DE3826316C2 - Abziehvorrichtung zum Zerlegen von Kernbrennstoff-Unterbaugruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abziehvorrichtung zum Zerlegen von Kernbrennstoff-Unterbaugruppen und insbesondere bestrahlten Unterbaugruppen von Leichtwasser-Reaktoren, bei denen die Brennstäbe im allgemeinen parallel zueinander in einer rechteckigen oder quadratischen Anordnung angeordnet sind, im typischen Fall in einer 17 × 17-Stabanordnung.

Die Erfindung geht aus von einer Abziehvorrichtung mit den Merkmalen a) bis d) des Patentanspruchs 1.

DE 35 30 410 A1 beschreibt ein System zum Zerlegen eines abgebrannten Brennelementes für das nachfolgende kompakte Speichern der Brennstäbe in einem Behälter. Nach dem Entfernen der Strukturelemente vom Brennelement werden die Brennstäbe vertikal auf einer Arbeitsfläche angeordnet und durch eine Anordnung von Haltefingern in Position gehalten. Ein Ejektormechanismus bewegt dann die Brennstäbe reihenweise in eine Endstruktureinrichtung in einer Richtung quer zur Längsachse der Brennstäbe. Von der Endstruktureinrichtung werden die Brennstäbe in den Speicherbehälter befördert. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß die Strukturelemente wie Führungsrohre und Abstandsgitter von den Brennstoff- Baugruppen entfernt werden müssen, bevor die Brennstäbe in die Endstruktur bewegt werden können.

FR-OS 25 34 732 betrifft das Zerlegen von bestrahlten Steuerstäben oder anderen Arten von Stäben, die am einen Ende mit einer Ankerplatte verbunden sind. Die Steuerstab-Baugruppe wird so angeordnet, daß die Stäbe durch Öffnungen in einer Gegenplatte hindurchgehen, die sich parallel und in der Nähe zur Ankerplatte erstreckt. Durch Relativbewegung von Anker- und Gegenplatte werden die Stäbe an der Stelle, an der sie mit der Ankerplatte verbunden sind, abgeschert.

Diese Druckschrift befaßt sich nicht mit dem Herausziehen von Brennstäben aus einer abgebrannten Brennstoff-Baugruppe.

Die US 44 46 098 bezieht sich auf die Verdichtung und Speicherung von abgebrannten Brennstäben. Die obere Düse wird zunächst von den Führungsrohren abgeschnitten, und dann wird der obere Abschnitt innen abgetrennt und weggenommen. Die Herausnahme der Brennstäbe wird dann durch einen Greifermechanismus bewirkt, der zwei Metallplatten mit einem zwischen diesen angeordneten flexiblen Bauteil aufweist. Löcher zur Aufnahme der Enden der Brennstäbe erstrecken sich durch die Platten hindurch. Wenn die beiden Platten zusammengezogen werden, wird die flexible Platte zusammengedrückt, so daß sie die Brennstäbe fest ergreift. Der Greifermechanismus wird dann bewegt (in Z-Richtung), um die Brennstäbe axial aus der Brennstoff-Baugruppe herauszuziehen.

In DE-Z "atomwirtschaft" Heft März 1985, Seiten 150-152, ist ein System beschrieben zum Zerlegen eines abgebrannten Brennelementes. Nach Beseitigung der oberen und unteren Düsen werden die Brennstäbe aus dem Brennelement-Skelettrahmen in einen konischen Trichter geschoben oder gezogen, der innerhalb einer Lagerbüchse angeordnet ist. Der Trichter wird dann hochgezogen, um so die Brennstäbe allmählich zu verdichten, wenn sie unten aus dem Trichter austreten, wobei die verdichteten Brennstäbe in der Lagerbüchse bleiben. Dieser Artikel enthält allerdings keine Einzelheiten darüber, wie die Brennstäbe während ihrer Entnahme aus dem Brennelementrahmen erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Zerlegen einer Brennstoff-Baugruppe eine Vorrichtung zu schaffen, die die Brennstäbe aus der Baugruppe herausnimmt, und zwar ungeachtet der axialen Erstreckung der Brennstäbe mit Bezug auf eine vorgegebene Position und ohne die Führungsrohre von der Baugruppe entfernen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungsmerkmale e) und f) des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht der Abziehvorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt der Mehrfachspannvorrichtung-Stabzieheinheit der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Frontansicht der Einheit,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Draufsicht in Richtung 4 in Fig. 3, wobei die Klemmhülse von einer der Spannvorrichtungen gezeigt ist,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Klemmhülse in Richtung 5-5 in Fig. 2,

Fig. 6 eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Teils der Klemmhülse (Kreis VI in Fig. 5),

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich der der Fig. 4, die jedoch den Mantel der Spannvorrichtung zeigt, und

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich derjenigen der Fig. 5, jedoch den Mantel zeigend.

Wie Fig. 1 zeigt, weist die Vorrichtung einen Halteaufbau 10 zum Einklemmen eines Brennelementes 12 mittels einer Haupt-Spannvorrichtung 14 auf, wobei das eine Ende des Brennelementes weggeschnitten ist, um die Enden der Brennstäbe freizulegen. Das Brennelement kann im typischen Fall eine Leichtwasserreaktor Unterbaugruppe mit einer rechteckigen oder quadratischen Anordnung von 17 × 17 Reihen von Brennstäben sein, und der Halteaufbau ist einstellbar, z. B. durch Drehen der Spannvorrichtung 14, um das Brennelement axial und winklig so zu Lokalisieren, daß die Sätze von Brennstabreihen sich im wesentlichen vertikal bzw. horizontal erstrecken. In der Praxis können am freigelegten Ende die Brennstäbe als Folge der Bestrahlung axial unterschiedlich weit mit Bezug auf eine vorgegebene Stellung vorragen, und zusätzlich zu den Brennstäben können andere Teile, wie beispielsweise Führungsrohre, über diese vorgegebene Stellung hinausragen. Eine Stabzieheinheit 16 ist zum und vom freigelegten Ende 13 des festgeklemmten Brennelementes 12 bewegbar und weist einen Wagen 18 auf, der mit dem Kolben einer stangenlosen Kolben- und Zylinderbaugruppe 20 verbunden ist, die ihrerseits an ihren entgegengesetzten Enden über Universalgelenke 22 mit einem hinteren Ständer 24 und mit einem Querschlitten 26 verbunden ist. Der Querschlitten 26 ist in einer X-Y-Ebene parallel zum freigelegten Ende des Brennelementes mittels Schrittschaltmotoren 28 und Spindeln 30 bewegbar. Die Stabzieheinheit 16 weist eine Mehrfachspannvorrichtung 32 auf, die mit dem Wagen 18 durch eine Kolben-Zylinder-Einheit 34 verbunden ist, so daß eine Axialbewegung (Z-Richtung) der Spannvorrichtungsgruppe 32 einer groben Steuerung durch den Zylinder 20 und einer feinen Steuerung durch den Zylinder 34 unterworfen ist.

Die Spannvorrichtungsgruppe 32 ist begrenzt universal gekoppelt mit dem Wagen 18, um unterschiedliche Neigungsgrade auszugleichen, welchem der Zylinder 20 während der X-Y-Positionierung des Querschlittens 26 unterliegt. Um sicherzustellen, daß die Spannvorrichtungsgruppe 32 in richtiger Stellung vor dem freigelegten Ende des Brennelementes 12 steht, hat die Gruppe an gegenüberliegenden Seiten Paßstifte 36, die mit entsprechenden Buchsen im Querschlitten 26 fluchten, so daß, ungeachtet der Neigung des Zylinders 20 die Spannvorrichtungsgruppe 32 bei Anliegen am Querschlitten 26 in parallele Beziehung zum Brennelementende 13 gebracht wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 8 weist die Spannvorrichtungsgruppe 32 eine Haltekonsole 38 auf, die mit der Kolbenstange des Zylinders 34 gekuppelt ist und verschiebbar auf Stangen 42 sitzt. Die Konsole 38 nimmt in diesem Falle drei Spannvorrichtungseinheiten 44 auf, von denen jede eine Klemmhülse 46 und einen Mantel 48 aufweist.

Jeder Mantel 48 erstreckt sich verschiebbar durch ein Querstück 50 hindurch, und eine Nutfederverbindung, um eine Drehung jeder Klemmhülse/Mantel-Baugruppe 46, 48 zu verhindern, ist durch Stifte 52 und Schlitze bzw. Nuten 54, 56 in den Klemmhülsen bzw. Mänteln vorgesehen. Die Mäntel 48 sind jeweils mit einer entsprechenden Platte 58 verbunden, die in die in Fig. 2 dargestellte Stellung durch ein paar von Schraubenfedern 60 vorgespannt ist, welche eine im wesentlichen konstante Federkraft von beispielsweise 16 N liefern. An jeder Platte 58 sitzt ein Klemmhülsen- Betätigungszylinder 62, der mit der jeweiligen Klemmhülse 46 über ein Hebelsystem gekoppelt ist, das einen Hebel 64, der schwenkbar an seinem oberen Ende an der Platte 58 verankert ist, und einen Verbindungslenker 66 aufweist, der am Hebel 64 an einem Schwenkzapfen 68 schwenkbar und außerdem mit dem vorderen Ende der Klemmhülse 46 gekuppelt ist.

Jede Klemmhülse 46 ist mit einem verschiebbaren Auswerfer 70 versehen, der in Vorwärtsrichtung durch eine Feder 72 vorgespannt ist, die in einer Bohrung 74 sitzt und gegen einen erweiterten Abschnitt 76 des Auswerfers drückt. Die Vorwärtsbewegung des Auswerfers 70 ist durch einen Anschlag 78 begrenzt, der in die Bohrung 74 eingeschraubt ist. Die Feder 72 spannt den Auswerfer 70 mit einer Federkraft vor, die beispielsweise 75 N beträgt und geringer ist als diejenige der Federn 60. Es ist ersichtlich, daß jede Klemmhülse 46 relativ zu ihrem zugeordneten Mantel 48 mittels des Zylinder-Hebelsystems verschiebbar ist. So kann ungeachtet der axialen Stellung des Mantels 48 die Klemmhülse 46 nach vorne in Greifstellung verschoben werden, in welcher sie veranlaßt wird, sich radial durch eine Nockenwirkung zwischen Kegelstumpfflächen 76, 78 der Klemmhülse bzw. des Mantels zusammenzuziehen, wobei die Klemmhülse 46 axial geschlitzt ist (siehe Schlitze 79), und zwar in gleichmäßigen Abständen auf dem Umfang, um eine solche radiale Zusammenziehung zu ermöglichen.

Die Klemmhülse/Mantel-Baugruppen sind entsprechend dem Zweifachen der Teilung der Stäbe in den Reihen der 17 × 17- Anordnung beabstandet, und sowohl der Mantel als auch die Klemmhülse jeder Baugruppe sind mit schalenartigen Ausnehmungen 80 an vier gleichmäßig beabstandeten Stellen auf dem Umfang ausgebildet, damit sie in der Lage sind, einen Stab zu umfassen, ohne durch benachbarte Stäbe behindert zu werden. Das vordere Ende jedes Mantels 48 ist mit einem Eintrittskonus 82 versehen, der als Einführung für die Stäbe dient, und im typischen Fall ist die Anordnung so getroffen, daß der Eintrittskonus eine Stab-Fehlausrichtung bis 2 mm tolerieren kann. Um die Klemmkraft zu erhöhen, sind die Klemmhülsen 46 mit einem gezahnten Profil 84 versehen (siehe Fig. 6). Die Mäntel 48 sind so ausgelegt, daß sie den Eintritt von Brennstoffstäben ermöglichen, aber nicht die Führungsrohre mit größerem Durchmesser einlassen, die an anderen Stellen in der 17 × 17-Anordnung sitzen.

Wenn der Mantel 48 während der Ausdehnung des Zylinders 34 auf ein Führungsrohr trifft, so wird er zurückgeschoben (zusammen mit der zugeordneten Platte 58), und zwar entgegen der Vorspannkraft der Federn 60, während die anderen Spannvorrichtungen frei sind, sich weiterhin vorwärts in Flucht mit den Brennstoffstäben zu bewegen. Diese unabhängige Bewegung der Spannvorrichtungen relativ zueinander gibt den Spannvorrichtungen auch die Möglichkeit, an Stäben anzugreifen, die unterschiedlich weit vorragen. Wenn beispielsweise der eine Stab weiter vorragt als seine Nachbarstäbe, dann wird die jeweilige Spannvorrichtung ihn zuerst fassen, und wenn der Stab voll in die zugehörigen Klemmhülse eingefahren ist, dann können diese Spannvorrichtung und die zugeordnete Platte relativ zu den anderen zurückgeschoben werden. Auf diese Weise kann der Grad des Angreifens zwischen jeder Spannvorrichtung und dem Stab, mit welchem sie fluchtet, im wesentlichen der gleiche sein, selbst wenn die Stäbe unterschiedlich weit vorragen.

Wenn auch eine Baugruppe mit drei Spannvorrichtungen dargestellt ist, so können auch beispielsweise neun Spannvorrichtungen zum Zerlegen von Unterbaugruppen mit einer 17 × 17-Brennstoffstabanordnung vorgesehen sein. In diesem Falle würden die Stabziehvorgänge eine Einteilung der Spannvorrichtungsgruppe mit sich bringen, um einen um den anderen von neun Stäben an der oberen horizontalen Reihe zu ziehen. Die Baugruppe wird dann auf Einzelstabteilung eingestellt, so daß die übrigen acht Stäbe in dieser Reihe gezogen werden können. Nachfolgend kann jede horizontale Reihe von Stäben durch entsprechende Einteilung der Spannvorrichtungsgruppe vertikal und horizontal gezogen werden.

Eine typische Betriebsfolge umfaßt die folgenden Schritte:

• a) Der erste Z-Achsen-Zylinder 20 treibt die Einheit 16 bis zum Ende des Hubs. Die Einheit 16 tritt mit den Lokalisierungsbuchsen 38 in Wirkverbindung und wird an ihre Stabziehstelle durch die X-Y- Schrittschaltmotoren 28 getrieben.
• b) Der zweite Z-Achsen-Zylinder 34 hat im typischen Fall einen Hub von 75 mm und einen Schub von 225 N. Dieser wird beaufschlagt, und die Spannvorrichtungen bewegen sich nach vorne in Wirkverbindung mit den Brennstäben.
• c) Der federvorgespannte Auswerfer 70 berührt das Ende des Stabes, sobald der Stab in den Mantel und die Klemmhülse eintritt, und zieht sich um 30 mm zusammen, wobei er eine Auswerfkraft von 45 N erzeugt. Die übrige zweite Z-Achsen-Bewegung wird durch den Mantel 48 aufgenommen, der innerhalb des Querstücks 50 entgegen der konstanten Federkraft von 60 N gleitet, die durch die Federn 60 aufgebracht wird.
• d) Die Zylinder 62 werden betätigt, und die Hebelsysteme schieben die Klemmhülsen 46 in die Hohlkonen 78 innerhalb der Mäntel 48 hinein und bringen eine Klemmkraft von 500 N auf die Endkappen der Brennstäbe auf.
• e) Die Beaufschlagung des ersten Z-Achsen-Zylinders 20 zieht die Brennstäbe aus der Baugruppe heraus. Bei vollem Hub lassen die Greifer-Betätigungszylinder 32 die Klemmhülsen 46 frei, und der vorgespannte Auswerfer 70 wirft die Brennstäbe aus.

Wenn ein Führungsrohr gegenwärtig ist, dann kann an der Stelle des Führungsrohres bei Stufe b) das Führungsrohr mit größerem Durchmesser nicht in den Mantel eintreten. Der Mantel wird an inneren Gleitführungen durch das Führungsrohr in das Spannvorrichtungs-Querstück 50 hinein­ geschoben, und zwar entgegen der konstanten Kraft der Federn 60 und bis auf eine Strecke von 50 mm, was von der abgeschnittenen Länge des Führungsrohres abhängig ist. Die Spannvorrichtungsgruppe ist daher in der Lage, zwischen Führungsrohren und Brennstäben zu unterscheiden, und die übrigen Spannvorrichtungen werden durch den Umstand, daß die eine Spannvorrichtung auf ein Führungsrohr getroffen ist, nicht beeinträchtigt.

Claims (5)

1. Abziehvorrichtung zum Zerlegen von Kernbrennstoff- Unterbaugruppen,

• a) mit einem Halteaufbau (10) zur Aufnahme einer Brennstoff- Unterbaugruppe (12),
• b) mit einer einen Brennstab ziehenden Einheit (16) auf einem Wagen (18),
• c) mit einer Einrichtung zum Bewegen des Wagens (18) in einer Richtung (Z-Richtung) zum und vom einen Ende einer Unterbaugruppe (12), die sich am Halteaufbau befindet,
• d) außerdem in einer Ebene (x-y-Ebene) quer zu der Z-Richtung, gekennzeichnet durch
• e) eine den Stab ziehende Einheit (16), die eine Vielzahl von am Stab angreifenden Spannvorrichtungen (32) aufweist, von denen jede unabhängig in der Z-Richtung bewegbar ist,
• f) wobei jede Spannvorrichtung (32) in Richtung auf eine erweiterte Stellung vorgespannt ist, sich aber zurückzieht, wenn die Spannvorrichtung einen Brennstab oder einen anderen Konstruktionsteil antrifft, der über eine vorgegebene Stellung hinausragt.

2. Abziehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• g) daß jede Spannvorrichtung einen äußeren Mantel (48) aufweist, der eine nockenbetätigte zugreifende Klemmhülse (46) aufnimmt,
• h) wobei der Mantel (48) und die Klemmhülse (46) schalenförmig ausgespart sind, damit der Mantel (48) und die Klemmhülse (46) einen einzigen Brennstab erfassen, ohne durch benachbarte Stäbe behindert zu werden.

3. Abziehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• i) daß die Klemmhülse (46) axial innerhalb des Mantels (48) verschiebbar ist
• j) und der Mantel (48) und die Klemmhülse (46) zusammenziehende Flächen haben, die eine Nockenwirkung aufgrund der Verschiebung der Klemmhülse (46) in der einen Richtung ausüben, derart, daß sich die Klemmhülse (46) radial zusammenzieht, um eine Klemmwirkung auf einen in der Klemmhülse (46) aufgenommenen Brennstab zu erzeugen.

4. Abziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• k) daß die Spannvorrichtungen seitlich um ein Vielfaches der Teilung zwischen benachbarten Brennstäben voneinander im Abstand angeordnet sind.

5. Abziehvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• l) daß neun solcher Spannvorrichtungen vorgesehen sind, die mit einer Teilung beabstandet sind, welche dem Zweifachen der Teilung zwischen benachbarten Stäben in einer Reihe einer Brennstoff-Unterbaugruppe (12) mit einer rechteckigen bzw. quadratischen Anordnung von 17 Reihen mal 17 Reihen von Stäben entspricht.