckmäßig. Darüber hinaus ist es, wenn die Meßvorrichtung aus Teilen aufgebaut ist, möglich, das untere Bohr 23 aus einem stabilen Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, herzustellen, während das obere Rohr 21 und das mittlere Rohr 22 aus Aluminium hergestellt werden. Das verringert das Gesamtgewicht der Vorrichtung, die in dieser Ausführungsform eine Länge von etwa 3,7 bis 4,6 m (12-15 feet) hat.

Das untere Rohr 23 hat, wie dargestellt, den kleinsten Durchmesser, und sein Ende weist in dem Ende des mittleren oder Handhabungsrohres 22^xPaßsitz auf. Es ist an dem Handhabungsrohr 22 durch eine Feststellschraube 26 befestigt, die aber durch eine andere geeignete Vorrichtung ersetzt werden kann. Das mittlere Rohr 22 ist seinerseits in das obere Rohr 21 durch eine zwischengeschaltete Flanschbüchse 27 eingeführt, die einen inneren Flansch 28 aufweist, was im folgenden noch näher erläutert ist.

χ einen

Das Handhabungsrohr 22 enthält einen im Umriß L-förmigen Schlitz 15, durch den der Bolzen 14 hindurchführt, der an einem Bund 29 an der Stabbaugruppe 12 befestigt ist, was ebenfalls im folgenden noch näher erläutert ist.

Die Rohrbaugruppe 11 weist also eine feste Reihenfolge von Rohren zunehmend kleineren Durchmessers auf. Das ist eine zweckmäßige Anordnung, in der das obere Rohr 21 relativ kurz ist und hauptsächlich zur Befestigung des Positionsanzeigers 13 und als Übergangsstück zu dem Hauptteil der Rohrbaugruppe, nämlich dem Handhabungsrohr 22, dient. Das Teil mit dem kleinsten Durchmesser,

aber vielleicht das widerstandsfähigste, ist das untere Rohr 23, das während der Messung am wahrscheinlichsten Flatterschwingungen ausführt und kleineren Zusammenstößen ausgesetzt ist.

Die Stabbaugruppe 12 ist konzentrisch innerhalb der Rohrbaugruppe 11 angeordnet. Ein Ende 33 der Stabbaugruppe liegt an einem positionsempfindlichen Stößel 34 des Positionsanzeigers 13 an. Das andere Ende oder die Spitze 35 erstreckt sich bis unter den Fuß 24 des unteren Rohres 23, damit sie zur Messung"(vgl. Fig. 3) in Schaftlöcher

41 eingeführt werden kann, die in eine obere Ankerplatte

42 gebohrt sind. Die Stabbaugruppe 12 besteht aus Stababschnitten, die durch Verbinder 43 geeignet zusammengehalten werde.n. Der Bund 29 ist um einen Teil der Stabbaugruppe 12 an dem L-förmigen Schlitz 15 des Handhabungsrohres 22 geeignet befestigt. Der Bolzen 14 ist an dem Bund 29 radial befestigt und erstreckt sich durch den
L-föjrmigen Schlitz 15, was gestattet, die Stabbaugruppe 12 in eine zurückgezogene Stellung in der Rohrbaugruppe

11 zu spannen oder zu verriegeln.

Normalerweise steht die Spitze der Stabbaugruppe 12 aus der Rohrbaugruppe' 11 hervor, um ausgewählte Messungen
an der oberen Ankerplatte vorzunehmen. Der Bolzen 14
verhindert, daß die Stabbaugruppe 12 aus der Rohrbaugruppe T1 herausrutscht. Der Bund 29 hält den Bolzen
14 an der Stabbaugruppe 12 zweckmäßig fest und bildet
einen Boden, auf dem sich eine Feder 44 abstützen kann.

Die Feder 44 ist zwischen dem Bund 29 der Stabbaugruppe

12 und dem Flansch 28 der Flanschbüchse 27 angeordnet,
wie oben erläutert. Die Feder 44 spannt die Stabbaugruppe

12 nach unten vor und drückt die Spitze 35 der Stabbaugruppe aus dem schützenden unteren Rohr 23 hinaus, damit Brennstabwachstumsmessungen durchgeführt werden können.

Der L-förmige Schlitz 15, durch den der Bolzen 14 hindurchführt, erstreckt sich in Längsrichtung in der Fläche des Handhabungsrohres 22 über eine beträchtliche Strecke nach unten und in Umfangsrichtung ausreichend weit über einen Teil des Handhabungsrohres 22, damit eine Bedienungsperson die Spitze 35 der Stabbaugruppe 12 in das schützende untere Rohr 23 zurückziehen und sie verriegeln kann. Darüber hinaus ist der Schlitz 15 lang genug, damit die Vorrichtung Verschlußstücke 4 5 innerhalb und außerhalb der oberen Ankerplatte 4 2 messen kann.

Durch geeignetes Bewegen des Bolzens 14 der Vorrichtung kann eine Bedienungsperson der Vorspannung der Feder 44 entgegenwirken und die Stabbaugruppe 12 in der Rohrbaugruppe 11 fest verriegeln, wie es in Fig. 1A gezeigt ist.

Das Seil 16 ist an dem Ring 17 befestigt, der an dem Handhabungsrohr 22 befestigt ist, um zu verhindern, daß die Vorrichtung während der Messung unbeabsichtigt in das Reaktorservicebecken fällt.

Die Ankerplatte 4 2 hat gemäß Fig. 3 einen diagonalen Bügel oder Handgriff 46, der die direkte vertikale Messung an denjenigen Brennelementen verhindert, die sich unterhalb des Handgriffes 46 befinden. Demgemäß ist eine Hilfsspitze 35' zur geeigneten Befestigung an dem unteren Ende der Stabbaugruppe 12 vorgesehen. Die Spitze 35' verlagert die tatsächliche Spitze 35 aus ihrer ursprünglichen Achse ausreichend weit zur Seite, damit die Messung von Schaft-

löchern unterhalb des diagonalen Handgriffes 46 der Ankerplatte 42 vorgenommen werden kann. Das untere Rohr 23 ist auf geeignete Weise abgeändert, damit es eine Hilfsspitze 35' aufnehmen kann, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Abschnitt der Rohrbaugruppe 11 ist weggeschnitten, damit Raum für die Befestigung der Hilfsspitze 35' an dem Ende der Stabbaugruppe 12 vorhanden ist.

Der Positionsanzeiger 13, der in dieser Version der Erfindung benutzt wird, ist eine; herkömmliche Positionsmeßuhr, die in der Lage ist, die verschiebung eines Stößels in ihrem Gehäuse in einen proportionalen Zahlenwert auf ihrer Skala umzuwandeln. Ein Beispiel einer geeigneten Meßuhr ist das Modell Nr. 8341-941 der Fa. Brown & Sharp.

Die hier beschriebene Verschlußstüekmeßvorrichtung kann auf verschiedenerlei Weise geeicht werden, je nach der gewünschten Nullanzeige. Eine Möglichkeit zum Eichen der Vorrichtung besteht darin, ihr Ende gegen eine ebene Fläche zu halten, wodurch die Spitze 35 der Stabbaugruppe 12 und der Fuß 24 der Rohrbaugruppe 11 beide an der ebenen Fläche anliegen. Dann wird eine Eichschraube (nicht dargestellt) auf einen vorgewählten Zahlenwert gedreht. Diese Zahl kann null sein, es kann aber ebensogut auch jede andere Zahl benutzt werden.

Brennelementmessungen werden in der Nähe der Seite des Reaktorservicebeckens durchgeführt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wobei das Brennelementbündel 51 durch eine geeignete Unterwasserspannvorrichtung- 52 festgehalten wird. Das obere Ende 53 des Brennelementbündels bleibt während der Messung immer wenigstens 1,8 m (six feet) unter der

Wasseroberfläche, um einen ausreichenden Strahlenschutz für den Meßingenieur oder jede andere Bedienungsperson zu gewährleisten. Die Messungen werden an "heißen" Brennelementbündeln durchgeführt, die während der Stromerzeugung in dem Reaktorkern aktiv gewesen sind. Demgemäß schützt das Wasser die Bedienungsperson vor unzulässiger Bestrahlung. Die Meßvorrichtung wird bei der Messung in das Wasser abgesenkt und über einem ausgewählten Loch 41 in der Ankerplatte 42 angeordnet, das dem zu messenden Brennelement entspricht.

Die Vorrichtung wird dann in das ausgewählte Loch 41 eingeführt, bis die Spitze 35 das obere Ende des Verschluß Stückes 45 berührt (Fig. 3) und der Fuß 24 des Rohres die Bezugsfläche 25 erreicht. Die die Messung durchführende Bedienungsperson kann dann die Skalenanzeige aufzeichnen und die Messung an anderen Löchern 41 fortsetzen, bis die axiale Position von sämtlichen ausgewählten Brennelementen aufgezeichnet worden ist.

Anhand der vorstehenden Beschreibung sind dem Fachmann Modifizierungen der Erfindung möglich. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die besondere Ausführungsform, die hier gezeigt und beschrieben worden ist, sondern umfaßt sämtliche Modifizierungen, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Leerseite

Claims

Ansprüche :

Verschlußstückmeßvorrichtung zum Bestimmen der axialen Position von Kernbrennelementen in der oberen Ankerplatte eines Reaktörbrennelementbündels, gekennzeichnet durch eine Befestigungsvorrichtung (21) zum Befestigen eines Positionsanzeigers (13), der einen Stößel (34) zum Betätigen des Anzeigers im Verhältnis zu dem Grad des Niederdrückens des Stößels aufweist, wobei die Befestigungsvorrichtung ein unteres Ende (24) zum Aufsetzen auf eine Bezugsebene, die durch die obere Fläche (25) der oberen Ankerplatte (42) gebildet wird, und eine Vorrichtung (12) hat, die verschiebbar und koaxial in der Befestigungsvorrichtung (21) angeordnet ist, mit dem Stößel (34) zusammenwirkt, als eine Verlängerung desselben dient und eine Spitze (35) aufweist, die unter das untere Ende (24) der Befestigungsvorrichtung (21) ausfahrbar ist, um das Ende des Schaftes eines VerschlußStückes (45) eines

Brennstabes in der oberen Ankerplatte (42) zu berühren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Vorrichtung (12) abwärts vorgespannt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärtsvorspannung durch eine Feder (44) erzeugt wird, die an einem Teil (28) der Befestigungsvorrichtung

(21) anliegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (21) rohrförmig ist und ein Handhabungsrohr (22) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsanzeigerbefestigungsvorrichtung (21) eine an ihr befestigte Vorrichtung (17) zur Aufnahme einer Leine (16) zum mechanischen Sichern der Position der Verschlußstückmeßvorrichtung in der Nähe der Meßposition aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (21) einen Schlitz (15) aufweist, durch den ein Bolzen (14) hindurchgeführt ist, der das Handhaben der verschiebbaren Vorrichtung (12) während des Meßvorganges gestattet.
7. Verschlußstückmeßvorrichtung zum Bestimmen der axialen Position von Kernbrennelementen in einem Brennelementbündel unterhalb einer Bezugsfläche, gekennzeichnet durch eine rohrförmige Baugruppe (11) mit einem Fuß (24) zum Aufsetzen auf eine Bezugsebene, die durch die obere Fläche

(25) der Ankerplatte (4 2) eines zu messenden Brennelementbündels gebildet wird, durch eine Verlagerungsmeßvorrichtung (13), die einen Stößel (34) enthält und auf der rohrförmigen Baugruppe (11) befestigt ist, und durch eine Stabbaugruppe (12), die konzentrisch und verschiebbar in dem rohrförmigen Teil (11) angeordnet ist, den Stößel (34) berührt und eine Spitze (35) aufweist, die aus der rohrförmigen Baugruppe (11) ausfahrbar ist, um sie in Schaftlöcher (24) in der oberen Ankerplatte (42) eines Brennelementbündels einzuführen.
8. Vorrichtung'nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabbaugruppe (12) einen Bolzen (14) aufweist, der radial von ihr vorsteht, wodurch das Ausfahren der Stabbaugruppe (12) aus der Rohrbaugruppe (11) manuell steuerbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbaugruppe (11). .einen L-förmigen Schlitz (15) aufweist, durch den ein Bolzen (14), der an der Stabbaugruppe (12) befestigt ist, radial nach außen hindurchgeführt ist, wodurch der Bewegungsbereich der Stabbaugruppe begrenzt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (24) ein radial vorstehender Ansatz an dem unteren Teil (23) der Rohrbaugruppe (11) ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbaugruppe (11) aus Abschnitten (21, 22, 23) aufgebaut ist, wodurch das Lagern

und Zusammenbauen erleichtert wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungsmeßvorrichtung (13) eine Meßuhr ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch einen Ring (17), der außen an der Rohrbaugruppe (11) befestigt ist und durch den eine Leine (16) hindurchführbar ist, wodurch die Vorrichtung befestigbar ist, damit sie im Verlauf des Meßvorganges nicht in das Reaktorservicebecken fallen kann.
14. Verfahren zum Messen des Grades der Verlagerung von Brennelementen in einem Kernbrennelementbündel relativ zu einer Bezugsebene, die durch die obere Fläche der oberen Ankerplatte des Brennelementbündels gebildet wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Anordnen desunteren Endes eines rohrförmigen Teils, das einen stößelbetätigten Verlagerungsanzeiger aufweist, in der Nähe des Randes eines ausgewählten Schaftloches in der oberen Ankerplatte, die die Brennstäbe in dem Bündel festhält;

Freigeben eines Stabteils, welches konzentrisch innerhalb des rohrförmigen Teils angeordnet ist und mit dem stößelbetätigten Verlagerungsanzeiger zusammenwirkt, bis die Spitze des Stabteils mit dem oberen Ende des Brennelements in Berührung kommt, das in dem ausgewählten Schaftloch festgehalten ist; und Aufzeichnen eines Meßwertes, der durch den Verlagerungsanzeiger geliefert wird, zur Verwendung bei der Auswertung des Brennelementwachstums, wodurch die Gefahr des Lösens oder Krümmens von Brennelementen, die in der oberen Ankerplatte befestigt oder positioniert sind, leicht ermittelt werden kann.