DE3212140A1

DE3212140A1 - Vorrichtung zum eindaemmen des austretens von spaltgas durch ein loch in einem kernbrennstoffstab

Info

Publication number: DE3212140A1
Application number: DE19823212140
Authority: DE
Inventors: David Kent San Jose Calif. Dennison; James Edward Kasik; Frank Donald Qurnell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-04-13
Filing date: 1982-04-01
Publication date: 1982-10-21
Also published as: US4428903A; SE8202284L; KR840000043A; ES8403234A1; IT8220614A0; IT1150784B; ES511398A0; DE3212140C2; JPS57182197A

Description

Vorrichtung zum Eindämmen des Austretens von Spaltgas durch ein Loch in einem Kernbrennstoffstab

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eindämmen des Austretens von Spaltgas durch ein Loch in einem Kernbrennstoffstab.

Kernreaktoren, wie sie z. B. in "Nuclear Power Engineering" von M.M. El-Wakil, erschienen 1962 in McGraw-Hill Book Company, Inc., beschrieben sind, werden seit vielen Jähen zum Erzeugen von Elektrizität mittels Dampfbildung zum Antrieb von Turbinen eingesetzt. Der Dampf wird erzeugt mit Hilfe von Wärme aus Kernbrennstoffstäben, die in vertikalen Bündeln in einem Reaktorkern angeordnet sind.

Die Ausbildung der Kernbrennstoffstäbe ist im Laufe der Jahre beträchtlich verbessert worden. Um die weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Kernbrennstoffstäbe zu fördern, ist es vorteilhaft, die während des Reaktorbetriebes in den Kernbrennstoffrohren gebildeten Spaltgase zu untersuchen. Hierzu werden die bestrahlten Kernbrennstoffstäbe einzeln unter Wasser punktiert, um die Spaltgase freizugeben, die dann man dann einfängt und untersucht.

Das Eintauchen der Kernbrennstoffstäbe schützt die Wissenschaftler vor einer zu hohen Strahlungsbelastung. Ein Becken neben dem Gehäuse für den Feuchtigkeitsbehälter und den Druckkesseln des Reaktorkernes ist ein geeigneter Ort, um die Spaltgase abzunehmen.

Für diesen Zweck wird ein ausgewählter Kernbrennstoffstab aus seinem Bündel herausgezogen. Dieses Herausziehen kann stattfinden, nachdem das Bündel teilweise auseinandergenommen! worden ist. In der älteren Patentanmeldung P 31 28 084.6 ist ein Verfahren

zum Auüoinandernulunen einen Bündeln von Kernbrennst;o ί j yLaben beschrieben. Nach dem Herausziehen des Kernbrennstoffs Labes aua dem Bündel, dem Punktieren des Stabes und dem Auffangen des Spaltgases wird dieser Kernbrennstoffstab für eine unbestimmte Zeitdauer unter Wasser gelagert.' Durch das in den Stab eingebrachte Loch tritt unvermeidlich eine Menge Spaltgas aus. Dieses Gas ist radioaktiv und obwohl nur Spurenmengen in das Lagerbecken für

es die Kernbrennstoffstäbe gelangen, erscheint/doch bedenklich, die radioaktiven Spaltgase unbeschränkt in das Lagerbecken gelangen zu lassen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Austreten von Spaltgasen durch ein Loch in einem Kernbrennstoffstab, das durch Punktieren eingebracht worden ii;t, einzudämmen.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren zu ihrer Anwendung gelöst.

Das erfindungsgemäße Eindämmen des Austretens von Spaltgas erfolgt durch Anordnen einer verformbaren Hülse aus der Entfernung über einem durch Punktieren unter Wasser eingebrachten Loch, durch das Spaltgase austreten können. Ein hydraulisch betriebener Mechanismus zum Anwürgen bildet ein Paar von Dichtungsrippen (auf jeder Seite des punktierten Loches eine) zwischen der verformbaren Hülse und dem punktierten Kernbrennstoffstab, in»-dem der Mechanismus die verformbare Hülse mit seinen Backen anwürgt. Der Mechanismus zum Anwürgen und die verformbare Hülse sind in einem unter Wasser befindlichen Gehäuse an der Seite des Lagerbeckens angeordnet. Ein in dem Gehäuse montierter hydraulischer Kolben schließt die Backen um die verformbare Hülse und den Kernbrennstoffstab, nach^dem diese mit Hilfe von Greifwerkzeugen in das Gehäuse und zwischen die Backen geführt worden sind. Im geeigneten Moment pressen dann die Backen die verformbare Hülse auf den Kernbrennstoffstab und dichten so das punktierte Loch darin ab.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine isometrische Ansicht der Vorrichtung zum Abdichten des Loches in einem Kernbrennstoffstab,

Figur 2 eine verformbare Hülse, die durch Anwürgen über einem punktierten Loch in dem Kernbrennstoffstab befestigt worden ist,

Figur 3 einen axialen Querschnitt eines punktierten Kernbrennstoff Stabes, der das Loch zeigt, durch das die Spaltgase austreten, sowie die verformbare Hülse und die Dichtungsrippen, die durch Anwürgen in die verformbare Hülse eingebracht sind, um den Kernbrennstoffstab auf beiden Seiten des punktierten Loches dicht zu umfassen,

I-'iijur 4 im Querschnitt ein (.Jreifwcrkzeug^ um Kernbrennstof fstäbe und verformbare Hülsen zu manöverieren,

Figur 5 eine Bedienungsperson, die die erfindungsgemäße Vorrichtung an der Seite eines Lagerbeckens bedient.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Figur 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist ein tragendes Gehäuse 10 auf, das die Seitenwände 11, die weggebrochen dargestellte Vorderwand 12, die Rückwand 13, die Deckenwand 14 und die Bodenwand 15 einschließt. Die eine Seitenwand 11" trägt eine festliegende Backe 18. Ein hydraulischer Zylinder 19, der einen nicht-dargestellten Kolben enthält und ein Schaft 20, der eine bewegliche Backe 21 trägt, sind durch eine Öffnung in der Seitenwand 11'· montiert. Die feste und die bewegbare Backe begrenzen zusammen eine Oberflachehkontur 22 zur Aufnahme einer verformbaren Hülse 23 dazwischen, die dazu bestimmt ist, über einem punktierten Loch in einem üronnstoffstab 24, der durch sogenannte Endstopfen 25 abgedichtet ist, angeordnet zu werden. Die verformbare Hülse kann z. B. aus einem Aluminium der Serie 1100 oder

6061 bestehen, das geglüht worden ist, um es für das nachfolgende Anwürgen zu erweichen. Nach dem Anwürgen wird das Material wieder hart und behält seine Form. Um das erfindungsgexnäße Abdichten erfolgreich durchzuführen, werden die beiden oder mehr als zwei Backen betätigt.

Das die Vorrichtung aufnehmende Gehäuse 10 ist zweckmäßigerweise mittels eines Trägers 28 und daran gebrachter gebogener Verlängerungen 29, die über die Brüstung des Beckens gelegt werden, wie in Figur 5 gezeigt, an der Seite eines solchen Beckens montiert. Der Träger 28 erstreckt sich zu einer geeigneten Tiefe in das Wasser des Beckens, um die Bedienungsperson vor einer zu hohen Strahlungsbelastung zu schützen.

Um das Anwürgen der verformbaren Hülse 23 auf einem ausgewählten Kernbrennstoffstab 24 auszuführen, wird dieser Stab anfänglich mittels einer an dem einen Ende anfassenden Greifvorrichtung 30, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, zu der Vorrichtung zum Anwürgen manöveriert. Dann wird der Stab mit einer in Figur 1 gezeigten, an der Seite des Stabes angreifenden Greifvorrichtung 31 übernommen und die Hülse 23 wird über das abzudichtende punktierte Loch in dem Brennstoffstab 24 gestülpt. Nachdem Stab 24 und Hülse 23 zwischen den Backen 18 und 21 angeordnet sind, wird von einer in Figur 5 gezeigten Quelle 32 hydraulischer Druck durch die Leitungen 32' angewendet, um die Backen 18 und 21 zu schließen und auf dem Umfang abdichtende Rippen 33' wie sie in Figur 3 gezeigt sind, zu bilden. Eine geeignete Quelle 32 für den hydraulischen Druck ist die Enerpac-Pumpe Model EH-464 und geeignete Schläuche 32' sind die des Typs H-9260 von Enerpac

Da die vorliegende Erfindung sich mit dem Ergreifen, Zusammenpressen und Anwürgen eines Kernbrennstoffstabes bzw. einer verformbaren Hülse befaßt, verdienen dazu benutzten Werkzeuge einige Aufmerksamkeit. Spezielle Aufmerksamkeit wird den Backen 18 und 21 der Vorrichtung zum Anwürgen und wie sie die dichtenden Rippen 33' formen gewidmet werden.

Kt- wer dc¹ Ii din (Ire i fwerkzcuge, die vor dom Anwürgen benutzt wuriii.'ii, iialuvr un I et ι;ικ·1ιΙ.. Diese Grei(werkzeuge J uhren don Kornbrennstoff stab 24 und die Hülse 23 in die Position zum Anwürgen.

Es sei angenommen, daß ein ausgewählter Kernbrennstoffstab 24 bereits aus seinem Bündel herausgezogen und punktiert worden ist. Weiter sei angenommen, daß der Stab 24 durch Ergreifen an seinem oberen Endstopfen 25 mit einem Werkzeug, wie der Greifvorrichtung 30 nach Figur 4 bewegt worden ist. Um die Bedienung der Greifvorrichtung 30 für ein Ende des Kernbrennstoffstabes zu veranschaulichen - die übrigens sehr ähnlich ist zu der Greifvorrichtung 31 für die Seite des Kernbrennstoffstabes, die in den I¹IiJurun 1 und 5 gezeigt ist - ist ein Querschnitt des Werkzeuges 30 in Figur 4 gezeigt.

An dieser Figur 4 ist erkennbar, daß die Greifvorrichtung 30 ein äußeres rohrförmiges Gehäuse 36 aufweist, das einen konzentrischen inneren Stab 37, der teilweise mit einem Gewinde versehen ist, einschließt. Am oberen Teil des Stabes 37 ist ein Griff 3 8 in Form einer Querstange, geeigneterweise fest montiert. Artt unteren Ende des Stabes 37 befindet sich eine, mit Spalten in den Seiten versehene Klemmhülse 39, die eine konkave Ausnehmung 40 begrenzt und die geeigneterweise fest an dem Ende montiert ist. Die Seiten 43 der Klemmhülse 39 sind daher sowohl nach innen als auch nach außen gebogen. Das untere Ende des rohr-I örm i gen C!ohüui;eü if> ist. mit einem Teil 44 verstopf!., in dem der ΰtab 3 7 geeignet /.entrierI: wird. Dieses Teil 44 weist eine innere Ausnehmung 4 4 geeigneter Größe zur Aufnahme der Klemmhülse 39 auf, wobei die Seiten 43 der Klemmhülse gegen die Wandungen der Ausnehmung 45 stoßen, die die Seiten 43 nach innen drücken, wenn der Stab 37 nach oben gezogen wird. Auf dem mit Gewinde versehenen oberen Teil des Stabes 3 7 ist ein Rad 46 mit einer mit Innengewinde versehenen durchgehenden öffnung montiert, das gegen einen Verschluß 46· des oberen Endes des rohrförmigen Gehäuses 36 gelegt werden kann und dadurch das Herausziehen der Klcmnihülse 39 nach unten verhindert.

Beim Betrieb hält die Greifvorrichtung 30 einen Kernbrennstoffstab 24, indem man seinen Endstopfen 25 in die Klemmhülse 39 einführt und das Rad 46 gegenüber dem Teil 46' anzieht, bis die Seiten 43 der Klemmhülse 39 den Endstopfen 25 so fest fassen, daß der Kernbrennstoffstab 24 angehoben und manöveriert werden kann.

Es ist jedoch nicht möglich, den Kernbrennstoffstab 24 mit Hilfe der an dem einen Ende des Kernbrennstoffstabes angreifenden Greifvorrichtung 30 seitlich zwischen die Backen 18 und 21 des Gehäuses 10 einzuführen. Stattdessen wird der Kernbrennstoffstab 24 von der Greifvorrichtung 30 zu einer an der Seite angreifenden Greifvorrichtung 31 überführt, wie sie in den Figuren 1 und 5 gezeigt ist. Die Seitengreifvorrichtung 31 dient außerdem als untere Abstützung für die verformbare Hülse 23, so daß diese nicht über das Loch hinweg gleiten kann. Indem der Kernbrennstoff stab 24 mit der Seitengreifvorrichtung 31 an der geeigneten Stelle ergriffen wird, kann die verformbare Hülse direkt über dem abzudichtenden Loch angeordnet werden.

Prinzipiel ist die Seitengreifvorrichtung 31 hinsichtlich der Bedienungsweise und des Aufbaues der Greifvorrichtung 30 für ein Ende des KernbrennstoffStabes sehr ähnlich. Beide Greifvorrichtungen (30 sowie 31) schließen ein äußeres rohrförmiges Gehäuse 36 ein, beide haben einen zentral angeordneten Innenstab 37 mit einem mit Gewinde versehenen Abschnitt. In beiden Fällen ist ein Querstab oder Griff 38 am oberen Ende des Innenstabes 37 geeigneterweise fest montiert. Beide v/eisen ein Rad auf, das eine mit Innengewinde versehene durchgehende öffnung

mit
hat, um es auf dem/Gewinde versehenen Abschnitt des Innenstabes 37 so montieren zu können, daß es sich gegen das obere Ende des Gehäuses 36 abstützt. Indem man das Rad 46 in geeigneter Weise dreht, kann der Innenstab 3 7 durch das Außengehäuse 36 nach oben gezogen werden.

Der Uiit-uriich 1 cd /.wiuchon dun boideu (iro 1.1 vorrl clil.umjcn 1ί<·«|1 im unteren Teil, wo sich die eigentliche Einrichtung zum Greifen

_ tr -iO

befindet. Im Falle der Seitengreifvorrichtung 31 ist an dem unteren Ende des Außengehäuses 36 ein kastenförmiger Behälter

47 montiert. Dieser Behälter 47 ist vorzugsweise ein Hohlteil zum Montieren eines Paares von Fingern 48 auf Drehachsen wie den Stiften 49. Mit dem unteren Ende des Innenstabes 37 ist in geeigneter Weise ein Konus 52 mit sich in der vertikalen Richtung nach unten erweiterndem Durchmesser gekoppelt. Wird der Konus 52 durch Ziehen des Innenstabes 37 durch das Außengehäuse 36 nach oben angezogen, indem das Rad 46 in geeigneterweise betätigt wird, dann spreizt der Konus 52 die Enden der Finger 48, die sich innerhalb des Behälters 47 befinden. Dadurch werden die sich außerhalb des Behälters 47 befindenden Enden der Finger

48 mit ihren vertikalen Verlängerungen 53 zusammengedrückt und ergreifen den Kernbrennstoffstab 24, dessen Punktierung abgedichtet werden soll. Es ist wichtig, daß das obere Ende der Finger 4 8 etwa um die Hälfte der Höhe der verformbaren Hülse unterhalb der punktierten Stelle 54, die in Figur 3 gezeigt ist, angeordnet ist. Dies stellt ein richtiges Abdichten des punktierten Loches 54 sicher, wenn die verformbare Hülse 23 über der Punktierung in dem Kernbrennstoffstab 24 angeordnet ist.

Nachdem der Kernbrennstoffstab 24 von der an einem Ende angreifenden Greifvorrichtung 30 zu der Seitenfreifvorrichtung 31 übertragen worden ist, kann die verformbare Hülse 23 zum Kernbrennstoffstab 24 manöveriert werden. Da die Greifvorrichtung 30 zur Seite bewegt worden ist, sind nun der Endstopfen 25 und der obere Abschnitt des Kernbrennstoffstabes 24 zum Aufsetzen der verformbaren Hülse 23 frei zugänglich.

Diese verformbare Hülse 23 wird mittels einer Greifvorrichtung 30, die der, die vorher den Kernbrennstoffstab 24 gehalten hat, sehr ähnlich ist, die jedoch eine sehr viel größere Klemmhülse 39 aufweist., zu dem KornbrcnnsLof fs tab 24 befördert. Man läßt die Hülse 2 3 über den Endstopfen 29 gleiten, indem man die Höhe der Finger 48 der Seitengreifvorrichtung 31 vermindert und auf diese Weise deckt man das abzudichtende Loch 54 ab.

Als nächstes wird der Kernbrennstoffstab 24 mit der richtig darauf angeordneten verformbaren Hülse 23 vorzugsweise von unten zwischen die Backen 18 und 21 des Gehäuses 10 zum Anwürgen der Hülse eingeführt. Um die Backen 18 und 21 für ein zusammenarbeitendes Schließen richtig auszurichten und um sicherzustellen, daß die Dichtungsrippen tatsächlich abdichten, wird ein Ausrichtungsblock 50 in geeigneter Weise zwischen der oberen Wandung 14 und der Bodenwandung 15 innerhalb des Gehäuses 10 montiert. Der Ausrichtungsblock 50 gestattet der bewegbaren Backe 21, gegen seine Oberfläche zu gleiten. Er verhindert das Rotieren der bewegbaren Backe 21 um die Achse des Schaftes 20. Um ihm Bestänständigkeit im Wasser des Beckens zu verleihen, ist der Ausrichtungsblock 50 vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Stahl gefertigt, wie dies für die meisten anderen Teile des Gehäuses ebenfalls der Fall ist.

Durch eine der Leitungen 32' wird zum Anwürgen hydraulischer Druck aus der Quelle 32 angewandt. .Indem man Druck durch die

werden

andere der Leitungen 32' anwendet,/Üer Kolben und der Schaft 20 zurückgezogen. Ein geeigneter, im Handel erhältlicher hydraulischer Zylinder 19 zur Installation im Gehäuse 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Modell RD-9 3 von Enerpac. Die-

2 ser Zylinder liefert einen Überdruck von bis zu etwa 460 kg/cm zum Anwürgen. Dabei wird ein Paar einen Abstand zueinander aufweisender auf dem Umfang verlaufender Vertiefungen 57 in die äußere Oberfläche der verformbaren Hülse 23 gedrückt und es bildet sich auf der inneren Oberfläche der Hülse ein entsprechendes Paar einen Abstand voneinander aufweisender, auf dem Umfang verlaufender Dichtungsrippen 33' durch die Wirkung der Anwürgrippen 33, die im Abstand voneinander auf dem Umfang der Oberflächenkontur 22 der Backen 18 und 21 verlaufen. Auf jeder Seite des punktierten Loches 54 (vgl. Fig. 3) befindet sich eine Dichtungsrippe 33'. Natürlich kann auch eine größere Anzahl von Umfangsrippen 33' zum Dichten benutzt werden.

Nach dem Anwürgen behält die Hülse 23 ihre Gestalt, teilweise aufgrund der Dicke der verformbaren Hülse und teilweise auch

aufgrund des benutz Lon vor formbaren Aluminiums. Anstelle des Aluminiums können auch andere geeignete Materialien eingesetzt werden. Unabhängig von der Art des Materials wird es durch die Anwürgrippen 33 der Backen 18 und 21 verformt. Danach behält die verformte Hülse 23 ihre Gestalt für eine längere Zeit und bietet so eine unbegrenzte Abdichtung. Beim Anwürgen der Hülse kann auch eine geringe, nach innen gerichtete Deformation des Kernbronnstoffstabes 24 an jeder der Dichtungsrippen auftreten.

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Eindämmen des Austretens von Spaltgas durch ein Loch in einen Kernbrennstoffstab, gekennzeichnet durch eine vorformbare Hülse (23), die eine innere Oberfläche einschließt,

eine Einrichtung (18, 21, 20, 19, 32', 32) ,um die Hülse .(23) dichtend über dem Loch (54) anzuwürgen und eine Einrichtung (10, 28, 29), um die Einrichtung zum dichtenden Anwürgen unter Wasser anzuordnen, wobei die Einrichtung zum dichtenden Anwürgen mehrere Backen (18, 21) einschließt, die mindestens ein Paar im Abstand voneinander auf dem Umfang verlaufender Rippen (3 3) aufweisen, die in die genannte innere Oberfläche der Hülse (23) entsprechend beabstandete Umfangsrippen (33') einpressen, durch die das Austreten von Spaltgas eingedämmt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Quelle (32) für hydraulischen Druck aufweist.

:-H0
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (32', 19, 20) aufweist, um den hydraulischen Druck der Quelle (32) zum Schließen mindestens einer (21) der Backen anzuwenden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kann ~ zeichnet , daß die Einrichtung zum Anwenden des Druckes ein Zylinder (19) ist, der einen Schaft (20) einschließt, der fest mit der zumindest einen Backe (21) gekoppelt ist und der den bewegbaren Schaft (20) zwischen einer ijoöllnolcn und einer geschlossenen Position bewegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum abdichtenden Anwürgen eine Quelle für den hydraulischen Druck zum Verschließen der mindestens einen Backe (21) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einrichtung (50) zum Ausrichten der Backen (19, 21) einschließt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen (18, 21) eine Oberflächenkontur (22) zur Aufnahme der verformbaren Hülse (23) begrenzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die verformbare Hülse (23) aus Aluminium gefertigt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminium geglüht ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium Aluminium der Reihe 1100 ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminium Aluminium der Reihe 6061 ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Vielzahl von Backen ein Paar
von Backen(18, 21) ist.