DE60318163T2

DE60318163T2 - Werkzeug zur Erleichterung des Aufsetzens eines Kernbrennstabbündels in den Innenraum einer Kernreaktorspaltzone

Info

Publication number: DE60318163T2
Application number: DE60318163T
Authority: DE
Inventors: Michel 69480 JULLIEN
Original assignee: Areva NP SAS; Reel SAS
Current assignee: Areva NP SAS; Reel SAS
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: AU2003283514A8; ES2297096T3; ATE381763T1; EP1411528A1; FR2845814B1; US20060056568A1; AU2003283514A1; DE60318163D1; CN100345220C; SI1411528T1; FR2845814A1; CN1706003A; WO2004036593A1; EP1411528B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Erleichtern der Einführung oder Einfügung eines Kernbrennstabbündels in einem Reaktorkern eines Kernkraftwerks.
Auf bekannte Weise umfasst der Kern eines Kernkraftwerkreaktors hauptsächlich einen Behälter, in dessen Innerem eine gewisse Anzahl von vertikalen Brennstabbündeln positioniert ist, die nebeneinander auf einem Lager, auch Kernplatte genannt, angeordnet sind.
Diese Brennstabbündel bestehen typischerweise aus einer gewissen Anzahl von Stäben, die durch Zusammenfügen von gesinterten eigentlichen Kernbrennstofftabletten gebildet sind, insbesondere aus Uran- oder Plutoniumoxid, wobei die Stäbe im Inneren eines gemeinsamen Bündels mit Hilfe von Abstandshaltergittern gehalten sind, die auf der Höhe der Bündel verteilt sind.
Diese Bündel umfassen einen oberen Kopf, der das Ergreifen und die Manipulierung des Bündels im Reaktor gestattet, und einen Fuß, der seine Positionierung und seinen Halt auf der Herzplatte gestattet, wobei letztere zu diesem Zweck mit Positionierungsöffnungen oder -zapfen versehen ist, und zwar abgesehen von Öffnungen, die den Umlauf einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, gestatten.
Wenn die auf diese Weise aufgebauten Bündel neu sind, sind sie geradlinig und verursachen deshalb keine besonderen Schwierigkeiten hinsichtlich ihrer Manipulierung oder ihres Einsetzens in die Kernplatte. Nach einer gewissen Bestrahlungsperiode beobachtet man jedoch, dass diese Bündel verschiedene Typen von Verformung aufweisen, wie insbesondere Verwindungen, Verformungen zu einem Kreisbogen oder "Banane", Durchbiegungen, wobei diese Verformungen dazu neigen, mit der Zeit oder mit dem Grad der Bestrahlung zuzunehmen, und zunehmende Schwierigkeiten beim Einsetzen der Bündel in den Kern oder bei ihrer Entnahme aus diesem verursachen.
Angesichts der auf diese Weise erzeugten Verformungen an den Bündeln nach einem oder mehreren Betriebszyklen stellt ihr Wiedereinsetzen an anderen Stellen des Kerns auf Höhe der Kernplatte Probleme, und zwar insbesondere angesichts der Volumensüberschneidungen mit den benachbarten Bündeln.
Parallel hierzu ordnet man zur Homogenisierung der Energiestrahlung in dem Volumen des Kerns die Bündel auf der Kernplatte in Abhängigkeit von ihrem Verbrauchs- oder Bestrahlungsgrad an.
Typischerweise teilt man die Kernplatte in drei Zonen. Man setzt die neuen Elemente an den Umfang, die Elemente, die einen Betriebszyklus mitgemacht haben, in die mittlere Zone und die am stärksten verbrauchten Elemente in das Zentrum des Kerns, und zwar in erster Linie um eine heiße Zone in der Mitte des Reaktors zu vermeiden.
Bei dem periodischen Austausch entnimmt man die verbrauchten Bündel zur Wiederaufbereitung und ersetzt sie durch Bündel, die aus der mittleren Zone kommen. Die aus dieser zweiten Zone entnommenen Bündel werden durch Bündel ersetzt, die von der Peripherie kommen, die durch neue Bündel ersetzt werden.
Diese typische Verteilung kann außerdem modifiziert werden, um insbesondere den Behälter vor zu starker Strahlung zu schützen, die von den neuen Brennstabbündeln kommt. Wie dem auch sei, die Verformungserscheinungen sind immer häufiger und ausgeprägter insbesondere wegen der Verlängerung der Bestrahlungszyklen und der Entwicklung der Methoden zur Herstellung der Bündel.
Wenn früher die Verformungen in Form von Durchbiegung der Mantel erschienen, die die Verformung zu einem Kreisbogen, auch "Banane", mit sich brachte, werden immer häufiger zufällige Verformungen von sehr unterschiedlichen Formen beobachtet.
Es ist leicht zu verstehen, dass wenn die Bewegung und das Einsetzen der ersten Bündel keine Schwierigkeiten bereitet, dagegen das Einsetzen der letzten Brennstabbündel wegen der Verformungen der benachbarten Brennstabbündel, die den oder die Standplätze, die zur Aufnahme der letzten Bündel bestimmt sind, verstopfen können, ernste Schwierigkeiten verursacht.
Bisher arbeitete die Bedienungsmannschaft mit den mit dem Hauptmast der Lademaschine verbundenen Greifer, um zu versuchen, den für das Einsetzen dieser Stabbündel erforderlichen Raum oder Volumen freizulegen.
Diese Operationen erweisen sich jedoch als ganz besonders langwierig und beschwerlich und wirken sich auf der Dauer der Abschaltperioden der Kraftwerke aus und beeinträchtigen damit im starken Maße die Produktivität der Kraftwerke.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug vorzuschlagen, das die Einführung eines Kernbrennstabbündels in einem Reaktorkern erleichtern kann, indem die Freigabe des für das Einsetzen eines Brennstabbündels erforderlichen Volumens bezüglich der auf der Kernplatte bereits an ihrem Platz befindlichen Zwischenbündel bzw. angrenzenden Bündel gewährleistet wird.
Dieses Ziel wird mit einem Werkzeug erreicht, dass die im Anspruch 1 angeführten Merkmale aufweist.
Dieses Werkzeug zum Erleichtern der Einführung von Kernbrennstabbündeln in einem Reaktorkern, wobei diese Bündel prismenförmig und von einem quadratischen Querschnitt sind und auf einer Vielzahl von aneinander grenzenden Standplätzen ebenfalls mit quadratischem Querschnitt positioniert sind, umfassend jeweils einen Positionierungszapfen und Öffnungen für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit und insbesondere Wasser, ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens einer Betätigungseinrichtung besteht, die mit Abstützmitteln versehen ist und die in eingezogener Stellung einen kleineren Platzbedarf als ein Brennstabbündel aufweist, wobei diese Abstützmittel dazu bestimmt sind, an den angrenzenden Brennstabbündeln und/oder an den angrenzenden Gehäusen des Behälters des betreffenden Standplatzes, an dem es eingeführt ist, zu wirken, wobei diese Betätigungseinrichtung mit Greifmitteln versehen ist, die dazu bestimmt sind, mit dem Greifer eines Manipuliermastes zusammenzuwirken, der seine Einführung an dem betreffenden Standplatz gestattet.
Genauer gesagt, die Mittel, mit denen die Betätigungseinrichtung ausgerüstet ist, wirken in einer zur Hauptrichtung des Brennstabbündels senkrechten Ebene, und zwar insbesondere in den vier Richtungen, die zu den Seiten des Quadrats senkrecht sind, das den Querschnitt jedes der Standplätze der Stabbündel definiert, und die gewöhnlich mit Norden, Süden, Osten und Westen bezeichnet werden. Die Wirkung in diesen vier Richtungen kann gleichzeitig sein oder paarweise nacheinander in den Achsen Nord-Süd und Ost-West stattfinden werden.
Diese Mittel können typischerweise aus mechanischen, elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Stellgliedern bestehen. Sie können automatisch betätigt werden oder über ein Steuerpult gesteuert werden, das entweder am Rand des Beckens des Behälters oder auf der Lademaschine angeordnet ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich das Werkzeug über die ganze Höhe des Brennstabbündels und ist auf der Kernplatte positionierbar und auf ihr verankerbar, und zwar insbesondere auf den Positionierungszapfen, mit denen letztere versehen ist.
Auf diese Weise verleiht man dem Werkzeug eine gewisse Starrheit und einen Abstützpunkt, der den Mitteln, mit denen die Betätigungseinrichtung versehen ist, gestattet, wirksamer auf die angrenzenden Brennstabbündel einzuwirken.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt das Werkzeug nur eine Betätigungseinrichtung, die dazu bestimmt ist, nur auf Höhe der Köpfe der Brennstabbündel zu wirken.
Gemäß einer anderen Variante umfasst das Werkzeug mehrere Betätigungseinrichtungen, die auf seiner Höhe verteilt sind, und zwar vorteilhafterweise auf Höhe der Abstandsgitter der Brennstabbündel. Da es jedoch nicht selten ist, dass in ein und demselben Kern Brennstabbündel verschiedenen Ursprungs auftreten, können die Abstandsgitter nicht alle auf derselben Höhe gelegen sein.
Aus diesem Grund ist das Werkzeug vorteilhafterweise mit Kraftverteilungslamellen versehen, d. h. mit vertikalen, ebenen Metallplatten insbesondere aus rostfreiem Stahl, die zu den Seiten der angrenzenden Brennstabbündel parallel sind und sich über die ganze Höhe des Werkzeugs erstrecken. Diese Lamellen sind am Ende der Mittel befestigt, mit denen die Betätigungseinrichtungen versehen sind.
Auf diese Weise ist die von den Betätigungseinrichtungen entwickelte Kraft begrenzt und besser auf der Höhe der angrenzenden Bündel verteilt.
Diese Lamellen können durch jede beliebige geeignete Verstärkungsvorrichtung örtlich verstärkt sein.
Die Art, auf die die Erfindung ausgeführt sein kann und die Vorteile, die sich daraus ergeben, ergeben sich besser aus dem zur Veranschaulichung dienenden nicht begrenzendem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
1 ist eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung dieses Werkzeugs im Längsschnitt.
3 ist eine schematische Darstellung, die im Querschnitt die Positionierung des Werkzeugs in eingezogener Stellung zeigt.
4 ist eine 3 entsprechende Ansicht in teilweise ausgefahrener Stellung.
5 ist eine 3 entsprechende Ansicht in vollständig ausgefahrener Stellung.
Die 1 und 2 zeigen das erfindungsgemäße Werkzeug gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform.
Dieses Werkzeug ist, wie bereits gesagt wurde, dazu bestimmt, entweder durch die Maschine zum Laden der Kernbrennstäbe oder durch ein unabhängiges Werkzeug, das speziell für den Betrieb dieses Werkzeugs dediziert ist, manipuliert zu werden.
Im ersten Fall ist einer der Maste der Maschine für die Manipulierung und die Lagerung des Werkzeugs ausgebildet, das in der Nachladephase ständig in der Maschine bleibt und das nach dem Laden abmontiert und eincontainert werden kann, um transferiert und an anderen Stellen verwendet werden zu können.
Bei der zweiten Alternative sind das Werkzeug und die für seinen Betrieb erforderlichen Elemente in der Nachladephase im Reaktorgebäude auf der Transferseite gelagert. Bei Bedarf wird das Werkzeug mit Hilfe eines Greifers (3) ergriffen, der entweder derjenige der Lademaschine sein kann, der zum Manipulieren des Brennstoffs dient, oder ein Greifer, der mit einem Zusatzmanipuliermittel fest verbunden ist. Dieser Greifer ist am unteren Ende einer Manipulationsrute (2) im Allgemeinen reversibel befestigt.
Dieses Werkzeug umfasst bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verschiedene Betätigungseinrichtungen (7) (8), die auf einer starren Struktur (9) montiert sind, deren Höhe der Höhe eines Brennstabbündels (5) entspricht.
Diese starre Struktur (9) ist an ihrem unteren Ende mit Positionierungszapfen (10) versehen, die dazu bestimmt sind, an den zu diesem Zweck vorgesehenen Öffnungen eingesetzt zu werden, und an jedem der Standplätze von Brennstabbündeln, die in der Kernplatte (1) vorgesehen sind.
Auf diese Weise ist das Werkzeug an beiden Enden, und zwar auf Höhe der Kernplatte und an seinem oberen Ende, durch den Manipuliermast gehalten (über den mit dem Kopf (4) des Werkzeugs reversibel befestigten Greifer (3)), wodurch es ein Bezugssystem in der Ebene (X, Y) erhält, d. h. in der horizontalen Ebene, und außerdem eine höhere mechanische Festigkeit im Rahmen des Betriebs der Betätigungseinrichtungen und damit eine höhere Wirksamkeit.
Das Werkzeug umfasst vorteilhafterweise eine so genannte "Kopf"-Betätigungseinrichtung (7), die dazu bestimmt ist, auf Höhe des Kopfs des oder der angrenzenden Bündel zu wirken. Es umfasst ferner weitere Betätigungseinrichtungen (8), die auf der Höhe der Struktur verteilt sind und vorteilhafterweise auf Höhe der Abstandsgitter (6) dieser angrenzenden Brennstabbündel (5) positioniert sind.
Zur besseren Verteilung der Kraft dieser Betätigungseinrichtungen umfasst die Struktur jedoch ferner Kraftverteilungslamellen (11), die sich über die ganze Höhe der Struktur erstrecken, wie man in den 1 und 2 sehen kann, die an den Betätigungseinrichtungen befestigt sind und zu den Seiten der Bündel oder Gehäuse parallel sind, an denen sie sich abstützen sollen.
Diese Lamellen bestehen typischerweise aus rostfreiem Stahl und sind gegebenenfalls durch innere Verstärkungselemente (nicht dargestellt) verstärkt, um den Kräften besser standzuhalten, denen sie durch die Betätigungseinrichtungen während der Operation ausgesetzt sind.
Die Betätigungseinrichtungen werden im Nachstehenden ausführlicher beschrieben.
Wie man in den 3, 4 und 5 sehen kann, besitzen sie einen horizontalen Ausschlag in den Richtungen, die zu den Seiten der die Brennstabbündel definierenden quadratischen Querschnitte senkrecht sind, in den Richtungen Nord-Süd und Ost-West.
Sie bestehen typischerweise aus elektrischen, pneumatischen, mechanischen oder auch hydraulischen Stellgliedern (15, 16).
Der Hub jeder dieser Mittel beträgt etwa 3 cm, so dass, wenn das Werkzeug in eingezogener Position ist, es relativ leicht in das Innere eines freien Standplatzes von Brennstabbündeln eingeführt werden kann, um seinen Dienst zu erfüllen, und zwar ohne Reibung in Kontakt mit den benachbarten Brennstabbündeln.
So ist das Werkzeug in 3 in vollständig eingezogener Stellung darstellt, und man kann das Spiel erkennen, das die Einführung des Werkzeugs ohne Reibung an den bereits an ihrem Platz befindlichen Bündeln gestattet.
In 4 ist die Betätigungseinrichtung auf zwei entgegengesetzten Seiten ausgefahren dargestellt (15), wobei sie sich einerseits an einem Gehäuse (14) und an dem angrenzenden Bündel (13) abstützt, um das Bündel (13) zurückzudrükken, das eine Verformung aufweist, die die Einführung des Bündels behindert, auf dessen Höhe das Werkzeug eingeführt ist.
Die Betätigungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie eine Kraft von nahe 500 daN entwickeln kann, die ausreicht, um ein angrenzendes Brennstabbündel oder auch eine Gruppe von Bündeln zurückzudrücken, wenn der Platzbedarf auf Höhe des Volumens des Standplatzes, an dem das Werkzeug positioniert ist, sich einerseits aus einem unmittelbar benachbarten Bündel ergeben kann, aber auch aus kumulierten Verformungen an einer Reihe von Bündeln.
Die anzulegenden Kräfte können von verschiedener Stärke sein, und zwar in Abhängigkeit von den Wirkungszonen insbesondere auf Höhe des Kopfes oder auf Höhe der Brennstäbe und von den von den verschiedenen Einrichtungen zugelassenen Kräften.
In 5 ist eine Betätigungseinrichtung dargestellt, die an ihren vier Seiten ausgefahren ist, um das Bündel (12) und das Bündel (13) zurückdrücken zu können.
Im Fall des Einsetzens eines Bündels in einen Standplatz, der nur von drei anderen bereits an ihrem Platz befindlichen Bündeln begrenzt ist, ist die Kraft, die an das Bündel anzulegen ist, dass kein gegenwirkendes Bündel aufweist, proportional zu der Nennkraft, die von der Betätigungseinrichtung entwickelt werden kann, minus dem Reibungskoeffizient dieser Betätigungseinrichtung an den beiden anderen Bündeln.
Man versteht also, dass die Betätigungseinrichtungen unabhängig voneinander mobilisiert werden können, um das Bündel oder die Wand von verformten Bündeln abzurichten.
Wenn die Operation beendet ist, wird das Werkzeug eingezogen, und zu seinem Warteort abgeführt.
Das Brennstabbündel des betreffenden Standplatzes kann nun auf herkömmliche Weise durch die Lademaschine eingeführt werden.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist also deshalb vorteilhaft, weil es auf einfache und schnelle Weise die Freilegung des Standplatzes für ein betreffendes Bündel gestattet.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Werkzeug nur eine Betätigungseinrichtung (7) aufweisen, die nur auf Höhe des Kopfes der Zwischenbrennstabbündel wirkt. Hierbei weist das Werkzeug keine starre Struktur (9) auf und liegt also nicht auf Höhe der Kernplatte (1) auf.

Claims

Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern, wobei diese Brennstabbündel prismenförmig und von einem quadratischen Querschnitt sind und an einer Vielzahl von aneinandergrenzenden Standplätzen ebenfalls mit quadratischem Querschnitt positioniert sind, umfassend jeweils Positionierungszapfen und Öffnungen für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit und insbesondere Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens einer Betätigungseinrichtung besteht, die mit Greifmitteln (4) versehen ist, die dazu bestimmt sind, mit dem Greifer (3) eines Manipuliermastes (2) zusammenzuwirken, der seine Einführung in einen freien Standplatz von Kernbrennstabbündeln im Reaktorkern gestattet, wobei diese Betätigungseinrichtung mit Abstützmitteln (15, 16) versehen ist, die dazu bestimmt sind, an den Zwischenbrennstabbündeln (12, 13) und/oder an den Gehäusen zu wirken, wobei diese Betätigungseinrichtung zwei Stellungen einnehmen kann: • eine eingezogene Stellung, in der die Betätigungseinrichtung kleinere Abmessungen als ein Brennstabbündel aufweist und die dadurch seine Einführung in diesen freien Standplatz gestattet; • eine ausgefahrene Stellung, in der die Mittel (15, 16), mit denen sie versehen ist, sich an den Zwischenbrennstabbündeln (12, 13) und/oder an den Zwischengehäusen (14) des Reaktorbehälters des Standplatzes, in den die Betätigungseinrichtung eingeführt ist, abstützen.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln in einen Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (15, 16), mit denen die Betätigungseinrichtung oder -einrichtungen versehen sind, in einer zur Hauptrichtung des Brennstabbündels senkrechten Ebene und insbesondere in den vier Richtungen wirken, die zu den Seiten des Quadrats senkrecht sind, das den Querschnitt jedes der Standplätze der Brennstabbündel definiert.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkung der Abstützmittel, mit denen die Betätigungseinrichtung oder -einrichtungen versehen sind, gleichzeitig in den vier Richtungen, die zu den Seiten des Quadrats senkrecht sind, das den Querschnitt jedes der Standplätze der Brennstabbündel definiert, oder paarweise nacheinander ausgeübt wird.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (15, 16), mit denen die Betätigungseinrichtung oder -einrichtungen versehen sind, aus mechanischen, elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Stellgliedern bestehen.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder automatisch betätigt werden oder über ein Steuerpult gesteuert werden, das entweder am Rand des Beckens des Behälters oder bei der Lademaschine angeordnet ist.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich über die ganze Höhe des Brennstabbündels erstreckt und auf Höhe der Kernplatte (1) positionierbar und auf deren Höhe verankerbar ist, insbesondere auf Höhe der Positionierungszapfen, mit denen diese versehen ist, und zwar über eine innere Struktur (9).
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Betätigungseinrichtungen umfasst, die auf seiner Höhe verteilt sind und an der inneren Struktur (9) befestigt sind.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass es mit ebenen Kraftverteilungslamellen (11) versehen ist, die parallel zu den Seiten der Zwischenbrennstabbündel montiert sind, sich über die ganze Höhe des Werkzeugs erstrecken, am Ende der Abstützmittel (15, 16), mit denen die Betätigungseinrichtungen versehen sind, befestigt sind und dazu bestimmt sind, sich an den Zwi schenbrennstabbündel oder den Zwischengehäusen abzustützen.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftverteilungslamellen (11) örtlich durch jede beliebige geeignete Verstärkungsvorrichtung verstärkt sind.
Werkzeug zur Erleichterung der Einführung von Kernbrennstabbündeln (5) in einen Reaktorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es nur eine einzige Betätigungseinrichtung umfasst, die dazu bestimmt ist, nur auf Höhe der Köpfe der Zwischenbrennstabbündel zu wirken.