DE4235679A1 - Geraet zum zusammenbauen eines kernbrennelementes - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Zusam­ menbauen eines Kernbrennelements bzw. einer Kernbrenn­ elementanordnung für Kernreaktoren und insbesondere auf ein einfaches Gerät zum wirksamen Einführen von Brennstäben in das Brennelement.

Eine herkömmliche Brennelementanordnung, wie sie beispiels­ weise in der US-PS 50 68 081 offenbart und in Fig. 2 gezeigt ist, ist bekannt. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 jeweils Deck- und Bodendüsen bzw. Abschlußteile, die vertikal angeordnet und gegenseitig beab­ standet sind, wobei zwischen der Decköffnung (bzw. dem Deck- Abschlußteil) 1 und der Bodenöffnung (bzw. dem Boden- Abschlußteil) 2 mehrere fest angebrachte Steuerstab- Führungsrohre 3 (im folgenden als Führungsrohre 3 bezeich­ net) vorhanden sind. Im mittleren Abschnitt der Führungs­ rohre 3 ist eine Vielzahl von Gittern 4 vertikal angeordnet und gegenseitig beabstandet.

Die Gitter 4 sind, wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, durch eine Vielzahl von Streifen 7 gebildet, die aus dünnen Metallstreifen mit in ihrer Längsrichtung ausgebildeten Schlitzen 8 hergestellt sind, wobei die Schlitze 8 zur Bil­ dung von Gittern miteinander verriegelt bzw. in Eingriff gebracht werden. Die durch die Gitter gebildete Struktur ist als Gitterzellen 5 bekannt und eine Vertiefung (oder ein Vorsprung) 9 und eine Feder 10 sind an jeder der gegenüber­ liegenden Wände der Gitterzellen 5 gebildet. Ein in eine Gitterzelle 5 eingeführter Brennstab 6 wird durch die Feder 10 gegen den Vorsprung 9 gedrückt, wodurch der Brennstab 6 fest in der Gitterzelle 5 zwischen diesen Teilen gehalten wird.

Ein Verfahren zum Einführen eines Brennstabs 6 in eine Git­ terzelle 5 ist beispielsweise aus der japanischen Patent­ anmeldung mit der Offenlegungsnummer (Kokai) H2-1 81 699 bekannt. Dort wird eine Schlüsseleinrichtung zur Deaktivie­ rung der Feder 10 eingesetzt und die Spitze eines Brennstabs 6 mittels einer Einzieheinrichtung ergriffen, die dann das Einziehen des Brennstabs 6 in die Gitterzelle 5 ermöglicht.

Jedoch bereiten solche Verfahren Probleme aufgrund der Not­ wendigkeit einer Einzieheinrichtung und anderer zugehöriger Steuereinrichtungen und es führt die Komplexität der Ein­ richtungen dazu, daß die Betriebsvorgänge mühsam und lang­ wierig werden.

Vorliegende Erfindung ist zur Lösung der vorstehend genann­ ten, mit den herkömmlichen Zusammenbaugeräten verknüpften Probleme geschaffen und stellt ein Gerät mit einfachem me­ chanischen Aufbau bereit, das die effiziente Einführung der Brennstäbe in die Gitter ohne Verursachung von Oberflächen­ beschädigungen der Brennstäbe ermöglicht.

Ein Gerät zum Zusammenbauen eines Brennelements, das sich in Längsrichtung erstreckende Brennstäbe enthält, umfaßt:

• a) ein sich in Längsrichtung erstreckendes Brennstab­ magazin mit einer Mehrzahl von Brennstäben,
• b) eine Mehrzahl von fluiddruckbetätigten Ladezylin­ dern, die am Brennstabmagazin zum Drücken spezifischer Brennstäbe aus der Mehrzahl von Brennstäben in Längsrichtung in die Gitterzellen vorgesehen sind und von denen jeder ko­ axial mit entsprechenden aus der Mehrzahl von im Brennstab­ magazin enthaltenen Brennstäben angeordnet ist, und
• c) eine Mehrzahl von Gitterstützrahmen, die voneinander beabstandet und in Längsrichtung des Elements bzw. der An­ ordnung so angeordnet sind, daß sie die Mehrzahl von in die Gitterzellen der Gitter eingeladenen bzw. eingeführten Brennstäbe vertikal stützen.

Gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich, die Brennstäbe in die Gitter einzuführen, indem zunächst die Gitter in den Gitterstützrahmen angeordnet werden, wobei es durch einfa­ ches Betätigen der beim erfindungsgemäßen Zusammenbaugerät vorhandenen fluidbetriebenen Lade- oder Einführzylinder mög­ lich wird, die spezifizierten oder ausgewählten Brennstäbe aus dem Brennstabmagazin in Richtung der Gitter zu drücken und die Brennstäbe in die entsprechenden Gitterzellen einzu­ führen. Der Zusammenbauvorgang benötigt daher lediglich den Betrieb der druckbetriebenen Lade- oder Beschickungszylinder in Verbindung mit einem Brennstabmagazin, das die Mehrzahl von Brennstäben hält. Der Aufbau des Zusammenbaugeräts ist demzufolge verglichen mit einem herkömmlichen Gerät wie etwa dem System mit Einziehstäben beträchtlich vereinfacht.

Der Bedienungs- bzw. Betriebsablauf ist entsprechend verein­ facht, da die Notwendigkeit komplexer Vorgänge wie etwa des Ergreifens der Brennstäbe entfällt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrie­ ben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Zusammenbaugeräts,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Brenn­ elements,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Streifens, der bei der Bildung der Gitterzellen der Gitter eingesetzt wird,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Brennelements, das eine Mehrzahl von Brennstäben und eine Mehrzahl von Füh­ rungsrohren enthält, die das Element bzw. die Anordnung zu­ sammenhalten, und

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht einer einen Brenn­ stab fest darin haltenden Gitterzelle.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei der folgenden Erläute­ rund sind die Komponentenabschnitte, die mit dem herkömmli­ chen Brennelement übereinstimmen, mit denselben Bezugszahlen versehen und werden nicht nochmals beschrieben. Bei den nachfolgenden Ausführungen ist die Richtung im Hinblick auf die Wander- oder Transportrichtung der Brennstäbe bezogen, die in Längsrichtung von links nach rechts in den Figuren wandern. Daher wird die linke Seite eines Komponentenab­ schnitts als Eintrittsseite und dessen rechte Seite als Aus­ trittsseite bezeichnet.

Das Zusammenbaugerät umfaßt:
ein Brennstabmagazin 20 rechteckförmiger Rohrgestalt, in dem eine Mehrzahl von luftbetriebenen Lade- bzw. Beschickungszylindern 21 (als Luft-Zylinder) mit kürzerer Länge als die Brennstäbe 6 untergebracht sind, die koaxial mit den Brennstäben 6 angeordnet und in gleicher Anzahl wie diese vorgesehen sind,
Brennstäbe 6, die im Magazin 20 koaxial mit den Luft-Zy­ lindern 21 untergebracht sind und durch die Luft-Zylinder 21 in einer Richtung (nach rechts in Fig. 1) gedrückt werden,
eine Vielzahl von Gitterstützrahmen 30 (im folgenden als Gitterstützen 30 bezeichnet), die in Richtung der Brennstäbe 6 beabstandet sind und zum frei abnehmbaren Halten von Git­ tern 4 derart, daß die Gitterzellen 5 in die Richtung der Brennstäbe 6 weisen, dienen,
eine Vielzahl von Brennstab-Stützwalzen 40, die an der Eintrittsseite der Gitterstütze 30 (d. h. zwischen einem Stützrahmen 30 und dem Brennstabmagazin 20) angeordnet sind und eine unterseitige Stützung der aus dem Brennstabmagazin 20 austretenden und in die Gitterzellen 5 eintretenden Brennstäbe 6 bereitstellen, um ein Durchhängen der Brenn­ stäbe 6 zu vermeiden,
eine Expander-Aufspannvorrichtung (expander jig) 50, die in das Innere des Raums der an den Gitterzellen 5 angeord­ neten Führungsrohre 3 eingeführt wird und zur Ausbauchung des oder der Führungsrohre 3 eingesetzt wird,
einer Anhebeeinrichtung 60, die nicht nur den Gitter­ träger 30 stützt, sondern auch die Funktion des Anhebens des Brennelements in eine vertikale Position durchführt, wenn der Zusammenbau beendet ist, und
einen Anschlag 70, der an der Austrittsseite (der rech­ ten Seite in Fig. 1) des Gitterträgers 30 am weitesten ent­ fernt vom Brennstabmagazin 20 angeordnet ist.

An der Eintrittsseite (linke Seite in Fig. 1) des Brennstab­ magazins 20 ist eine Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 angeordnet, an der über Versorungsleitungen 23a, 23b eine Luftversorgungseinheit oder Luftquelleneinheit 23 zur Zufüh­ rung von Luft mit einem gegebenen Druck zur Luftversorgungs- Schalteinrichtung 22 angebracht ist.

Die Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 ist derart aufge­ baut, daß die von der Luftquelleneinheit 23 zugeführte Luft selektiv den Luft-Zylindern 21 zugeführt werden kann, um spezifische bzw. ausgewählte Brennstäbe 6 im Brennstabmaga­ zin 20 nach außen zu drücken.

Die an der Austrittsseite des Brennstabmagazins 20 angeord­ neten Stützwalzen 40 bestehen aus einer Leerlaufwalze 41 und einer Antriebswalze 42, die am oberen Bereich einer Stützba­ sis 61 der Anhebeeinrichtung 60 angeordnet ist.

Die Leerlauf- oder Mitläuferwalze 41 weist einen die Mit­ läuferwalze 41 frei drehbar tragenden Mitläufer-Rahmen 41a, eine eine frei bewegliche vertikale Stütze für den Rahmen 41a bereitstellende, mit Gewinde versehene Stütze 41b und einen Mitläufer-Zylinder 41d auf, der die mit Gewinde verse­ hene Stütze 41b über eine Basisplatte 41c quer zur Richtung der Brennstäbe 6 bewegt.

Die Antriebswalze 42 wird frei drehbar durch einen Antriebs­ walzen-Rahmen 42a gehalten, der am Seitenbereich der Stütz­ basis 61 der Anhebeeinrichtung 60 angeordnet ist, und wird durch eine externe Leistungs- bzw. Antriebseinheit angetrie­ ben. Der Antriebswalzen-Rahmen 42a ist vertikal frei beweg­ lich mittels einer mit Gewinde versehenen Stütze 42b gehal­ ten.

Das Spitzenende (linkes Ende in Fig. 1) jeder Expander-Auf­ spannvorrichtung 50 ist mit einer bekannten Ausbauchungsein­ richtung zum Ausbauchen des Führungsrohres 3 versehen. Die Aufspannvorrichtungen sind in der Richtung der Brennstäbe 6 frei bewegbar an der Aufspannvorrichtungs-Basis 51 angeord­ net, so daß sie ins Innere der Führungsrohre 3 eingeführt werden können.

Die Anhebeeinrichtung 60 weist eine an der Austrittsseite (rechts in Fig. 1) des Brennstabmagazins 20 angeordnete und sich in Richtung der Brennstäbe 6 erstreckende drehende Ba­ sisplatte 61 und eine unterhalb des eintrittsseitigen Endes der drehenden Basis 61 angeordnete Dreheinrichtung 62 zum Drehen der Anhebeeinrichtung 60 aus einer horizontalen Posi­ tion in eine vertikale Position auf.

Der Anschlag 70 umfaßt eine rechteckförmige Positionier­ platte 71, die an der Austrittsseite der am weitesten vom Brennstabmagazin 20 entfernten Gitterstütze 30 angeordnet ist, und einen Anschlag-Zylinder 72, der die Positionier­ platte 71 in Querrichtung bewegt.

Im folgenden wird der Betrieb des den vorstehend beschriebe­ nen Aufbau besitzenden Zusammenbaugeräts erläutert.

In jede Gitterstütze 30 wird ein Gitter 4 derart instal­ liert, daß die Gitterzellen 5 in die Richtung der Brennstäbe 6 weisen. Dann wird ein Schlüssel in jede der Gitterzellen 5 eingeführt, um die Federn 10 zu deaktivieren. Mit Hilfe der mit Gewinde versehenen Stützen 41b, 42b wird das oberseitige Ende der Stützwalzen 41, 42 so eingestellt, daß es ungefähr in derselben Höhe wie die höchsten Gitterzellen 5 oder die Gitter 4 liegt.

Anschließend wird der Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 Luft mit einem gewählten Druck von der Luftquelleneinheit 23 zugeführt und dann der Luftdruck lediglich an diejenigen Luft-Zylinder 21 angelegt, die in der obersten Ebene des Brennstabmagazins 20 angeordnet sind.

Hierbei werden lediglich die Brennstäbe 6, die in der ober­ sten Ebene des Brennstabmagazins 20 liegen, in Richtung der Gitter 4 vorwärtsbewegt.

Die vorgeschobenen Brennstäbe 6 werden an ihrer Unterseite durch die Mitläuferwalze 41 gestützt und in die entsprechen­ den Gitterzellen 5 des Gitters 4 eingeführt. Die Brennstäbe 6 werden dann mittels der Antriebswalzen 42 gehalten und weiter vorwärts angetrieben und treten in die Gitterzellen 5 des nächsten Gitters 4 ein.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es möglich, ein durch ihr Eigengewicht hervorgerufenes Herabsacken der Spitzen der aus dem Brennstabmagazin 20 zu den Gittern 4 vorwärtstransportierten Brennstäbe 6 durch die Abstützungen zu vermeiden die durch die Mitläuferwalze 41 sowie die An­ triebswalzen 42 bewirkt werden. Wenn die Spitze eines Brenn­ stabs 6 die Möglichkeit eines Absackens hätte, bestünde die Gefahr der Einführung feiner Kratzer bzw. Risse an der Ober­ fläche des Brennstabs 6 aufgrund der mechanischen Interfe­ renz bzw. Berührung des Brennstabs mit den die Gitter 4 bil­ denden Streifen 7. Bei dem vorstehend erläuterten Ausfüh­ rungsbeispiel des Geräts ist das Auftreten einer solchen Si­ tuation vorteilhafterweise vermieden, wodurch die Qualität des Brennelements verbessert wird.

Die obersten Brennstäbe 6 werden folglich fortschreitend in die Gitterzellen 5 der verschiedenen Gitter 4 eingeführt und die Spitzen der Brennstäbe gelangen in Anschlag mit der Po­ sitionierplatte 71 des Anschlags 70, wodurch die obersten Brennstäbe 6 im Brennelement positioniert sind.

Nachfolgend wird die Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 erneut betrieben und das Anlegen des Luftdrucks an die ober­ sten Zylinder 21 abgeschaltet. Daraufhin werden die mit Ge­ winde versehenen Schrauben 41b, 42b abgesenkt, um den oberen Abschnitt der Walzen 41, 42 mit der niedrigeren Position der Gitter 4 in der zweitobersten Ebene der Gitterzellen 5 der Gitter 4 auszurichten.

Durch Betätigung der Luftversorgungs-Schalteinrichtung 22 wird anschließend der Luftdruck an die Zylinder 21 angelegt, die in der zweiten Ebene bzw. Lage des Brennstabmagazins 20 angeordnet sind. Unter Befolgung desselben Ablaufs, wie bei den Brennstäben 6 der obersten Ebene bzw. Lage beschrieben wurde, werden die Brennstäbe 6 der zweiten Ebene in die je­ weiligen Gitterzellen 5 der Gitter 4 eingeführt.

Durch Wiederholung der vorstehend beschriebenen Folge von Vorgängen für andere Brennstäbe 6, die an anderen Ebenen bzw. Lagen des Brennstabmagazins 20 angeordnet sind, werden alle Brennstäbe vom Brennstabmagazin 20 in die Gitterzellen 5 der Gitter 4 übertragen.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Geräts ist es möglich, fort­ schreitend alle Brennstäbe 6 in die aufeinanderfolgenden Gitter 5 durch Betreiben lediglich der Luftversorgungs- Schalteinrichtung 22 einzuführen, wodurch eine beträchtliche Vereinfachung des Aufbaus des Zusammenbaugeräts, verglichen mit dem herkömmlichen, Einrichtungen wie etwa Einziehstäbe benutzenden Zusammenbaugerät, möglich ist.

Weiterhin ist es für die Einführung der Brennstäbe 6 ledig­ lich notwendig, die Luftquelleneinheit 23 zu betätigen, ohne daß die Notwendigkeit zusätzlicher Vorgänge wie etwa des beim Einziehstab-System erforderlichen Ergreifens des Brenn­ stabs 6 besteht.

Nach der Einführung der Brennstäbe 6 in die Gitter 4 folgen die Betriebsschritte der herkömmlichen Vorgehensweise wie etwa des Entfernens der Schlüssel von den Gittern 4, wodurch die Federn 10 in Berührung mit der Oberfläche der Brennstäbe 6 gelangen können und die Brennstäbe 6 hierdurch in der erforderlichen Relativposition in den Gittern 4 festgehalten werden.

Nachfolgend wird das Brennstoffmagazin 20 vom Zusammenbauge­ rät abgenommen und es wird die erforderliche Anzahl von Füh­ rungsrohren 3 in die spezifischen Gitterzellen 5 der Gitter 4 eingeführt und die Führungsrohre 3 mittels der Expander- Aufspannvorrichtung 50 ausgebaucht, wodurch die Führungs­ rohre 3 sicher an den Gittern 4 befestigt werden. Danach wird der an der Mitläuferwalze 21 angebrachte Mitläufer- Zylinder 41d kontrahiert, um die Mitläuferwalze 41 von der Vorderseite der Gitter 4 zu entfernen. Desweiteren wird die Anhebeeinrichtung 62 der rotierenden Basis 61 betrieben, um die drehende Basis 61 zusammen mit dem Antriebswalzen-Rahmen 42a und der mit Gewinde versehenen Stütze 42b sowie das Brennelement in eine vertikale Position anzuheben, und es wird das Brennelement vom Zusammenbaugerät abgenommen und an eine andere spezifische Stelle gebracht.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden luftbetätigte Zylinder als Beispiel für fluidgetriebene Zy­ linder benutzt, wobei jedoch offensichtlich ist, daß auch ölbetriebene Zylinder in gleicher Weise funktionieren kön­ nen.

Vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschrie­ bene besondere Ausführungsbeispiel beschränkt und umfaßt auch andere Varianten.

Es wird ein Gerät zur Erleichterung des Einführens von Brennstäben in Gitterzellen von Gittern eines Brennelements beschrieben. Das Beschickungsgerät arbeitet mit luftdruckbe­ tätigten Beschickungszylindern, um ausgewählte Brennstäbe aus einem Brennstabmagazin in entsprechende Gitterzellen herauszuschieben. Das Beschickungsgerät arbeitet in Zusam­ menwirkung mit einer Reihe von Brennstab-Stützwalzen, die eine Stütze für die in die Gitter eingeführten Brennstäbe von der Brennstabunterseite bereitstellen, um ein Durchhän­ gen der Spitzenenden zu vermeiden, wodurch ein Schaben an den Streifen der Gitter beim Eintreten in die Gitterzellen, das möglicherweise gefährliche Oberflächenrisse oder -krat­ zer an den Brennstäben verursachen könnte, verhindert wird.

Claims (7)

1. Gerät zum Einsetzen von Brennstäben in ein Brennelement, mit einer Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstrecken­ den Brennstäben (6), die fest in Gitterzellen (5) einer Mehrzahl von Gittern (4) gehalten sind, mit
a) einem sich in Längsrichtung erstreckenden Brenn­ stabmagazin (20), das eine Mehrzahl von Brennstäben (6) enthält,
b) einer Mehrzahl von am Brennstabmagazin (20) vorge­ sehenen fluiddruckbetätigten Beschickungszylindern (21) für die Einführung spezifischer oder ausgewählter Brenn­ stäbe aus der Mehrzahl von Brennstäben (20) in die Git­ terzellen (5), wobei jeder Beschickungszylinder (21) ko­ axial mit einem entsprechenden der im Brennstabmagazin enthaltenen Brennstäbe (6) angeordnet ist, und
c) einer Mehrzahl von Gitterstützrahmen (30), die von­ einander beabstandet und in Längsrichtung des Brenn­ elements zur derartigen Halterung der Mehrzahl von Git­ tern (4) angeordnet sind, daß die Gitterzellen in die Richtung der Brennstäbe weisen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fluiddruckbetätigten Beschickungszylinder (21) luft­ druckbetätigte Beschickungszylinder sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Brennstab-Stützwalzen (40) zwischen dem Brennstabmagazin (20) und Brennstab-Stützrahmen angeord­ net ist, wobei jede Brennstab-Stützwalze eine untersei­ tige Vertikalstützung der mehreren Brennstäbe bereit­ stellt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstab-Stützwalzen (40) in der vertikalen Richtung frei beweglich sind, um eine Relativpositionierung der Walzen-Stützrahmen bezüglich der Gitterzellen (5) zu er­ möglichen.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Stützrahmen (30) auf der Oberseite einer drehenden Basis (61), die sich in Richtung der Brennstäbe erstreckt, angeordnet sind, wo­ bei die drehende Basis (61) mit einer Antriebseinrich­ tung zum Anheben der drehenden Basis aus einer horizon­ talen in eine vertikale Position versehen ist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein am weitesten vom Brennstab­ magazin (20) entfernter Stützrahmen (30) mit einem Anschlag (70) an der Austrittsseite des Stützrahmens (30) versehen ist, um die Position der Mehrzahl von Brennstäben (6) durch Berührung der Spitzenenden der mehreren Brennstäbe auszurichten.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (70), der an der am weitesten vom Brennstab­ magazin (20) entfernten Position angeordnet ist, mit einer Positionierplatte (71) an der Austrittsseite eines am weitesten vom Brennstabmagazin (20) entfernten Stütz­ rahmens (30) sowie mit einem Positionierungszylinder (72) versehen ist, der die Position der Positionier­ platte (71) quer zur Richtung der Brennstäbe (6) ein­ stellt.