DE4235685A1 - Verfahren zum zusammenbauen einer kernbrennelementanordnung und geraet hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammen­ bauen einer Kernbrennelementanordnung und ein Gerät bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Vorgabe.

Brennelementanordnungen wie etwa diejenige, die in Fig. 7 gezeigt und in der US-PS-50 68 081 offenbart ist, sind be­ kannt.

In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 eine Deck­ düse bzw. ein oberseitiges Abschlußelement und eine Boden­ düse bzw. ein unterseitiges Abschlußelement, die vertikal angeordnet sind und einander mit Abstand gegenüber liegen. Zwischen dem oberseitigen Düsenelement 1 und dem unterseiti­ gen Düsenelement 2 ist eine Vielzahl von fest angeordneten Steuerstab-Führungsrohren 3 (im folgenden als Führungsrohre 3 bezeichnet) vorhanden, wobei im mittleren Abschnitt der Steuerstab-Führungsrohre 3 eine Mehrzahl von Gittern 4 ver­ tikal und in gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

Die Gitter 4 sind, wie in den Fig. 8, 9 und 10 gezeigt, aus einer Mehrzahl von Riemen bzw. Streifen 7 hergestellt, die aus dünnen Metallstreifen mit Schlitzen 8, die in regel­ mäßigen Intervallen in der Längsrichtung vorgesehen sind, bestehen. Durch Einfügung der Streifen 7 in die Schlitze 8 der jeweils anderen Schlitze wird eine Vielzahl von Gitterzellenräumen 5 (im folgenden als Gitterzellen 5 bezeichnet) gebildet. Ein Brennstab 6 ist im Gitter 5 mit Hilfe eines Paares von Haltereinrichtungen festgehalten, die aus einer Vertiefung oder einem Vorsprung 9 und einer Feder 10, die an gegenüberliegenden Wänden angeordnet sind, beste­ hen. Der in eine Gitterzelle 5 eingeführte Brennstab 6 wird durch die Federn 10 gegen die Vertiefungen oder Vorsprünge 8 gedrückt, wie in Fig. 10 dargestellt, wodurch der Brennstab 6 fest durch die Federn 10 gehalten wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird das herkömmliche Verfah­ ren zum Zusammenbauen einer solchen Brennelementanordnung beschrieben.

Zunächst werden die Gitter 4 mit einem gewissen Abstand pla­ ziert (Positionierung der Gitter). Die Führungsrohre 3 wer­ den in die vorbestimmten und entsprechenden Gitterzellen 5 jedes Gitters 4 eingeführt und dann fest an den Gittern 4 durch Bauchformung bzw. Ausbildung von Ausbuchtungen ange­ bracht. Nachfolgend werden die Brennstäbe 6 in die vorbe­ stimmten und entsprechenden Gitterzellen 5 jedes Gitters 4 durch Gleitbewegung der Stäbe 6 gegen die Federn 10 und Vor­ sprünge 9 eingeführt. Die Stäbe 6 werden hierbei aufgrund der Druckkraft, die durch die Federn 10 und die Vorsprünge 9 ausgeübt wird, fest in den Gitterzellen 5 gehalten. Wenn alle Steuerstäbe 6 in die Gitterzellen 5 eingeführt sind, werden die ober- und unterseitigen Düsenelemente 1 und 2 fest an den gegenüberliegenden Enden der jeweiligen Füh­ rungsrohre 3 angebracht.

Bei dem herkömmlichen, vorstehend beschriebenen Zusammenbau­ verfahren werden die Brennstäbe 6 durch gleitende Bewegung über die Haltereinrichtungen (die aus den Vorsprüngen 9 und den Federn 10 besteht) in die Räume der Gitterzellen 5 nach festem Anbringen der Führungsrohre 3 an den Gittern 4 einge­ führt. Aufgrund dieses Ablaufs werden die Führungsrohre 3 unter leichter, ungleichmäßiger Kompressions- bzw. Druckbe­ anspruchung positioniert, die von den Brennstäben 6 durch die Gitter 4 übertragen wird. Weitere detaillierte Erläute­ rungen werden im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen der Erfindung gegeben, so daß es genügt, zu erwähnen, daß einer der Beiträge vorliegender Erfindung darin besteht, daß die komplettierte Anordnung sehr geringfügige Verzerrung bzw. Deformation als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zusammenbauen der Brenn­ elementanordnung besitzt.

Vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung solcher, mit dem herkömmlichen Verfahren zum Zusammenbauen der Brenn­ elementanordnung verknüpften Probleme getätigt. Eine Ziel­ setzung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Zusam­ menbauen der Brennelementanordnung derart, daß die Erzeugung der vorstehend beschriebenen Verzerrung oder Deformation der Anordnung vermieden wird, sowie in der Schaffung eines Ge­ räts für die Durchführung dieser Zielsetzung bzw. dieses Verfahrens.

Gemäß einem mit der Erfindung vorgestellten Verfahren zum Zusammenbauen einer Brennelementanordnung werden die an der Gitterzellenwand gebildeten und in den Zellenraum vorsprin­ genden Federn mit Hilfe einer Schlüsseleinrichtung für die Deaktivierung der Haltereinrichtung deaktiviert, wonach ein Brennstab in das Gitter eingeführt wird. Dann wird die Schlüsseleinrichtung von der Gitterzelle abgenommen, um die Federn zu aktivieren, so daß der Brennstab fest im Gitter gehalten wird. Der nächste Schritt besteht in der Einfügung von Steuerstab-Führungsrohren in die bezeichneten Gitterzel­ len und in der festen Befestigung der Steuerstab-Führungs­ rohre an dem oder den Gittern. Durch Befolgung des beschrie­ benen Ablaufs ist es möglich, den Aufbau ungleichmäßiger Be­ anspruchungen der Führungsrohre zu vermeiden, wodurch die Verzerrung oder Deformation der gesamten Brennelementanord­ nung verhindert wird.

Die folgenden Erläuterungen der Vorrichtung zum Zusammen­ bauen einer Brennstoff- oder Brennelementanordnung gehen da­ von aus, daß die in den Fig. 1 und 4 gezeigten Brennstäbe von links nach rechts gemäß der Darstellung wandern bzw. transportiert werden. Die Eintrittsseite (links) ist als die diejenige Seite definiert, von der die Brennstäbe in ein Ob­ jekt eintreten, während die Austrittsseite (rechts) als die­ jenige Seite definiert ist, aus der die Brennstäbe austre­ ten.

Das Gerät zum Zusammenbauen der Brennelementanordnung vor­ liegender Erfindung umfaßt:
a) ein Brennstabmagazin, in dem eine Mehrzahl von parallelen Brennstäben in horizontaler Position vor der Ein­ führung in die Gitter gehalten wird,
b) eine an der Eintrittsseite des Brennstabmagazins an­ geordnete Antriebseinrichtung zum Antreiben bzw. Transpor­ tieren der Brennstäbe aus dem Brennstabmagazin und deren Einführung in die Gitter,
c) eine Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Stütz­ rahmen, die außerhalb der Austrittsseite des Brennstabmaga­ zins angeordnet sind und Gitter derart halten, daß die Öff­ nung oder Öffnungen des oder der Gitter dem Brennstabmagazin zugewandt sind,
d) regelmäßig beabstandete Führungseinrichtungen, die auf der Eintrittsseite jedes der Vielzahl von Stützrahmen angeordnet sind und eine unterseitige Stützung der aus dem Brennstabmagazin austretenden Brennstäbe bilden, um ein Durchhängen der Brennstäbe zu verhindern, und
e) eine Expander-Aufspannvorrichtung zum Ausbauchen der Steuerstab-Führungsrohre.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Zusammenbaugerät werden die Brennstäbe nach manuellem oder automatischen Deaktivie­ ren der in die Gitterzellenräume vorstehenden Federn mittels der Schlüsseleinrichtung in die Gitter eingeführt, wonach die Federn reaktiviert werden, um die Brennstäbe fest darin zu halten. Die Steuerstab-Führungsrohre werden dann in die bezeichneten bzw. vorbestimmten Gitterzellen eingeführt und starr an den Gittern befestigt. Die ober- und unterseitigen Düsenelemente werden zur Verfolständigung der Schritte der Herstellung einer Brennelementanordnung installiert. Gemäß dem vorgestelltem Zusammenbaugerät sind die Führungseinrich­ tungen bei der Vermeidung von Beschädigungen der Brennstäbe wirksam, indem ein Heruntersacken der Brennstäbe während des Eintretens in die Gitterzellen vermieden wird, was mögliche Schäden auf der Staboberfläche oder bei den Gittern 4 her­ vorrufen könnte.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten be­ vorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Geräts zum Zusammenbauen der Brennstoff- oder Brennelementanord­ nung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verbindung zwischen einem Gitter und einem Steuerstab-Führungsrohr,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Schritte eines ersten Ausführungsbeispiels des Zusammenbauverfahrens,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Veranschauli­ chung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Zusammenbauver­ fahrens,

Fig. 5 eine Schrägansicht eines beim zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel des Zusammenbaugeräts benutzten Rohrs,

Fig. 6 eine Schrägansicht eines bei einer Abänderung des zweiten Ausführungsbeispiels des Zusammenbaugeräts ver­ wendeten Rohrs,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Geräts zum Zusammenbauen von Kernbrennelementen,

Fig. 8 eine Frontansicht von Streifen, die bei der Aus­ bildung der Gitterzellen eingesetzt werden,

Fig. 9 eine Ansicht, die die in Gitterzellen einge­ führten Brennstäbe zeigt,

Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht einer in Fig. 8 dar­ gestellten Gitterzelle, und

Fig. 11 ein Blockdiagramm der Schritte, die bei einem herkömmlichen Verfahren zum Zusammenbauen einer Brennelemen­ tanordnung durchgeführt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Im folgenden sind Strukturen, die mit der herkömmlichen Anordnung gemein­ sam sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im Detail erläutert.

Die folgenden Erläuterungen des Geräts zum Zusammenbauen ei­ ner Brennelement- oder Brennstoffanorndung basieren darauf, daß die in Fig. 1 gezeigten Brennstäbe von links nach rechts in der Darstellung wandern bzw. transportiert werden. Die Eintrittsseite (links) ist als diejenige Seite defi­ niert, von der die Brennstäbe in ein Objekt eintreten, wäh­ rend die Austrittsseite (rechts) als diejenige Seite defi­ niert ist, aus der die Brennstäbe aus dem Objekt austreten.

Das in Fig. 1 gezeigte Zusammenbaugerät umfaßt: ein recht­ winkliges parallelepiped-förmiges Brennstabmagazin 20 (auf der linken Seite der Darstellung gezeigt), das eine Mehrzahl von horizontal angeordneten Brennstäben 6 trägt; einen Aus­ schiebmechanismus 30 (Antriebsvorrichtung), der die Brenn­ stäbe 6 zur Austrittsseite des Zusammenbaugeräts drückt; eine Mehrzahl von Stützrahmen 40 die außerhalb der Aus­ trittsseite des Brennstabmagazins 20 derart angeordnet sind, daß offene Abschnitte der Gitterzellen 5 dem Brennstabmaga­ zin 20 zugewandt sind; eine Mehrzahl von Brennstab-Stützwal­ zen (Führungseinrichtungen) 50, die an der Eintrittsseite der Stützrahmen 40 (d. h. zwischen den Stützrahmen 40 und dem Brennstabmagazin 20) angeordnet sind und eine unterseitige Stützung der aus dem Brennstabmagazin 20 in Richtung der Gitterzellen 5 austretenden Brennstäbe 6 bereitstellen, um ein Durchhängen der Brennstäbe 6 zu vermeiden; eine Expander-Aufspannvorrichtung 60, die in das Innere des Raums des oder der in die Gitterzellen 5 eingeführten Führungs­ rohre 3 eingeführt wird und das oder die Führungsrohre 3 ausdehnt; und einem an einer Seite der Stützrahmen 40 ange­ ordneten Schlüsseleinrichtung-Manipulator 70.

Die Gitter 4 sind beim ersten Ausführungsbeispiel mit einer Mehrzahl von Hülsen 4a versehen, die sich bei denjenigen Gitterzellen 5, in die die Führungsrohre 3 einzuführen sind, nach außen in eine Richtung erstrecken, wie schematisch in Fig. 2 gezeigt. (Diese Figur zeigt lediglich eine einzige dieser Hülse zum Zwecke der zeichnerischen Erläuterung.)

Der Ausschiebemechanismus bzw. die Ausdrückvorrichtung 30 umfaßt: eine Drückplatte 32 mit einer Mehrzahl von Drück- oder Schiebestangen 31, die sich in Richtung zum Brennstab­ magazin 20 erstrecken; eine mit Gewinde versehene Schraub­ stütze 33, die die Drückplatte 32 trägt und eine Einrichtung zur Vertikaleinstellung derselben bildet; eine die mit Ge­ winde versehene Schraubstütze 33 haltende Basis 34; einen Zylinder 35 für die Längsbewegung der Basis 34; und ein Paar von Schienen 36, die eine freie Gleitbewegung der Basis 34 ermöglichen.

Die Stützrahmen 40 sind auf dem oberen Bereich einer Hebe­ vorrichtung 80 angeordnet, die die Funktion des Anhebens der Brennelementanordnung nach Beendigung des Zusammenbauvor­ gangs durchführt.

Die Hebevorrichtung 80 umfaßt: eine drehende Basis 81 in der Form einer gestreckten Platte, die an einem Ende des Brenn­ stabmagazins 20 entlang der Längsrichtung des Brennstabmaga­ zins 20 angeordnet ist; eine Dreheinrichtung 82, die die An­ triebskraft für das Anheben der drehenden Basis 81 aus der horizontalen in eine geneigte Position bereitstellt.

Die Brennstab-Stützwalze oder Stützwalzen 50 sind von einem Rahmen 51 gehalten, der an einem Seitenbereich der rotieren­ den Basis vorgesehen ist und um eine Achse, die senkrecht zur Achse der Brennstäbe 6 verläuft, frei drehbar ist. Der Rahmen 51 wird mittels einer Mehrzahl von mit Gewinde verse­ henen Schraubstützen 52 gehalten, die vertikal frei beweg­ lich sind.

Die Expander-Aufspannvorrichtung 60 ist am Spitzenende (der äußerste linke Abschnitt der Aufspannvorrichtung 60 in Fig. 1) mit einer bekannten Expander- oder Ausdehnungsvorrichtung für das oder die Führungsrohre 3 versehen, die in Längsrich­ tung frei beweglich auf dem Basisträger 61 bewegbar ist, und wird zwangsweise in das oder die Führungsrohre 3 eingetrie­ ben, die an dem oder den von den Stützrahmen 40 getragenen Gittern 4 vorgesehen sind.

Der Schlüsseleinrichtungs-Manipulator 70 umfaßt: einen Schenkelabschnitt 71, der vertikal an einem Seitenbereich der Hebevorrichtung 80 angeordnet und in der Längsrichtung der Hebevorrichtung 80 frei beweglich ist; einen Arm­ abschnitt 72, der drehbar am Schenkelabschnitt 71 und einem Armabschnitt 73 angebracht ist, der drehbar mit dem Arm­ abschnitt 72 verbunden ist; einen seitwärts gerichteten U-förmigen Führungsabschnitt 74, der am Ende des Arms 73 ange­ bracht ist; und eine den Führungsabschnitt 74 begleitende, nicht gezeigte Schlüsseleinrichtungs-Betätigungseinrichtung. Die Funktion der Schlüsseleinrichtungs-Betätigungseinrich­ tung besteht in der Deaktivierung der Feder 10 durch Ein­ führung einer nicht gezeigten Schlüsseleinrichtung in das Gitter 4 und in der Reaktivierung der Feder 10 durch Entfer­ nung der Schlüsseleinrichtung von dieser.

An der Austrittsseite des Brennstabmagazins 20 sind Brenn­ stab-Einführungswalzen 90 angeordnet, die quer zur Achse der Brennstäbe 6 orientiert sind. Die Einführungswalzen 90 umfassen: zwei Hauptwalzen 91, 92, die horizontal eine ober­ halb und eine unterhalb der Brennstäbe angeordnet und durch eine Leistungs- oder Antriebseinrichtung drehbar sind; einen Rahmen 73, der die Walzen 91, 92 frei drehbar trägt; eine mit Gewinde versehene Schraubstütze 94, die den Rahmen 93 vertikal frei beweglich trägt; und einen Zylinder 96, der die mit Gewinde versehene Schraubstütze 94 quer (rechtwink­ lig zu den Brennstäben 6) über eine Walzenplatte 95 bewegt.

An der Austrittsseite des Stützrahmens 40, der am weitesten entfernt vom Brennstabmagazin 20 liegt (am rechten Ende in Fig. 1), ist eine Anschlagplatte 100 angeordnet. Die An­ schlagplatte 100 umfaßt: eine rechtwinklig geformte Positio­ nierplatte 101 (Positionierungseinrichtung) und einen Zylin­ der 102, der am Seitenbereich der Positionierplatte 101 an­ geordnet ist und die Positionierplatte 101 in Querrichtung bewegt. Es besteht keine besondere Beschränkung auf die Po­ sitionierplatte 101, solange sie sich im wesentlichen quer zu den Brennstäben bewegen kann, und zwar sowohl vertikal als auch horizontal.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 ge­ zeigte Ablaufdiagramm das Verfahren zum Zusammenbauen der Brennelementanordnung unter Einsatz des ersten Ausführungs­ beispiels des Zusammenbaugeräts beschrieben.

Zunächst wird ein Gitter 4 an jedem Stützrahmen 40 ange­ bracht (Gitterpositionierung). Nachfolgend wird mittels des Schlüsseleinrichtungs-Manipulators 70 eine Schlüsseleinrich­ tung in jedes Gitter 4 eingebracht, wodurch die Feder oder Federn 10 am Gitter 4 in eine deaktivierte oder verlagerte Position gebracht werden. Der Vorgang der Einführung der Schlüsseleinrichtungen kann auch manuell durchgeführt wer­ den. Danach wird der Ausdrückmechanismus bzw. die Ausschie­ beeinrichtung 30 so eingestellt, daß die Schiebe- oder Drückstangen 31 mit den in der obersten Position des Brenn­ stabmagazins 20 gelagerten Brennstäben 6 übereinstimmen und es werden durch Zurückziehen des Zylinders 35 die obersten Brennstäbe 6 in Richtung zum Gitter 4 geschoben. Die austre­ tenden Brennstäbe 6 laufen zwischen den Hauptwalzen 91, 92 hindurch, die dann die Brennstäbe 6 ins Innere der Gitter­ zellen 5 des ersten Gitters 4 antreiben. Die Brennstäbe 6 setzen ihre Wanderung durch die ersten Gitter 4 fort und wandern kontinuierlich weiter in die Gitterzellen 5 des nächsten Satzes von Gittern 4, während die Bodenfläche der Brennstäbe durch die Brennstab-Stützwalzen 50 gehalten bzw. abgestützt wird.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Zusammenbaugeräts werden die Spitzen aufgrund der Anordnung der Brennstab- Stützwalzen 50 an der Eintrittsseite der Gitter 4 von einem Herabsacken aufgrund ihres Eigengewichts gehindert. Andern­ falls könnte das Herabsacken der Spitze der Brennstäbe 6 Kratzer (feine Oberflächenbeschädigungen) an der Oberfläche der Brennstäbe oder Beschädingungen der Gitter 4 aufgrund der mechanischen Interferenz bzw. Berührung der die Gitter 4 bildenden Streifen 7 mit den Brennstäben hervorrufen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Geräts bzw. der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung besteht darin, daß aufgrund der Bereit­ stellung einer Stützung der sich bewegenden Brennstäbe 6 die Erzeugung von Oberflächenschäden wie etwa feinen Kratzern vermieden wird, wodurch hohe Qualität der Brennelementanord­ nung aufrechterhalten wird.

Wenn die Brennstäbe in die Gitterzellen 5 des letzten Satzes von Gittern 4 gedrückt werden, schlagen die austretenden En­ den der Brennstäbe 6 letztendlich an der Positionierplatte 101 der Anschlagplatte 100 an. Zu diesem Zeitpunkt ist der Vorgang der Einführung der obersten Brennstäbe 6 im Brenn­ stabmagazin 20 beendet.

Nachfolgend wird der Zylinder 35 der Ausschiebevorrichtung 30 verlängert, um die Drückplatte 32 in die Startposition zurückzuführen. Die mit Gewinde versehene Schraubstütze 33 der Ausschiebevorrichtung 30 wird geringfügig soweit abge­ senkt, daß die Drückstäbe 31 mit den Brennstäben 6 in der zweiten Ebene bzw. Lage des Brennstabmagazins 20 entsprechen bzw. ausgerichtet sind. Die Positionen der Hauptwalzen 91, 82 und der Brennstab-Stützwalzen 50 werden gleichfalls ge­ ringfügig nach unten eingestellt, um mit den Brennstäben 6 in der zweiten Lage bzw. Ebene des Brennstabmagazins 20 übereinzustimmen. Danach werden die Brennstäbe 6 in der zweiten Lage wie zuvor in jedes der Gitter 4 gedrückt.

Derselbe Ablauf folgt für weitere Brennstäbe 6 in anderen Lagen solange, bis alle Brennstäbe 6 in den jeweiligen Git­ tern 4 des Brennstabmagazins 20 positioniert sind.

Der Schlüsseleinrichtungs-Manipulator 70 wird erneut betä­ tigt, um die Schlüsseleinrichtungen aus den Gittern 4 her­ auszunehmen. Aufgrund dieses Vorgangs werden die Federn 10 in Berührung mit der Oberfläche der Brennstäbe 6 in den Git­ tern 4 plaziert bzw. gebracht (aktiviert), wodurch sie die Brennstäbe 6 fest in den Gittern 4 halten. Das Brennstabma­ gazin 20 wird entfernt und die erforderliche Anzahl von Füh­ rungsrohren 3 wird in die an jedem Gitter 4 vorgesehenen Hülsen 4a eingeführt, wobei ein Installationsvorgang gleich­ artig dem für die Brennstäbe 6 beschriebenen Vorgang einge­ setzt wird.

Nachfolgend wird die Expander-Aufspannvorrichtung 60 ins In­ nere der Führungsrohre 3 vorwärtsbewegt und das Ausbau­ chungswerkzeug an der Spitze der Expander-Aufspannvorrich­ tung 60 so angeordnet, daß es der Position der am weitesten von der Expander-Aufspannvorrichtung 60 entfernten Hülse 4a der Gitter 4 (links in Fig. 1) entspricht. Die Führungs­ rohre 3 und die Hülsen 4a werden unter Einsatz der Expander- Aufspannvorrichtung 60 bauchförmig verformt, wie in Fig. 2 gezeigt, wodurch die Relativposition des Gitters 4 und der Führungsrohre 3 innerhalb der Brennelementanorndung fixiert wird.

Da bei diesem Vorgang zum Zeitpunkt der Installation der Führungsrohre 3 die Gitter 4 sich aufgrund der fest an ihnen angebrachten Brennstäbe 6 nicht bewegen können, ruft die durch die Expander-Aufspannvorrichtung 60 verursachte Deh­ nung einen geringförmigen gleichmäßigen Zug an den Führungs­ rohren 3 in der durch die Pfeile P1 und P2 in Fig. 2 ge­ zeigten Richtung hervor. Diese geringfügige Zugbeanspruchung in den Führungsrohren kann für die Verhinderung der Verzer­ rung bzw. Deformation der Brennelementanordnung verantwort­ lich sein. Es wird angenommen, daß, falls die Gitter 4 ihre Positionen relativ zu den Brennstäben 6 verschieben könnten, sich die Gitter 4 in die Richtung des Pfeils P3 beim Ausbau­ chungsvorgang bewegen würden, wodurch die durch den Ausbau­ chungsvorgang hervorgerufene Zugbeanspruchung entlastet wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Gitter 4 durch die Brennstäbe 6 fest an Ort und Stelle gehalten, was im vorhergehenden Schritt der Verklammerung oder der Klam­ merhaltung mittels der Federn 10 erreicht wird, wodurch sich die Gitter 4 nicht mehr bewegen können, was zur Erzeugung eines gleichförmigen restlichen Zugs in der Brennelementan­ ordnung führt.

Weiterhin werden beim herkömmlichen Zusammenbauverfahren beim Einführen der Brennstäbe in die Gitter oftmals un­ gleichförmige Druckbeanspruchungen in den Führungsrohren, die eine Verzerrung bzw. Deformation der Brennelementanord­ nung bewirken, hervorgerufen, es sei denn, daß die gegensei­ tige Ausrichtung aller Brennstäbe exakt bis zum Abschluß des Zusammenbauvorgangs aufrechterhalten wird. Demgegenüber wer­ den die Brennstäbe und die Gitter beim erfindungsgemäßen Verfahren vor der positionsmäßigen Festlegung der Führungs­ rohre fest zusammengehalten, wodurch die Einführung von un­ gleichmäßigen Druckbeanspruchungen in den Führungsrohren verhindert wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein zweites Ausführungs­ beispiel der Zusammenbauvorrichtung erläutert. Diejenigen Merkmale, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemeinsam sind, tragen dieselben Bezugszeichen und werden nicht noch­ mals detailliert erläutert.

Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel besteht darin, daß beim zweiten Ausführungs­ beispiel das Brennstabmagazin 20 um einen Winkel von 45° um seine Längsachse gedreht ist und auch die Gitter 4 und die Expander-Aufspannvorrichtung 60 in entsprechender Weise um den selben Winkel gedreht sind.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die mit Stäben 31 arbeitende Ausschiebevorrichtung 30 des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels beim zweiten Ausführungsbeispiel durch eine Rohrantriebseinrichtung 130 ersetzt ist, die längliche fle­ xible Nylon-Rohre 131, die in Richtung der Brennstäbe 6 ver­ längerbar sind; eine Aufnahmewalze 133, die die Rohre 131 auf einer Trommel 132 aufwickelt; einen die Aufnahmewalze 133 drehenden Motor 134; Antriebswalzen 135, die zwischen der Trommel 132 und dem Brennstabmagazin 20 positioniert und so angeordnet sind, daß eine Walze oberhalb und die andere unterhalb des oder der Rohre 131 zum Festklemmen der Rohre 131 zwischen ihnen angeordnet sind, um die Rohre 131 in das Brennstabmagazin 20 zu treiben bzw. zu führen; eine Walzen­ abdeckung 136, die zwischen den Antriebswalzen 135 und der Trommel 132 angeordnet ist; und eine Trägerbasis 137 der Ausschiebevorrichtung 130 aufweist, die vertikal als ganzes beweglich ist.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß beim ersten Aus­ führungsbeispiel die Brennstäbe 6 durch Stützwalzen 50 ge­ stützt werden, bevor sie in die Gitter 4 eintreten, während diese beim zweiten Ausführungsbeispiel durch Führungsplatten 150 (Führungseinrichtungen) mit einer eine zur Aufnahme zweier Lagen von Brennstäben 6 ausreichenden Anzahl von Ker­ ben ersetzt sind. Die Höhe der Führungsplatten 150 wird mit­ tels mit Gewinde versehener Schraubstützen 151 eingestellt.

Darüber hinaus besteht ein Unterschied darin, daß beim ersten Ausführungsbeispiel der Schlüsseleinrichtungs-Manipulator 70 am Seitenbereich der Hebevorrichtung 80 angeordnet ist, wäh­ rend eine Schlüsseleinrichtungs-Manipulatoreinrichtung 170 beim zweiten Ausführungsbeispiel oberhalb des Brennstabmaga­ zins 20 angeordnet ist. Die Schlüsseleinrichtungs-Manipula­ toreinrichtung 170 ist so angeordnet, daß sie das Brennstab­ magazin 20 sattelförmig überspreizt und umfaßt: einen Schen­ kel 171 umgekehrter U-Form, der in Längsrichtung des Brenn­ stabmagazins 20 beweglich ist; einen Tisch 172, der an der oberen Austrittsseite des Schenkels 171 angeordnet und in der X-Y-Richtung (in Fig. 4 dargestellt) beweglich ist; eine an der Austrittsseite des Tischs 172 (rechts in Fig. 4) angeordnete Achse oder Welle 173, die sich in der Längs­ richtung erstreckt und ein um die Wellenachse drehbares Ge­ lenk besitzt; ein Führungsteil 174, das am Ende der Achse oder Welle 173 angeordnet ist und die Feder(n) 10 deakti­ viert, wenn die Schlüsseleinrichtung in die Gitter 4 einge­ führt wird, und die Feder(n) 10 aktiviert, wenn die Schlüs­ seleinrichtung aus den Gittern 4 entfernt wird; und eine nicht gezeigte Schlüsseleinrichtungs-Betätigungseinrichtung für die Einführung und Herausnahme der Schlüsseleinrichtung bzw. Schlüsseleinrichtungen.

Im folgenden wird das unter Einsatz des zweiten Ausführungs­ beispiels der Vorrichtung arbeitende Zusammenbauverfahren erläutert.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel werden die Gitter 4 auf jedem der Stützrahmen 40 angeordnet und die Schlüsselein­ richtungen durch Betätigung der Schlüsseleinrichtungs-Mani­ pulatoreinrichtung 170 in die Gitter 4 eingeführt, um die an jedem Gitter 4 vorgesehenen Federn zu deaktivieren oder zu­ rückzuziehen.

Nachfolgend wird durch Einstellung der Höhe der Stützbasis 137 der Ausschiebevorrichtung 130 die Position des oder der Rohre 131 so eingestellt, daß sie den an der obersten Lage beziehungsweise Ebene (dem Scheitelpunkt der Gitter 4 in Fig. 4) angeordneten Brennstäben 6 entspricht, und es werden lediglich die den Brennstäben 6 entsprechenden Rohre oder Schläuche 131 in der Richtung des Brennstabmagazins 20 ange­ trieben, wodurch die jeweiligen Brennstäbe 6 in Gitterrich­ tung gedrückt werden. Die austretenden Brennstäbe 6 werden unterseitig mittels der Führungsplatte oder Platten 150 ge­ stützt und dann in die Gitter 4 eingeführt. Die verlängerten Rohre oder Schläuche 131 werden auf die Aufnahmewalze 131 zurückgewickelt, um die Rohre oder Schläuche 131 in die an­ fängliche Position zurückzuführen. Nachfolgend wird die Stützbasis 137 auf eine Position abgesenkt, die der nächsten Lage von Brennstäben 6 entspricht, die wie beim vorstehend erläuterten Ablauf ausgeschoben und in die Gitter 4 einge­ führt werden.

Durch Wiederholung des vorstehend beschriebenen Vorgangs für alle Brennstäbe 6 im Brennstabmagazin 20 wird eine Brennele­ mentanordnung gebildet.

Gemäß dem beim zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Zu­ sammenbaugerät ist es aufgrund der Neigung sowohl des Brenn­ stabmagazins als auch der Gitter 4 um 45° möglich, die Schwerkraft des Schlüsseleinrichtungsgewichts beim Schritt der Einführung der Schlüsseleinrichtungen in die Gitter 4 mittels der Schlüsseleinrichtungs-Manipulatoreinrichtung 170 auszunutzen, wodurch der Vorteil erzielt wird, die Schwer­ kraft des Schlüsseleinrichtungsgewichts beim Schritt der Einführung der Schlüsseleinrichtungen in die Gitter 4 mit­ tels der Schlüsseleinrichtungs-Manipulatoreinrichtung 170 auszunutzen, wodurch der Vorteil erzielt wird, daß der Vor­ gang der Einführung der Schlüsseleinrichtungen vereinfacht ist.

Weitere Vorteile sind dieselben wie beim ersten Ausführungs­ beispiel und werden daher nicht wiederholt.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind das Brennstabmagazin 20 und die Gitter 4 um 45° um ihre Längsachse gedreht, wobei aber auch jeder beliebige Winkel im Bereich von nicht weni­ ger als 10° und nicht mehr als 80° wirksam für einen schwer­ kraftunterstützten Betrieb ist. Der am meisten bevorzugte Bereich liegt bei nicht weniger als 40° und nicht mehr als 50° Neigung.

Eine Abänderung des zweiten Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert. Beim zweiten Ausführungs­ beispiel bestehen die Rohre oder Schläuche 131 aus Nylon. Bei der abgeänderten Version sind die Spitzen der Rohre und Schläuche 131 durch Installierung bzw. Vorsehen einer aus Titan bestehenden, frei verlängerbaren äußeren Röhre (bzw. Rohr oder Schlauch) 138, die wie eine ausziehbare oder aus­ fahrbare Antenne geformt ist, und durch Installation eines Anschlags 139 an der Eintrittsseite (links in Fig. 6) des Rohrs 131 geschützt, um ein Driften des Anschlußendes der äußeren Röhre 138 zu verhindern und hierdurch Wechselwirkun­ gen bzw. Störungen zwischen der äußeren Röhre 138 und den Antriebswalzen 135 zu vermeiden.

Gemäß dieser Abänderung des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Deformation des Rohrs oder Schlauchs 131 durch die Verwendung der äußeren Röhre 138 verhindert, wodurch eine zuverlässige Durchführung des Betriebs des Antreibens der Brennstäbe 6 ermöglicht ist.

Vorliegende Erfindung ist nicht durch die vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und es sind auch andere Abänderungen möglich, ohne das Grundkonzept der Er­ findung zu verlassen.

Vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Zusammenbauen einer Brennelementanordnung bereit, die frei von Oberflächenbeschädigungen der Brennstaboberflä­ chen und von durch bleibende Beanspruchungen hervorgerufene Deformationen ist. Derartige Probleme werden durch das her­ kömmliche Verfahren des Einführens der Brennstäbe in die Gitter und die Reihenfolge der Befestigung der Steuerstab- Führungsrohre hervorgerufen. Beim herkömmlichen Verfahren werden zuerst die Führungsrohre an den jeweiligen Gittern befestigt und die Brennstäbe in die Gitter eingeführt, wäh­ rend Halteeinrichtungen (wie etwa eine gegenüber einer an der Gitterwand ausgebildeten Vertiefung wirkende Federkraft) aktiv sind. Beim erfindungsgemäßen Zusammenbauverfahren wer­ den zunächst die Federn deaktiviert und dann die Brennstäbe in die Gitter eingeführt. Sobald die Anordnung stabil ist und alle Brennstäbe sich an Ort und Stelle befinden und fest mit den Gittern verbunden sind, werden die Steuerstab- Führungsrohre in die Gitter eingeführt und fest mit den jeweiligen Gittern verbunden. Durch die Durchführung des Zusammenbauvorgangs in der vorstehend beschriebenen Rei­ henfolge werden geringfügige Verschiebungen der Gitter, die beim herkömmlichen Verfahren beim Fixieren der Rohre an den Gittern auftreten, vermieden. Die erfindungsgemäß herge­ stellte fertige Anordnung ist frei von Oberflächenschäden und die Qualität der Ausrichtung der Anorndung ist insgesamt hervorragend.

Claims (15)

1. Verfahren zum Zusammenbauen einer Brennelement­ anordnung, mit
einer Mehrzahl von Gittern (4) mit einer Vielzahl von Gitterzellen (5) zum festen Halten einer Vielzahl von Brennstäben (6), die jeweils fest in einer Gitterzelle (5) mit vier Wänden (Fig. 10) gehalten werden, wobei jedes Paar einander gegenüberliegender Wände mit einem Paar von betätigbaren Halteeinrichtungen (9, 10) verse­ hen ist, die aus einer Vertiefung oder einem Vorsprung (9) und einer Feder (10), die auf gegenüberliegenden Wänden angeordnet sind, gebildet sind, und
einer Mehrzahl von Hülsen (4a) zum festen Halten einer Vielzahl von Steuerstab-Führungsrohren (3), von denen jedes in einer an einer Gitterzelle angebrachten Hülse festgehalten ist,
gekennzeichnet durch die Schritte:
a) Deaktivieren der an den Gitterzellenwänden gebildeten Federn (10) mittels einer Schlüsseleinrich­ tung (70; 170) für die Betätigung der Halteeinrich­ tungen (8, 10),
b) Einführen zumindest eines Brennstabs (6) in die Gitter (4),
c) Entfernen der Schlüsseleinrichtung unter Aktivierung der beweglichen Federn (10) zur Erzielung eines festen Halts der Brennstäbe (6) in den Gittern (4),
d) Einführen zumindest eines Steuerstab-Führungs­ rohrs (3) in die Gitter (4), und
e) starres Befestigen der Steuerstab-Führungsrohre (3) in den Hülsen (4a) in den Gittern (4).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Brennstäbe (6) gleichzeitig in die Gitter (4) eingeführt werden, wonach mehrere Steuerstab-Führungs­ rohre (3) gleichzeitig in die Gitter (4) eingeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jedes Gitter (4) mit der bzw. zumindest einer Hülse (4a) versehen ist, die sich in Richtung des Steu­ erstab-Führungsrohrs (3) erstreckt, und daß das Füh­ rungsrohr (3) starr an dem Gitter (4) durch Bildung von Ausbauchungen der Hülse (4a) zusammen mit dem Führungs­ rohr (3) befestigt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennelementanordnung um eine parallel zu dem oder den Brennstäben (6) liegende Achse um einen Winkel von nicht weniger als 10° und nicht mehr als 80° gedreht wird.

5. Gerät zum Zusammenbauen einer Brennelementanordnung, die im wesentlichen aus einer Vielzahl von fest in Git­ tern (4) gehaltenen Brennstäben (6) und fest in Gittern (4) gehaltenen Steuerstab-Führungsrohren (3) besteht, mit
a) einem Brennstabmagazin (20), das eine Mehrzahl paralleler Brennstäbe (6) in horizontaler Position vor Einführung in die Anordnung hält,
b) einer an der Eintrittsseite des Brennstab­ magazins (20) angeordneten Antriebseinrichtung (30; 130) zum Vorwärtstreiben der Brennstäbe (6) aus dem Brennstabmagazin und zum Einführen der Brennstäbe in die Gitter (4),
c) einer Mehrzahl von regelmäßig beabstandeten Stützrahmen (40), die an der Austrittsseite des Brennstabmagazins (20) angeordnet sind und Gitter (4) derart halten, daß die Gitterzellen (5) der Gitter (4) dem Brennstabmagazin (20) zugewandt sind,
d) einer Mehrzahl von regelmäßig beabstandeten Füh­ rungseinrichtungen (50; 150), die an der Eintrittsseite der Mehrzahl von regelmäßig beabstandeten Stützrahmen (40) angeordnet sind und eine unterseitige Stützung der aus dem Brennstabmagazin (20) austretenden Brennstäbe (6) zum Vermeiden eines Durchhängens der Brennstäbe (6) bewirken, und
e) einer Expander-Aufspannvorrichtung (60) mit einer Ausbauchungseinrichtung zum Ausbauchen der Steuerstab-Führungsrohre (3).

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrahmen (40) in regelmäßigen Intervallen an der Oberseite einer sich in der Brennstab-Richtung erstrec­ kenden drehenden Basis (81) angeordnet sind, die an ihrer Eintrittsseite mit einer Dreheinrichtung (80) zum Drehen und Halten der drehenden Basis (81) aus einer horizontalen in eine geneigte Position versehen ist.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung eine frei drehbare Walze (50) ist, die quer zur Wanderrichtung der Brennstäbe (6) angeordnet ist und um die Mittelachse der frei drehbaren Walze dreht.

8. Gerät nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungseinrichtung durch eine mit Gewinde versehene Schraubanordnung (52) zur Einstellung der vertikalen Position der Führungseinrichtung gehalten ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus dem Brennstabmagazin (20) austre­ tenden Brennstäbe (6) weiter vorwärts in das oder die Gitter (4) mittels eines Paars von an der Austritts­ seite des Brennstabmagazins (20) vorgesehenen Antriebs­ walzen (91, 92) angetrieben werden.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswalzen eine Mehrzahl von Hauptwalzen (91, 92), die durch eine Antriebseinrichtung angetrieben werden, eine Walzenstütze (93), die die Hauptwalzen frei dreh­ bar trägt, und eine mit Gewinde versehene Schraubstütze (94) aufweist, die einen frei beweglichen vertikalen Halter für einen Walzen-Stützrahmen bildet.

11. Gerät nach einem der Anspüche 5 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Austrittsseite des am weitesten. vom Brennstabmagazin (20) entfernten Stützrahmens (40) eine Anschlagplatte (100) für die Ausrichtung und das Beenden der Vorwärtsbewegung der Brennstäbe (6) ange­ ordnet ist.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagplatte eine Positioniereinrichtung (101) zum Ausrichten der Brennstäbe (6) durch Kontaktierung der austrittsseitigen Endfläche der Brennstäbe (6) und eine Bewegungseinrichtung (102) zum Bewegen der An­ schlagplatte quer zur Brennstabrichtung aufweist.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Mehrzahl von gleitend bewegbaren Röhren (131), eine Aufnahme­ walze (132) zum Wickeln der Röhren und Antriebswalzen (135) aufweist, die die Röhren in das Brennstabmagazin (20) einführen.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Röhre mit einer frei verlängerbaren äußeren Röhre (138) versehen ist, die an die Außenseite der Röhre an­ gepaßt ist.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Röhre eine verlängerbare Röhre des Antennentyps aufweist.