DE3738663A1 - Messung der brennstoffkanal-flachheit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwachung von Brenn­ stoffkanälen und betrifft insbesondere die Erzeugung eines Flachheits-Profils eines gemessenen Kanals.

Die Brennstoffkanäle von Siedewasserreaktoren (BWR) werden laufend vorzeitig außer Betrieb gesetzt, weil ein kleiner Anteil dieser Kanäle sich dergestalt verbiegt (krümmt oder ausbaucht), daß die Steuergitter-Abstandshalter zwischen den Kanälen sich gegen die Kanalwände klemmen bzw. dort fest­ sitzen und weder eingesetzt noch entfernt werden können. Geläufige Verfahren zur Überprüfung dieser Kanäle erfordern es, das Brennstoff-Gerät in eine Befestigung zu bringen und entlang seiner Oberfläche bewegliche Sensoren anzuordnen, z. B. lineare Wandler mit veränderbarer Verschiebung (LVDT), Wirbelstrom-, oder Ultraschall-Wandler (UT). Eine numerische Anzeige der Flachheit des Kanals wird erzeugt durch Messung des Abstandes von einer physikalisch flachen oder mechanisch korrigierten flachen Bezugsebene zu der Kanal-Oberfläche.

Dieses Verfahren erfordert eine große und feste bzw. steife Struktur um Fehler aufgrund von Biegung zu minimieren und um die bewegliche Überführung zu stützen auf der die Senso­ ren befestigt sind. Der Polarkran, der verwendet wird, um die Kanäle zu der Meß-Befestigung zu bewegen, muß gelöst wer­ den, um Vibration und damit verbundene Meßfehler zu minimie­ ren. Zusätzlich unterliegt die große Anzahl von mechanisch beweglichen Teilen in einer solchen Anordnung außergewöhn­ lichem Verschleiß und bringt hohe Ausschuß-Raten mit sich. Die folgenden Geräte zur Messung der Flachheit sind im Stande der Technik bekannt.

Die US-PS 38 75 667 mit dem Titel "In-Line Straightness Sensing Device" (Wilke) offenbart eine Vorrichtung zur Messung der Geradlinigkeit einer laufenden Länge eines Stabes oder Drah­ tes, bei der ein Paar von Sensoren senkrecht zueinander nahe dem Stab angeordnet sind wobei Abweichungen längs der X-X- und Y-Y-Achse des Stabes gemessen werden und die Sensoren mit einer Auslese-Vorrichtung verbunden sind, um die gemessenen Abwei­ chungen anzuzeigen.

Die US-PS 40 48 009 mit dem Titel "Method of and apparatus for checking the dimensions of the extensions of the control rods of a nuclear reactor" (Weilbacher) offenbart ein Verfahren zum Prüfen der Ausdehnungs-Abmessungen von Steuerstäben, bei der Meß-Sensoren, die gemäß den Profilen der Ausdehnungen ange­ ordnet und durch Bezug auf die Stütze kalibriert sind, sich entlang der Ausdehnung bewegen und den Abstand zwischen den Sensoren und der Ausdehnung an einer Vielzahl von Niveaus mes­ sen.

Die US-PS 35 11 091 mit dem Titel "Device for monitoring parallel tubular elements′, die US-PS 35 96 362 mit dem Titel "Surface measuring apparatus", die US-PS 36 21 580 mit dem Titel "Machine for the dimensional control of elements for nuclear fuels", die US-PS 36 64 922 mit dem Titel "In-Service inspec­ tion of reactor vessel welds", die US-PS 37 24 084 mit dem Titel "Alignment apparatus", die US-PS 45 74 494 mit dem Titel "Device for determning the profile of the charging surface of a shaft furnance", die US-PS 45 77 494 mit dem Titel "Appara­ tus and method for measuring the wear of railroad rail", die US-PS 45 83 297 mit dem Titel "Position sensing apparatus" und schließlich die US-PS 45 98 483 mit dem Titel "Apparatus and method for verification of jacket for floppy disks" offen­ baren Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Abmessung und stellen den Stand der Technik dar.

Die US-PS 40 48 009 (Weilbacher) ist ähnlich den momentan im Gebrauch befindlichen Meß-Vorrichtungen. Die Steuerstab- Antriebe sind oben und unten an einer steifen Befestigung festgehalten. Sensoren werden dann entlang einer vertikal oder horizontal gerichteten Struktur bewegt, um die Sensoren und den Bewegungsmechanismus zu kalibrieren. Die Sensoren werden dann entlang des Stabes bewegt, um das Oberflächenpro­ fil zu messen.

Die US-PS 38 75 667 (Wilke) mißt nur die Flachheit des Stabes oder Drahtes als eine Verschiebung eines Mittenkontaktes be­ züglich zweier zusätzlicher Kontaktpunkte. Es wird eine ein­ zige Zahl angezeigt.

Diese Patente liefern keine Lösungen für die im Stande der Technik bestehenden Probleme. Das Patent von Weilbacher for­ dert die Verwendung einer großen massigen Struktur mit einem langen Flachheits-Bezug, der mechanisch korrigiert und kali­ briert werden muß, während das Patent von Wilke nur eine ein­ zige Bezugszahl liefert, um die Verschiebung anzuzeigen. Keine der beiden Vorrichtungen nimmt die axiale Position und Ver­ schiebung hinein, um ein Konturprofil des gemessenen Gegen­ standes zu entwickeln.

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannten Probleme dadurch, daß es eine Meßvorrichtung liefert, die einen kurzen Flachheits-Bezug hat, der die gesamte Kontur des Brennstoff­ kanals charakterisiert, und zwar unter Verwendung des kurzen Sensor-Feldes. Es wird eine Vorrichtung geliefert, welche die bestehende Brennstoff-Entladebrücke als die Hauptbewe­ gungs-Komponente verwendet. Eine Meßeinheit wird unter Wasser in einem Prüfbecken gehalten, so daß ein zu prüfender Brenn­ stoffkanal durch die Einheit geleitet bzw. gerichtet werden kann. Mehrere Sensoren, die keinen Kontakt mit dem zu messen­ den Brennstoffkanal haben, sind auf benachbarten Seiten der Einheit in Stellung gebracht, um die Prüfung und Messung von zwei Seiten des Brennstoffkanals zur selben Zeit zu er­ möglichen. Ein Positionscodierer auf einer Seite der Meß­ einheit liefert die axiale Position des zu messenden Brenn­ stoffkanals. Die axiale Position des Brennstoffkanals und Sensor -zu -Kanaloberfläche -Messung werden durch becken­ seitige Instrumentierung und Computer-Analyse integriert, um ein Kontorprofil des Brennstoffkanals über die gesamte Länge des Kanals zu erzeugen und zur Verfügung zu stellen. Eine Messung von zwei benachbarten Seiten des Brennstoffkanals ist normalerweise gleichwertig dazu, Daten über den Kanal zu liefern, da die Deformation dazu neigt, auf gegenüberliegen­ den Flächen symmetrisch zu sein. Wenn es gewünscht ist, alle vier Seiten zu prüfen, kann der Kanal um 180° gedreht und erneut geprüft werden.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung der Flachheit eines Brennstoffkanals zu liefern, die zur Prüfung eines Brennstoffkanals in der Lage ist, ohne daß der Kanal von der Brennstoff-Entladebrücke ab­ gekoppelt zu werden braucht.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung zu liefern, die eine Prüfung von zwei Seiten eines Brennstoffkanals zur selben Zeit ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung zu liefern, die geeignet ist, ein Konturpro­ fil der gesamten Länge des Brennstoffkanals zu liefern.

Weitere Vorteile Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vor­ liegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der Erfindung- Fig. 2 erläutert eine perspektivische Ansicht der Meßeinheit.

Mit Bezug auf die Zeichnung kann man in Fig. 1 sehen, daß die Erfindung generell mit 10 bezeichnet wird. Die Vorrichtung zur Messung der Flachheit des Brennstoffkanals 10 enthält im all­ gemeinen eine Meßeinheit 12, eine beckenseitige Aufbereitungs­ elektronik 14 und Computer-Analyse-Einheit 16.

Die Meßeinheit 12, wie man am besten in Fig. 2 sehen kann, ist im wesentlichen eine kastenähnliche Struktur, die ein offenes Ober- und Unterende 18, 20 hat, die von den Seiten 22 A, 22 B, 22 C und 22 D gebildet werden. Die Seiten 22 A-D sind fest ver­ bunden, wobei das Ober- und Unterende 18, 20 offen gelas­ sen ist, um einen Durchgang zu bilden, durch den ein Brennstoff­ kanal 24 gerichtet werden kann zwecks Messung. Die Meßeinheit 12 kann in dem Prüfbecken 26 mittels einer im Stand der Technik be­ kannten Haltestruktur 28 getragen werden. Die Meßeinheit 12 ist auf zwei benachbarten Seiten 22 A, B mit einem Vielkanal-Feld von Wirbelstrom-Sensoren (eddy current) 30 versehen, die den Abstand von Sensor zu Kanaloberfläche messen und diese Infor­ mation in Form von elektronischen Signalen an die Aufbereitungs­ elektronik 14 weitergeben. In der bevorzugten Ausführungsform sind die benachbarten Seiten 22 A, B jeweils mit drei Gruppen von Sensoren versehen, die benachbart im Oberteil 18 und Unter­ teil 20 angeordnet sind, und zwar im wesentlichen in der Mitte jeder Seite. Wie erläutert enthält jede Gruppe von Sensoren 30 vorzugsweise drei Sensoren, die im wesentlichen über die Breite der Seite mit gleichem Abstand verteilt sind. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, sind das Oberteil 18 und das Unterteil 20 nach außen leicht ausgeweitet bzw. ausgebaucht, um eine leichte Ein­ führung und Entfernung des Brennstoffkanals 24 zu ermöglichen, und die Gruppen der Sensoren 30 sind nahe des ausgeweiteten Teils angeordnet. Elektronische Meßsignale, die von den Sensoren 30 erzeugt werden, werden zur beckenseitigen Aufbereitungselektro­ nik 14 über die Sensorkabel 32 geleitet. Um genügend Informa­ tion für die Aufbereitungselektronik 14 und Computer-Analyse- Einheit 16 zur Verfügung zu stellen, daß ein Konturprofil des Brennstoffkanals erzeugt werden kann, ist auf der Seite 22 D ein Positionscodierer 34 vorgesehen. Der Positionscodierer 34 wird verwendet, um fortwährend die präzise axiale Stellung des Brennstoffkanals 24 bezüglich der Meßeinheit 12 zu bestim­ men und diese Information an die Aufbereitungselektronik 14 über das Codiererkabel 36 weiterzuleiten. Der Positionscodierer 34 wird in der bevorzugten Ausführungsform verwendet, aber ein geeignetes im Stand der Technik bekanntes Gerät, wie z. B. ein Funktionsdrehmelder (synchroresolver) ist akzeptabel, um präzise axiale Positionen des Brennstoffkanals 24 zu erfassen.

Feste Rollen 38 sind auf den Seiten 22 A und B nahe der oberen und unteren Gruppe von Sensoren 30 angeordnet. Feste Rollen 38 erstrecken sich in Öffnungen, die in den Seiten 22 A, B vorge­ sehen sind und in das Innere der Meßeinheit 12 hinein. Feder­ gespannte Rollen 40 sind nahe dem Oberteil und Unterteil der Seiten 22 C, D angeordnet, und liegen den festen Rollen 38 auf den Seiten 22 A, B gerade gegenüber, haben Sensoren 30 und er­ strecken sich ebenso durch Öffnungen in das Innere der Meßein­ heit 12 zwecks Rollkontakt mit dem Brennstoffkanal 24. Die Kombination von festen und federgespannten Rollen 38, 40 dient also dazu, den Brennstoffkanal 24 durch die Meßeinheit 12 zu führen, während sie eine Bewegung des Brennstoffkanals 24 zu und weg von den Sensoren 30 ermöglicht, und zwar aufgrund irgendeiner Verbiegung, die in dem Brennstoffkanal 24 besteht. Die Sensoren 30 erfassen diese Veränderungen und leiten sie zu der Aufbereitungselektronik 14 zusammen mit der axialen Position des Brennstoffkanals 24, die von dem Positionscodierer 34 erfaßt wird.

Die Aufbereitungselektronik 14 (conditioning electronics) verarbeitet die Signale von den Sensoren 30 und dem Positions­ codierer 34, zur weiteren Verarbeitung durch die Computer- Analyse-Einheit 16. Im wesentlichen werden die Signale in digi­ tale Form umgewandelt, damit sie vom Computer gelesen werden können, kombiniert und dann an die Computer-Analyse-Einheit 16 weitergeleitet. Die Signale von den Sensoren 30 werden an den Sensorsignal-Aufbereiter 42 zur Verstärkung geleitet, so daß die Signale leichter verarbeitet werden können. Diese verstärk­ ten Signale werden zu dem Multiplexer 44 über das Kabel 46 ge­ leitet. Der Multiplexer 44 richtet diese getrennten Signale von jedem der Sensoren 30 über Kabel 48 zu dem A/D-Wandler 50 über den Computer 52. Die gewandelten Signale werden dann zum Com­ puter 52 über Kabel 54 geleitet. Die Anzeigesignale für die axiale Position vom Positionscodierer 34 werden zu dem Bezugs- Digitalcodierer 56 über Codiererkabel 36 geleitet, wobei die Signale a/d-gewandelt werden und dann zum Computer 52 über die Kabel 58 geleitet werden. Die kombinierten und digitalisier­ ten Sensor- und Codierersignale werden dann zur Computer-Ana­ lyse-Einheit 16 über Leitung 60 geleitet.

Die Computer-Analyse-Einheit 16 nimmt die digitalisierten Sensorsignale über die gesamte Länge des Brennstoffkanals 24 auf, berechnet den Krümmungsradius aus dieser Informa­ tion und verbindet diese mit den digitalisierten Signalen der axialen Position unter Annahme der endlichen Festigkeit bzw. Festigkeit des Endes, um ein Konturprofil der gemessenen Oberflächen des Brennstoffkanals 24 zu entwickeln und zu er­ zeugen. Dieses Konturprofil kann auf einer Grafik-Anzeige oder wie gezeigt einem Druckmedium dargestellt werden.

Beim Betrieb wird der Brennstoffkanal 24 oberhalb der Meßein­ heit 12 mit dem Kran 62 positioniert und dann durch die Meß­ einheit 12 abgesenkt. Die Signale von den Sensoren 30 und dem Positionscodierer 34 werden digitalisiert und von einer Auf­ bereitungselektronik 14 kombiniert, und dann durch die Computer- Analyse-Einheit 16 verarbeitet, die ein Konturprofil der ge­ samten Länge der gemessenen Oberfläche des Brennstoffkanals 24 erzeugt. Auf diese Weise kann genauer bestimmt werden, ob ein Brennstoffkanal zur Wiederverwendung geeignet ist oder ausge­ schieden werden muß.

Da viele verschiedene und voneinander abweichende Ausführungs­ formen vorgenommen werden können, die innerhalb des Umfangs des hier gelehrten Erfindungsgedankens bleiben, und da viele Modifikationen in der hier detailliert dargestellten Ausfüh­ rungsform gemacht werden können, die gemäß dem Erfordernis der gesetzlichen Beschreibung abgefaßt ist, muß man verstehen, daß die hier dargestellten Details zu erläuterndem Zweck und nicht in beschränkendem Sinn gegeben wurden.

Claims (8)

1. Meßvorrichtung für die Flachheit eines Brennstoff­ kanals, mit

• a) einer Meßeinheit, in welcher der Brennstoffkanal gemessen wird;
• b) einer Aufbereitungselektronik, die elektronische Meßsignale von der Meßeinheit empfängt und diese Signale zur weiteren Verarbeitung aufbereitet; und
• c) einer Computer-Analyse-Einheit, die die aufbe­ reiteten Signale empfängt und ein Konturprofil des gemes­ senen Kraftstoffkanals erzeugt.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Meßeinheit gekennzeichnet ist durch

• a) eine kastenähnliche Struktur mit einem offenen oberen und unteren Ende,;
• b) ein Vielkanal-Feld von Sensoren, die auf zwei benachbarten Seiten der Struktur befestigt sind, welche Meßsignale des Abstandes der Sensoren von der Brennstoff­ kanal-Oberfläche an die Aufbereitungselektronik geben;
• c) einen Positionscodierer, der auf einer Seite der Struktur befestigt ist, um die axiale Position des Brenn­ stoffkanals zu erfassen und sie zu der Aufbereitungselektro­ nik zu leiten;
• d) eine Vielzahl von festen Rollen, die auf der Struk­ tur in der Nähe der Sensoren befestigt sind und sich im Inne­ ren der Struktur erstrecken, um im Rollkontakt mit einem zu messenden Brennstoffkanal zu sein; und
• e) eine Vielzahl von federgespannten Rollen, die auf zwei Seiten der Struktur im wesentlichen gegenüberliegend den festen Rollen befestigt sind und sich im Inneren der Struk­ tur erstrecken, um in Rollkontakt mit einem zu messenden Brenn­ stoffkanal zu sein.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Gruppen der Sensoren auf jeder der benachbarten Sei­ ten angeordnet sind.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen und federgespannten Rollen nahe dem Oberteil und Unterteil der Meßeinheit befestigt sind.

5. Verfahren zur Messung der Flachheit eines Brennstoff­ kanals, mit

• a) Einrichten einer Meßeinheit, durch welche der Brennstoffkanal geführt wird;
• b) Messen der Verbiegung und der axialen Position des Kanals und Erzeugen von entsprechenden elektronischen Signalen;
• c) Einrichten einer Aufbereitungselektronik zum Empfan­ gen, Verstärken, und Digitalisieren der Signale der Verbiegung und axialen Position, und
• d) Einrichten einer Computer-Analyse-Einheit zum Ver­ arbeiten der digitalisierten Signale und Erzeugen eines Kon­ turprofils des Brennstoffkanals.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Meßeinheit ge­ kennzeichnet ist durch

• a) eine kastenähnliche Struktur mit offenem oberen und unteren Ende;
• b) ein Vielkanal-Feld von Sensoren, die auf zwei benachbarten Seiten der Struktur befestigt sind, welche Meßsignale des Abstandes vom Sensor zur Brennstoffkanal-Ober­ fläche an die Aufbereitungselektronik liefern;
• c) einen Positionscodierer, der auf einer Seite der Struktur befestigt ist, um die axiale Position des Brenn­ stoffkanals zu erfassen und sie an die Aufbereitungselektronik zu geben;
• d) eine Vielzahl von festen Rollen, die auf der Struktur in der Nähe der Sensoren befestigt sind und sich im Inneren der Struktur ausdehnen, um im Rollkontakt mit einem zu messenden Brennstoffkanal zu sein; und
• e) eine Vielzahl von federgespannten Rollen, die auf zwei Seiten der Struktur im wesentlichen gegenüberlie­ gend den festen Rollen befestigt sind und sich im Inneren der Struktur erstrecken, um im Rollkontakt mit einem zu mes­ senden Brennstoffkanal zu sein.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß drei Gruppen der Sensoren auf jeder der benachbarten Sei­ ten angeordnet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festen und federgespannten Rollen in der Nähe des Oberteils und Unterteils der Meßeinheit angeordnet sind.