DE69403249T2

DE69403249T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Brennstabpositionen

Info

Publication number: DE69403249T2
Application number: DE69403249T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Yaginuma
Original assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2014-03-11
Also published as: US5430778A; EP0615255B1; DE69403249D1; EP0615255A1; JPH06265685A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Positionen einer Anzahl von in einer Brennstoffanordnung voneinander beabstandeten Brenn(stoff)stäben sowie eine Vorrichtung zur Durchführung solcher Messungen. Technischer Hintergrund Eine herkömmliche Brennstoff(stab)anordnung, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, umfaßt: eine obere Düse (nozzle) 1; eine untere Düse 2, die der oberen Düse 1 mit einem Abstand gegenüberliegt; eine Anzahl von in einem vorbestimmten Abstand oder Zwischenraum zwischen oberer und unterer Düse 1 bzw. 2 angeordneten Tragrosten 3 mit durch Leisten (straps) gebildeten Rostzellen; Kontrollstab-Führungsrohre 4, die durch die Rostzellen hindurch eingesetzt und an den Tragrosten 3 befestigt sind und zu oberer und unterer Düse 1 bzw. 2 führen; sowie eine Anzahl oder Vielzahl von Brennstäben 5, die in die Rostzellen der Tragroste 3 eingesetzt und durch die innerhalb der Tragroste 3 geformten Federn elastisch festgehalten sind. Der Abstand zwischen den Brennstäben 5 bei dieser Brennstoffanordnungsart wird durch Einführen einer Drehnungsmeßstreifensonde zwischen die Brennstäbe 5 gemessen; die Kontakt- oder Berührungskraft an der Sonde wird als Maß für den Abstand herangezogen.
Bei der in Fig. 11 gezeigten herkömmlichen Brennstoffanordnung ist die Größe der Öffnung(en) der Rostzellen für das Einführen oder Einstecken der Brennstäbe 5 die gleiche wie derjenigen für das Einführen der Führungsrohre 4, so daß es möglich ist, die Technik des Einführens der Sonde zwischen die Brennstäbe 5 zwecks Messung ihres Abstands anzuwenden. Bei der anderen, in Fig. 2 dargestellten Brennstoffanordnungsart, bei welcher große Führungsrohre 10 den jeweils vier Brennstäben entsprechenden Raum einnehmen, sind jedoch Bereiche der Brennstäbe vorhanden, wo das Einführen der Drehnungsmeßstreifensonde infolge der Störung durch die Führungsrohre 10 unmöglich wird.
Die EP-A-0 053 066 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Dimensionen bzw. Abmessungen von Brennstäben in einem Reaktor unter Verwendung einer lichtemittierenden Sonde und einer entsprechenden, lichtempfangenden Sonde. Die Sonden sind verstellbar auf gegenüberliegenden Seiten der Stäbe positioniert, und der Lichtstrahl wird zur Lieferung von Daten genutzt, die anschließend zur Bestimmung der Dimensionen der Stäbe ausgewertet werden.
Es ist jedoch anzunehmen, daß die Vorrichtung nach der EP-A-0 053 066 in Brennstoffanordnungen, bei denen die Führungsrohre größere Abmessungen aufweisen als die Brennstäbe, nicht erfolgreich bzw. zufriedenstellend zu arbeiten vermag.

Abriß der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum wirksamen und genauen Bestimmen der Positionen der Brennstäbe in einer Brennstoff(stab)anordnung einer solchen Ausgestaltung, daß ein herkömmliches Dehnungsmeßstreifeninstrument nicht benutzt werden kann, bereitgestellt.
Allgemeine Merkmale eines Verfahrens und einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 2 definiert.
In Zusammenfassung umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte: Bestimmen der Positionen der peripheren bzw. Rand-Brennstäbe an den Umfangsrändern der Brennstoffanordnung von der Außenseite der letzteren her; Einführen von Sensoren in die Zwischenräume zwischen Brennstäben zwecks Messung der Profile der Brennstäbe und Berechnen der Positionen jedes der mehreren Brennstäbe auf der Grundlage der gemessenen Profile der Brennstäbe, der Positionen der Rand-Brennstäbe und des Durchmessers der Brennstäbe
In Zusammenfassung umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung: eine Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit, die so angeordnet ist, daß sie längs der Randbereiche der Brennstoffanordnung und in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Brennstäbe bewegbar ist, zwecks Bestimmung der Positionen der an den Randbereichen der Brennstoffanordnung angeordneten Brennstäbe; eine an der Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit angeordnete Betätigungseinheit zum Bewegen oder Verschieben der Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit; eine Innenbrennstab-Positionsbestimmungseinheit, die angeordnet ist zur Ermöglichung des Einführens und Herausziehens zwischen Brennstäben zwecks Bestimmung der Positionen der im Inneren der Brennstoffanordnung angeordneten Brennstäbe in bezug auf die Positionen der Rand-Brennstäbe; und eine an der Innenbrennstab-Positionsbestimmungseinheit angeordnete Sondenantriebseinheit für Antrieb der Innenbrennstab- Positionsbestimmungseinheit.
Beim Verfahren und bei der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung werden die Messungen der Positionen der peripheren oder Rand-Brennstäbe sowie der Durchmesser der Brennstäbe zur Bestimmung der Positionen der Rand-Brennstäbe herangezogen; die Positionsdaten für die Rand-Brennstäbe und die Profilmessungen der inneren Brennstäbe, die von den durch die Zwischenräume zwischen den Brennstäben eingeführten Sensoren erhalten wurden, kombiniert mit den Durchmesserdaten, werden benutzt, um die Positionen der inneren Brennstäbe aufeinanderfolgend von den Rand-Brennstäben(her)zu berechnen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die wirksame und genaue Bestimmung der Positionen aller Brennstäbe in einer Brennstoffanordnung, in welcher wegen ihrer Konfiguration ein herkömmliches Dehnungsmeßstreifeninstrument nicht benutzt werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Bauteile bei einer Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Beispiel der Vorrichtung zum Messen der Positionen der in den Randbereichen (peripheries) der Brennstoffanordnung angeordneten Rand-Brennstäbe,
Fig. 3 eine Darstellung eines Beispiels von Ausgabedaten von einem Reflexions(typ)-Laserverschiebungsmesser,
Fig. 4 eine Darstellung eines Beispiels der CAD-Daten zur Bestimmung der Positionen der Brennstäbe,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf ein Beispiel der Vorrichtung zum Messen der Profile der Brennstäbe in einer Brennstoffanordnung,
Fig. 6 eine Teilseitenansicht eines Beispiels der Sonde und des Profilmeßsensors,
Fig. 7 eine Ansicht der Spitze der Sonde im Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,
Fig. 8 eine Darstellung eines Beispiels der Ausgabedaten von dem am einen Seitenbereich der Sonde angeordneten Sensor,
Fig. 9 eine Darstellung eines Beispiels der Ausgabedaten von dem am anderen Seitenbereich der Sonde angeordneten Sensor,
Fig. 10 ein Beispiel der Positionsbestimmungsdaten für die Brennstäbe im Inneren der Brennstoffanordnung und
Fig. 11 eine schematische Seitenansicht einer herkömmlichen Brennstoffanordnung.

Bevorzugte Ausführungsform

Im folgenden ist eine Ausführungsform dieser Erfindung anhand der Zeichnungen nach den Fig. 1 bis 10 beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm bzw. -schaltbild der wesentlichen Bauteile bei einer Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel einer Vorrichtung zum Messen der Positionen von in den Randbereichen der Brennstoffanordnung angeordneten Brennstäben. In diesen Zeichnungen ist mit der Bezugsziffer 20 (je) ein Reflexions- Laserverschiebungsmesser bezeichnet, die jeweils an den vier Randbereichen der Brennstoffanordnung angeordnet und in einer Ebene senkrecht zur Achse des Brennstabs 5 und längs jedes Randbereichs der Brennstoffanordnung bewegbar bzw. verschiebbar sind. Diese Reflexions-Laserverschiebungsmesser 20 werden als die Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit bezeichnet. Der Reflexions-Laserverschiebungsmesser 20 steht mit einer Kugelschneckenspindel 22 einer Sondenbetätigungsvorrichtung (Betatigungseinheit) 21 in Eingriff und wird durch einen Leitmechanismus getragen und geführt. Die Kugelschnecken spindel 22 wird durch einen Motor (Antriebseinheit) 23, der durch die Steuersignale von der Steuervorrichtung 40 angesteuert (regulated) wird, um die (Achse der) Spindel 22 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung angetrieben. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann der Verschiebungsmesser 20 längs der Kugeischneckenspindel 22 nach Maßgabe der Steuersignale von der Steuervorrichtung 40 über eine gegebene bestimmte Strecke vers choben werden.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen ein Beispiel der Vorrichtung zum Messen der Profile der Brennstäbe 5 der Brennstoffanordnung. Mit der Bezugsziffer 30 ist ein Kapazitäts(typ)-Sensor bezeichnet, der am Spitzen- bzw. Vorderende der eine Brennstabprofilmeßeinheit 34 bildenden Sonde 31 (Fig. 6) montiert ist. Dieser Sensor 30 ist an beiden Seiten der vorlaufenden Spitze (leading tip) jeder plattenförmigen Sonde 31 gemäß Fig. 7 angebracht, welche Figur auch zeigt, daß die vorlaufende Spitze der Sonde 31 zum Vorderende hin scharf (zulaufend) geformt ist. Das Basisende der Sonde 31 ist am Sondentragglied 32 eines in Fig. 5 gezeigten Sondenantriebsmechanismus (Sondenantriebseinheit) 33 angebracht. Das Sondentragglied 32 ist so angeordnet, daß es auf die vier Randbereiche (peripheries) der Brennstoffanordnung (d.h. die vier Seitenflächen der Brennstoffanordnung, in deren Querschnitt gesehen) hin und von ihnen hinweg bewegbar bzw. verschiebbar ist. Aufgrund der Ausgestaltung des Sondenantriebsmechanismus 33 können die Sonden 31 von der Außenseite der Brennstoffanordnung her in die Zwischenräume zwischen den Brennstäben 5 eingeführt werden. Diese Orientierung der Sonden 31 ist derart, daß die Sensoren 30 den Randbereichen der Brennstoffanordnung gegenüberliegend angeordnet sind. Die mehreren am Sondenantriebsmechanismus 33 angeordneten Sonden 31 besitzen je nach der Stelle des Einführens der Sonde 31 in das Innere der Brennstoffanordnung verschiedene Längen. Dies soll anhand der Fig. 5 näher erläutert werden. Wenn sich in der Bahn einer Sonde 31 ein Führungsrohr 10 befinden sollte, wird diese Sonde 31 kurz ausgebildet, so daß sie(nur)über eine Strecke bis kurz vor dem Führungsrohr 10 reicht. Wenn kein ein Hindernis darstellendes Führungsrohr 10 vorhanden ist, wird oder ist die Sonde 31 lang ausgebildet, so daß sie an der Anzahl von Brennstäben 5 vorbei in das Innere der Brennstoffanordnung eingeführt werden kann. Wenn die Sonde 31 so plaziert ist, daß sie an allen Brennstäben 5 vorbei in das Innere der Brennstoffanordnung einführbar ist, brauchen die Sonden 31 nur an einem der gegenüberliegenden Sondentragglieder 32 vorgesehen zu sein. Mit anderen Worten: das andere Sondentragglied 32 braucht die Sonden 31 nicht aufzuweisen, um damit eine störung oder Behinderung zwischen den gegenüberliegenden Sonden zu vermeiden. Die Sensoren 30 werden durch den mittels der Steuervorrichtung 40 regulierten bzw. angesteuerten Sondenantriebsmechanismus 33 betätigt. Bei ihrer Bewegung in das Innere der Brennstoffanordnung messen die Sensoren 30 die Profile der an beiden Seiten der Sonde 31 angeordneten Brennstäbe 5, und sie übertragen die Meßdaten aufeinanderfolgend zur Steuervorrichtung 40, während sie an jedem der Brennstäbe 5 vorbeilaufen.
Im folgenden ist anhand von Fig. 2 ein Verfahren zum Messen der Positionen der Brennstäbe mittels der Positionsmeßvorrichtung mit der beschriebenen Ausgestaltung erläutert. Zunächst wird der Motor 23 der Sondenbetätigungsvorrichtung 21 in Betrieb gesetzt, um Positionsdaten für jeden Brennstab 5 zu gewinnen, während der Reflexions-Laserverschiebungsmesser 20 längs jedes der Randbereiche der Brennstoffanordnung bewegt wird. Die Meßdaten (vgl. Fig. 3) werden zur Steuervorrichtung 40 übertragen. Auf der Grundlage der Meßdaten in Verbindung mit den Voreingabedaten für den Durchmesser des Brennstabs 5 bestimmt die Steuervorrichtung die Positionen jedes der längs der vier Randbereiche der Anordnung angeordneten peripheren oder Rand-Brennstäbe 5, und sie bereitet CAD-(rechnergestützte Zeichnungs-)Daten für Speicherung darin vor.
Sodann wird gemäß Fig. 5 das Sondentragglied 32 des Sondenantriebsmechanismus 33 nahe an die an den vier Rändern der Brennstoffanordnung befindlichen Brennstäbe 5 herangeführt; die Sensoren 30 werden in die Zwischenräume zwischen den Brennstäben 5 eingeführt, um die Profile der auf beiden Seiten der Sonde 31 befindlichen Brennstäbe 5 zu messen. Das Einführen wird bis zu einer größten zulässigen Strecke fortgeführt. An jeder Meßstelle werden durch den Sensor 30 gewonnene Profildaten, wie sie in den Fig. 8 und 9 dargestellt sind, zur Steuervorrichtung 40 übertragen. Auf der Grundlage der durch die Sensoren 30 gewonnenen gemessenen Profildaten bzw. Profilmeßdaten zusammen mit den CAD-Daten und dem Durchmesser des Brennstabs 5 bestimmt die Steuervorrichtung 40 die Positionen jedes der Brennstäbe 5 fortlaufend von den in den Randbereichen der Brennstoffanordnung angeordneten Rand-Brennstäben 5. Ein Beispiel dieses Bestimmungsprozesses ist in Fig. 10 dargestellt. Mit anderen Worten: anhand der Bezugspositionsdaten für die Rand- Brennstäbe 5 (d.h. der abgespeicherten CAD-Daten) werden die Positionen der inneren Brennstäbe 5 auf der Grundlage der Profildaten und des voreingegebenen Durchmessers der Brennstäbe 5 deduziert bzw. abgeleitet. Wenn diese Bestimmung der Positionen aller Brennstäbe 5 abgeschlossen ist, werden die Abstände zwischen den Brennstäben 5 berechnet.
Beim beschriebenen Verfahren reicht eine Profildaten einheit aus, um die Positionen der inneren Brennstäbe 5 zu bestimmen. Zur Minimierung der Fehler in den Messungen der Abstände zwischen den Stäben wird jedoch bevorzugt das Profil an mehreren Stellen um einen Brennstab 5 herum gemessen.
Aus obigen Ausführungen ergibt sich folgendes: Auch wenn es aufgrund des Vorhandenseins der Führungsrohre 10 unmöglich ist, die herkömmliche Dehnungsmeßstreifensonde in die Brennstoffanordnung einzuführen, um die Abstände zwischen den inneren Brennstäben 5 zu messen, ermöglichen es das Verfahren und die Vorrichtung nach obiger Ausführungsform einer Person, die Messung der Abstände zwischen den inneren Brennstäben 5 zügig und genau durchzuführen. Die Vorrichtung ermöglicht nicht nur die Bestimmung der Abstände zwischen den Stäben, sondern auch die Bestimmung der Lagenbeziehungen zwischen den Stäben.
Bei der obigen Ausführungsform wurde zudem die Brennstoffanordnung mit Führungsrohren 10 eines großen Durchmessers als Beispiel herangezogen. Das Verfahren und die Vorrichtung sind jedoch auch auf die herkömmliche Art der Anordnung, z.B. die in Fig. 11 gezeigte, anwendbar.

Claims

10 1. Verfahren zum Messen der Positionen von in einer Brennstoff (stab) anordnung untergebrachten Brennstäben (5), umfassend: eine obere Düse (nozzle) (1); eine untere Düse (2); eine Anzahl von in einem vorbestimmten Abstand bzw. Zwischenraum zwischen oberer und unterer Düse (1 bzw. 2) angeordneten Tragrosten (3) mit durch einander schneidende Streifen oder Leisten definierten Rostzellen; eine Anzahl von großen Führungsrohren (10), die in die Rostzellen eingeführt und an den Tragrosten (3) angebracht sind und zu oberer Düse (1) und unterer Düse (2) führen; und eine Anzahl von in die Rostzellen eingesetzten Brennstäben (5); welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Bestimmen der Positionen der an den Randbereichen (peripheries) der Brennstoffanordnung angeordneten peripheren oder Rand-Brennstäbe (5) von der Außenseite der Brennstoffanordnung her und Übertragen der Ergebnisse zu einer Steuervorrichtung (40), die Daten für Speicherung darin vorbereitet;

(b) Einführen einer Brennstab-Profilmeßeinheit (34) in die Zwischenräume zwischen Brennstäben (5) zwecks Messung der Profile der Brennstäbe, wobei die (betreffenden) Daten zur Steuervorrichtung (40) übertragen werden; (und)

(c) mit Hilfe der Steuervorrichtung (40) erfolgendes Berechnen der Positionen jedes der mehreren Brennstäbe (5) auf der Grundlage der Profile der Brennstäbe (5), der Positionen der Rand-Brennstäbe (5) und eines Durchmessers der Brennstäbe

2. Vorrichtung zum Messen der Positionen von in einer Brennstoff (stab) anordnung untergebrachten Brennstäben (5), umfassend: eine obere Düse (nozzle) (1); eine untere Düse (2); eine Anzahl von in einem vorbestimmten Abstand bzw. Zwischenraum zwischen oberer und unterer Düse (1 bzw. 2) angeordneten Tragrosten (3) mit durch einander schneidende Streifen oder Leisten definierten Rostzellen; eine Anzahl von Führungsrohren (10), die in die Rostzellen eingeführt und an den Tragrosten (3) angebracht sind und zu oberer Düse (1) und unterer Düse (2) führen; und eine Anzahl von in die Rostzellen eingesetzten Brennstäben (5); welche Vorrichtung umfaßt:

(a) eine Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit (20), die längs der Randbereiche der Brennstoffanordnung und in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Brennstäbe (5) bewegbar angeordnet ist und zum Bestimmen der Positionen der an den Randbereichen der Brennstoffanordnung angeordneten Brennstäbe (5) dient;

(b) eine an der Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit (20) angeordnete Betätigungseinheit (21) zum Verschieben der Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit (20);

(c) eine herausnehmbar zwischen Brennstäbe (5) einführbare Brennstab-Profilmeßeinheit (34) zum Messen der Profile der Brennstäbe (5);

(d) eine an der Brennstab-Profilmeßeinheit (34) angeordnete Antriebseinheit (33) zum Antreiben der Brennstab-Profilmeßeinheit (34); (und)

(e) eine Steuervorrichtung (40), welche Voreingabedaten für einen Brennstabdurchmesser sowie Meßdaten von der Randbrenn stab-Positionsbestimmungseinheit (20), der Betätigungseinheit (21), der Brennstab-Profilmeßeinheit (34) sowie der Antriebseinheit (33) abzunehmen vermag zwecks Berechnung der Positionen der mehreren Brennstäbe (5) in bezug auf die Positionen der Rand-Brennstäbe.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit (20) einen Reflexions(typ)- Laserverschiebungsmesser umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sonden-Betatigungseinheit (21) eine mit der Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit (20) in Eingriff stehende Kugelschneckenspindel (22) und eine Antriebsvorrichtung (23) zum Bewegen der Kugelschneckenspindel (22) in den Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Innenbrennstab-Profilmeßeinheit (34) eine in die Zwischenräume zwischen den Brennstäben (5) einführbare Sonde (31) und einen an der Sonde für Einführung in die Zwischenräume zwischen den Brennstäben (5) gehalterten Kapazitäts(typ)-Sensor (30) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Brennstoffanordnung, in einem Querschnitt unter einem rechten Winkel zur Achse der Brennstäbe gesehen, rechteckig geformt ist und vier Seitenflächen aufweist und die Randbrennstab-Positionsbestimmungseinheit (20) jeder der vier Seitenflächen gegenüberliegend angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Brennstoffanordnung, in einem Querschnitt unter einem rechten Winkel zur Achse der Brennstäbe gesehen, rechteckig geformt ist und vier Seitenflächen aufweist und die Innenbrennstab-Profilmeßeinheit (34) mindestens zwei Seitenflächen gegenüberliegend vorgesehen ist und in das Innere der Brennstoffanordnung einführbare Sonden (31) sowie(je)einen an jeder der Sonden (31) gehalterten Sensor (30) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Sonde (31) den vier Randbereichen gegenüberliegend angeordnet ist und der Sensor (30) an jeder der Sonden (31) gehaltert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Sensor (30) ein Kapazitäts(typ)-Sensor ist.