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Vorrichtung zum Messen des Durchmessers eines Stabes für ein Kernreaktorbrennelement
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Durchmessers eines Stabes,
insbesondere eines Steuer-oder Quellenstabes, für ein Kernreaktorbrennelement mit
an einem Haltekörper angebrachtem FUhrungskörper, der einen langgestreckten FUhrungskanal
für den Stab sowie beiderseits der Längsrichtung und in einer Querschnittsebene
des Fuhrungskanals sich in Richtung eines Meßdurchmessers gegenüber befindliche
Meßschneiden aufweist, von denen eine erste Meßschneide in Richtung des Meßdurchmessers
gegen eine Rückstellfeder verschiebbar geführt ist und in mechanischer Wirkverbindung
mit einem verschiebbaren Anker eines elektrischen Wegaufnehmers steht, Steuer- und
Quellenstab sind nebeneinander mit paralleler Längsachse an einem gemeinsamen Trägerkörper
befestigt, mit dem sie zusammen das sogenannte Steuerelement für das Kernreaktorbrennelement
bilden.
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Ein Kernreaktorbrennelement für einen Druckwasserkernreaktor weist
in der Regel zwei quadratische Halteplatten und mehrere zueinander parallele Führungsrohre
auf, deren Längsachsen die beiden zueinander parallelen Halteplatten in einem Winkel
von 900 durchdringen und die an jedem Ende jeweils an einer der beiden Halteplatten
festgeschraubt sind. Zwischen den Halteplatten sind
ferner die Kernbrennstoff
enthaltenden Brennstäbe parallel zu den Längsachsen der Führungsrohre mit Abstand
von beiden Halteplatten angeordnet. Diese Brennstäbe sind kraftschlüssig jeweils
in einer Masche von gitterförmigen Abstandhaltern gehaltert, die sich nebeneinander
mit Abstand voneinander und von den beiden Halteplatten zwischen diesen beiden Halteplatten
befinden. Durch jeweils eine Masche der Abstandhalter greifen auch die FUhrungsrohre,
an denen die Abstandhalter formschlüssig gehaltert sind.
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Im Druckwasserkernreaktor greift Jeweils ein Steuer-oder Quellenstab
des Steuerelementes in ein FUhrungsrohr des Kernreaktorbrennelementes. Die Tiefe,
bis zu der die Steuer- und Quellenstäbe des Steuerelementes diese Führungsrohre
greifen, kann durch Heben und Senken des Steuerelementes eingestellt werden.
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Steuer- und Quellenstab bestehen aus einem an beiden Enden gasdicht
verschlossenen Hüllrohr, in dem sich Neutronen absorbierender bzw. Neutronen emittierender
Stoff befindet. Während des Betriebes im Kernreaktor kann dieses Hüllrohr schadhaft
werden, und der Stab muß dann ausgetauscht werden. Deshalb müssen die Steuerelemente
regelmäßig aus dem Kernreaktor ausgebaut und auch die Steuer- und Quellenstäbe unter
Wasser untersucht werden. Sehr wesentlich ist hierbei die Bestimmung des Stabdurchmessers
über die gesamte Stablänge und jeweils über den vollen Achswinkel des Stabes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
mit der eine solche Durchmesserbestimmung z.B. an einem Steuer- oder Quellenstab
eines Steuerelementes unter Wasser mit großer Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper am Ealtekörper
um zwei Schwenkachsen schwenkbar gehaltert ist, die zueinander und zur Längsrichtung
des Führungskanals rechtwinklig sind, daß an der Wand des Führungskanals elastisch
in Radialrichtung federnde Anlagekörper für den Stab vorgesehen sind und daß die
zweite Meßschneide in Richtung des Meßdurchmessers elastisch federnd gehaltert ist.
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Eine solche Vorrichtung kann eine Relativbewegung in Richtung der
Längsachse eines im Führungskanal befindlichen Stabes und auch eine Relativdrehung
um- die Längsachse dieses Stabes durchführen, ohne daß es zumindest in gewissen
Grenzen zu einer Störung und Verfälschung der Bestimmung des Stabdurchmessers zwischen
den beiden Meßschneiden kommt.
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Da der Abstand zwischen zwei Steuer- oder Quellenstäben am Steuerelement
für ein Druckwasserkernreaktor-Brennelement verhältnismäßig gering ist, ist es günstig,
wenn der Anker des elektrischen Wegaufnehmers parallel zur Längsrichtung des r1ührungskanals
gegen die Rückstellfeder verschiebbar ist und wenn an der ersten Meßschneide eine
um eine zur Längsrichtung des Führungskanals und zur Richtung des Meßdurchmessers
rechtwinklige Drehachse drehbare Rolle angebracht ist, die mit einer Mantelfläche
an einer an einem Ende des Ankers befindlichen Abschrägungsfläche anliegt, die sowohl
zur Längsrichtung des i?ührungskanals als auch zur Richtung des Meßdurchmessers
quer verläuft. Diese Vorrichtung benötigt nur wenig Platz an den Seiten eines zu
vermessenden Stabes.
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Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entsprechend der strichpunktierten
Linie III-III in Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entsprechend der strichpunktierten
Linie IV-IV in Fig. 1.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein stangenförmiger, waagerecht angeordneter
Haltekörper 2 erkennbar, der in einem mit Wasser gefüllten Becken ortsfest positionierbar
ist.
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An einem Ende des stangenförmigen Haltekörpers 2 ist mit einem einzigen
im Haltekörper 2 verankerten Stift 3 ein Tragkörper 4 angebracht. Dieser Tragkörper
4 ist entsprechend dem Doppelpfeil 40 um die zur Längsrichtung des stangenförmigen
Körpers 2 parallele Längsachse des Stiftes 3 hin und her drehbar.
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Am Tragkörper 4 hängt ein Gehäuse 5 für einen Führungskörper 6, der
einen langgestreckten Führungskanal 7 mit vertikaler Längsrichtung für einen in
dem Becken unter Wasser vertikal angeordneten Steuer- oder Quellenstab 8 eines im
Becken positionierten Steuerelementes aufweist.
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Das Gehäuse 5 für den Führungskörper 6 ist am Tragkörper 4 mit zwei
miteinander fluchtenden Zapfen 9 gehaltert, deren Längsrichtung zur Längsrichtung
des waagerechten Haltekörpers 2 und zur vertikalen Längsrichtung des Führungskanals
7 im Führungskörper 6 rechtwinklig ist. Das Gehäuse 5 ist zusammen mit dem Führungskörper
6 um die Längsrichtung der Zapfen 9 in Richtung des Doppelpfeiles 10 hin und her
schwenkbar.
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Gehäuse 5 und Führungskörper 6 sind um die Längsrichtung des Führungskanals
7 herum rotationssymmetrisch ausgeführt, und der Führungskörper 6 ist in einem Kugellager
11 um die Längsrichtung des Führungskanals 7 drehbar im Gehäuse 5 gelagert.
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Am Gehäuse 5 sitzt ein elektrischer Stellmotor 12 mit einem Antriebsriemen
13, über den der Fuhrungskörper 6 um die Längsrichtung des Führungskanals 7 gedreht
werden kann. Am Stellmotor 12 und am stangenförmigen Haltekörper 2 ist jeweils ein
Ende einer aus einer Schraubenfeder 14 bestehenden Rückstellfeder für das Gehäuse
5 angebracht, mit der insbesondere das Gewicht des seitlich am Gehäuse 5 befestigten
elektrischen Stellmotors 12 ausgeglichen wird.
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In zwei Querschnitten weist der Führungskörper 6 innen an der Wand
des Führungskanals 7 jeweils drei Anlagekörper 15 bzw. 16 auf, die voneinander gleichen
Achswinkelabstand von 1200 haben.
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tVie Fig. 3 deutlicher zeigt, handelt es sich bei den Anlagekörpern
15 in dem einen Querschnitt um Hohlzylinderrollen, die zu einem auf Achsen 17 und
18
sitzenden Kugellager gehören. Diese Achsen 17 und 18 sind im
E'ührungskörper 6 eingebettet und stehen rechtwinklig zur Längsrichtung des Führungskanals
7, so daß die Hohlzylinderrollen mit ihrer äußeren Mantelfläche an der Mantelfläche
des Stabes 8 anliegen. Die Mantellinien des Stabes 8 und damit auch die Längsrichtung
des Führungskanals 7 und die Mantellinien der Hohlzylinderrollen sind rechtwinklig
zueinander.
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Die Achse 18 ist an einem Schieber 19 befestigt, der im i?ührungskrper
6 mit einer aus einer Schraubenfeder bestehenden Rückstellfeder 20 in Radialrichtung
in bezug auf den FUhrungakanal 7 verschiebbar angebracht ist. Die Achse 18 hat quer
zu ihrer Längsrichtung entsprechendes Spiel im Führungskrper 6, so daß die Hohlzylinderrolle
auf der Achse 18 ein in Radialrichtung in bezug auf den Führungskanal 7 elastisch
federnder Anlagekörper 15 für den Stab 8 ist.
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Die drei Anlagekörper 16 im anderen Querschnitt des Führungskörpers
6 sind gleich ausgebildet und in gleicher Weise im Führungskörper 6 angebracht wie
die Anlagekörper 15.
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Ferner ist am Führungskörper 6 außerhalb des Gehäuses 5 ein gemeinsamer
Trägerkörper 21 für zwei Meßschneiden 22 und 23 vorgesehen. Dieser Trägerkörper
21 hat eine Durchführung 24 für den Stab 8, die mit dem Führungskanal 7 fluchtet.
Die quer zur Längsrichtung des FUhrungskanals 7 und der Durchführung 24 verlaufenden
Meß-
schneiden 22 und 23 sind sich genau im Meßdurchmesser bezüglich
dem Führungskanal 7 und der Durchführung 24 gegenüberliegend angeordnet. Während
die Meßschneide 23 starr am gemeinsamen Trägerkörper 21 befestigt ist, ist die ihr
gegenüberliegende Meßschneide 22 im Trägerkörper 21 in Richtung des Meßdurchmessers
verschiebbar in Kugelführungen 25 geführt.
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Auf der Innenseite des Mantels des Trägerkörpers 21 ist an zwei Stellen,
die sich genau in Richtung des durch die beiden Meßschneiden 22 und 23 bestimmten
MeEdurchmessers gegenüberliegen, ein Ende jeweils einer zur Längsrichtung des Führungskanals
7 parallelen Blattfeder 26 festgeschraubt. Jede dieser Blattfedern 26 ist am anderen
Ende außen am Mantel des Führungskörpers 6 festgeschraubt. Die Befestigungsstellen
außen am Mantel des Führungskörpers 6 liegen sich ebenfalls in Richtung des durch
die beiden Meßschneiden 22 und 23 bestimmten Meßdurchmessers genau gegenüber. Durch
die beiden Blattfedern 26 federt der Trägerkörper 21 in bezug auf den Führungskanal
7 elastisch in Richtung des Meßdurcnmessers)der durch die beiden Meßschneiden 22
und 23 bestimmt ist.
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Am Trägerkörper 21 ist ferner ein Zusatzkanal 27 mit radialem Abstand
vom Führungskanal 7 und von der Durchführung 24 sowie mit zur Längsrichtung des
Führungskanals 7 paralleler Längsrichtung ausgebildet. In diesem Führungskanal 27
ist in Kugelführungen 28 ein langgestreckter Anker 29 in seiner Längsrichtung und
in Längsrichtung des Führungskanals 27 verschiebbar gefunkt.
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An der in Richtung des Meßdurchmessers verschiebbaren Meßschneide
22 ist eine Achse 30 angebracht, die rechtwinklig zur Längsrichtung des Führungskanals
7 und zur durch die beiden Meßschneiden 22 und 23 bestimmten Richtung des Meßdurchmessers
ist. Auf dieser Achse 30 sitzt eine Hohlzylinderrolle 31, die zu einem Kugellager
gehört.
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An einem Ende des Ankers 29 befindet sich eine ebene Abschrägungsfläche
32, die zum Führungskanal 7 hin geneigt und zur Achse 30 parallel ist. Diese ebene
Abschrägungsfläche 32 verläuft also quer sowohl zur Längsrichtung des Führungskanals
7 als auch zur Richtung des Meßdurchmessers, die durch die beiden Meßschneiden 22
und 23 bestimmt ist. Eine aus einer Schraubenfeder auf dem Anker 29 bestehende Rückstellfeder
33 sucht die ebene Abschrägungsfläche 32 gegen die Mantelfläche der Hohlzylinderrolle
1 zu pressen.
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Am anderen Ende des Ankers 29 sitzt ein Tauchkörper 34 aus ferromagnetischem
Werkstoff, dem zwei elektromagnetische Induktionsspulen 35 als elektrischer Wegaufnehmer
zugeordnet sind.
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Der Tauchkörper 34 wird durch eine Verschiebung der Meßschneide 22,
die in Richtung des Meßdurchmessers erfolgt, in Längsrichtung des Kanals 27 vor
den Induktionsspulen 35 verschoben. Mit einer elektrischen Meßleitung 36 kann die
entsprechende Induktionsspannung an den Induktionsspulen 35 abgegriffen werden,
die ein taX für den gerade zwischen den Meßscimeiden 22 und 23 gemessenen Durchmesser
des Stabes 8 ist. XTit Hilfe des
elektrischen Stellmotors 12 kann
der Führungskörper 6 im Sinne des Doppelpfeiles 41 um die Längsrichtung des Führungskanals
7 hin und her verdreht werden, so daß zwischen den Meßschneiden 22 und 23 der Durchmesser
des Stabes 8 in verschiedenen Achswinkeln gemessen werden kann. Mit Hilfe einer
Hebevorrichtung, an der das Steuerelement mit dem Stab 8 hängt, kann der Stab 8
des Doppelpfeiles 37 hin und her geschoben werden, ohne daß es zu Verklemmungen
des Stabes 8 im Führungskanal 7 oder an der Durchtrittsöffnung 24 kommt, die die
Ursache für Fehlmessungen mit den beiden Meßschneide 22 und 23 sein könnten.
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Die Meßgenauigkeit der Vorrichtung wird noch erheblich verbessert,
wenn die Abschrägungsfläche 32 am Anker 29 durch die Mantelfläche eines Kegels gebildet
ist, der sich am Ende des Ankers 29 befindet und der sich in Längsrichtung des Führungskanals
7, des Kanals 27 und des Ankers 29 auf die verschiebbare schneide 22 zu verjüngt.
Der Mantel der Hohlzylinderrolle 31 und die Abschrägungsfläche 32 beruhren sich
dann nur längs einer Linie.
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4 Patentansprüche 4 Figuren