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