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Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zum Messen
der Kraft zum Ziel, die von einer Halte-Gitterfeder auf
einen Brennstab ausgeübt wird, der sich quer durch dieses
Gitter erstreckt.
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Die Brennelementbündel, die in wassergekühlten und
-moderierten Kernreaktoren benutzt werden, weisen Haltegitter
für Brennstäbe auf, die dazu bestimmt sind, sie an den
Knoten eines regelmäßigen Reaktorgitters abzustützten und/oder
zu halten. Oft ist das Gitter aus zwei Sätzen von Plättchen
gebildet, die einander überkreuzen und
Brennstab-Aufnahmezellen bilden. Von zwei einander gegenüberliegenden Wänden
ein und derselben Zelle weist die eine starre Höcker zur
Anlage des Brennstabs und die andere eine Feder auf, die
oft in Form einer Haarnadel vorliegt, rittlings auf einem
Plättchen angeordnet ist und dazu bestimmt ist, den
Brennstab gegen die Höcker anzudrücken. Die Federn können
einfach sein, d.h. nur einen einzigen elastischen Arm haben,
der auf einen Brennstab einwirkt; sie können aber auch
doppelt sein, d.h. sie können zwei Arme haben, von denen jeder
auf einen Brennstab einwirkt, der auf einer Seite des
Plättchens angeordnet ist, das die Feder trägt.
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Es ist wesentlich, daß die Kräfte, die von den Federn auf
die Brennstäbe ausgeübt werden, nicht zu sehr von einem
Nennwert abweichen. Man hat schon verschiedene
Meßvorrichtungen für die Kraft vorgeschlagen, die von einer einfachen
oder doppelten Feder ausgeübt wird und es gestattet, zu
bestätigen, daß die Kraft, die von jeder Feder eines Gitters
ausgeübt wird, innerhalb eines Bereichs vorbestimmter Werte
vorliegt, bevor man das Gitter in ein Brennelementbündel
einbaut.
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Das Dokument EP-A-0 501 663 beschreibt beispielsweise eine
Vorrichtung, die es gestattet, die Kraft zu messen, die von
einer Doppelfeder ausgeübt wird; diese Vorrichtung weist
einen Meßstab auf, der dazu bestimmt ist, gewaltsam in eine
Zelle eingeführt zu werden, wobei ein Fühler zum übertragen
der Kraft getragen wird, die von einer Feder ausgeübt wird.
Der Meßstab ist an einem Zentrierstück befestigt, das
vorgesehen ist, um in die Zelle eingeführt zu werden, die der
benachbart ist, in welcher die Messung durchgeführt wird,
und dort die Doppelfeder zu halten. Das gewaltsame
Einführen des Meßstabes und des Zentrierstücks birgt die Gefahr
in sich, die Feder zu beschädigen.
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Das Dokument DE-A-3 242 407 beschreibt eine andere
Meßvorrichtung, die einen Meßstab mit einem Durchmesser aufweist,
der im wesentlichen gleich ist dem eines Brennstabes. Eine
Bohrung ist in den Meßstab quer zu seiner Achse an einer
Stelle eingebracht, die dem Auflagepunkt der Feder
gegenüberliegt, wenn der Meßstab eingeführt ist. Sie enthält
einen Kolben, dessen Außenfläche ein Meßelement trägt. Um die
Kraft einer Feder zu messen, führt man den Meßstab ein und
übt auf den Kolben einen hydraulischen Druck aus, der ihn
in eine vorbestimmte solche Lage verbringt, daß die Breite
des Meßstabs auf der Höhe des Anlagepunkts der Feder gleich
ist dem Nenndurchmesser eines Brennstabes. Wenn man davon
ausgeht, daß der Kolben kaum über den Meßstab hinauslaufen
kann, ist es nicht möglich, vollständig die Reibungen
während des Einführens und des Heraushebens des Meßstabes
verschwinden zu lassen.
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Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab,
eine Meßvorrichtung für die Kraft bereitzustellen, die von
einer Gitterfeder auf einen Brennstab ausgeübt wird, mit
einem besseren Ansprechverhalten gegenüber den Zwängen der
Praxis als bei den schon bekannten. Sie zielt insbesondere
darauf ab, die Reibungskräfte zu verringern, die auf die
Feder ausgeübt werden, deren Eigenschaften im Verlauf der
Benutzung der Vorrichtung zu messen sind.
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Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung in erster Linie eine
Meßvorrichtung vor, die die folgenden Merkmale aufweist:
einen länglichen Körper, der durch zwei bewegliche Zungen,
die zur Richtung der Längenerstreckung parallel sind, mit
zwei jeweiligen Trägern verbunden sind, die dazu bestimmt
sind, sich in eine Zelle zu erstrecken, wobei mindestens
einer der Träger einen Kraftmeßfühler trägt, der dazu
bestimmt ist, sich gegen die Feder anzulegen; eine
Einrichtung, die im Körper längs dessen zwischen einer Lage, in
der sie die Träger unter Aufrechterhaltung ihrer
Parallelität auseinanderbewegt und ihnen einen Abstand verleiht, der
dem Nenndurchmesser eines Brennstabs entspricht, und in
einer Lage verschieblich ist, in der sie es den flexiblen
Zungen gestattet, die Träger aneinander anzunähern; und
Mittel, die es gestatten, wahlweise die bewegliche
Einrichtung zwischen den beiden Lagen zu versetzen.
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Die Mittel zum Versetzen der beweglichen Einrichtung können
handbetätigt sein; sie werden jedoch öfter kraftgetrieben
sein. Sie können insbesondere durch ein
Druckströmungsmittel betätigt sein.
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Die bewegliche Einrichtung kann auch ihrerseits
verschiedene Ausbildungen aufweisen. Man kann darunter insbesondere
ein Glied verstehen, das in Längsrichtung durch die
Versetzungsmittel versetzbar ist und mit den Trägern durch Arme
derart verbunden ist, daß ein verformbares Parallelogramm
gebildet ist, das die Arme zwingt, ihrerseits im Verlauf
ihrer Abweichung und ihrer Rückstellung parallel zu
bleiben.
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In einer anderen Ausführungsform trägt die bewegliche
Vorrichtung mindestens zwei Sätze von Rampen, die mit
Anlagemitteln
zusammenwirken, die auf den Trägern vorgesehen sind
und Nocken bilden.
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Gleichgültig, wie die herangezogene Ausführungsform auch
sein mag, die Tatsache, daß die Anlageflächen der Träger
ihrerseits parallel bleiben, garantiert eine gute Berührung
zwischen einem Kraftfühler, der von mindestens einem der
Träger getragen ist, und der Feder, deren Kraft zu messen
ist.
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Die Vorrichtung kann eine Doppelvorrichtung sein, d.h., sie
kann zwei Sätze von Trägern aufweisen, um derart eine
Messung an Doppelfedern zu gestatten.
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Die Erfindung wird aufgrund der Lektüre der nachfolgenden
Beschreibung spezieller Ausführungsformen noch besser
verstanden, die beispielsweise und nicht einschränkend
vorgetragen werden. Die Beschreibung bezieht sich auf die
beigefügten Zeichnungen, in welchen:
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- Fig. 1 schematisch ein Bruchstück eines
Brennstabbündelgitters zeigt, das Federn aufweist, deren Druckkraft auf
einen Brennstab zu messen ist;
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- Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung im
Schnitt längs einer Ebene zeigt, die durch ihre Achse
hindurchläuft;
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- Fig. 3 eine Ansicht der Vorrichtung im Schnitt längs
der Linie III-III der Fig. 2 ist;
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- Fig. 4 ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3
ist;
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- Fig. 5 ähnlich zur Fig. 2 eine andere Ausführungsform
zeigt;
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- Fig. 6 ähnlich zur Fig. 2 eine Vorrichtung zur
gleichzeitigen Messung in zwei Zellen zeigt; und
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- Fig. 7 eine schematische Draufsicht ist, die dazu
bestimmt ist, den Vorteil einer Doppelvorrichtung derart, die
in Fig. 6 gezeigt ist, ersichtlich zu machen.
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Die Erfindung wird in ihrer Anwendung bei der Messung der
Druckkraft beschrieben, die durch Gitterfedern zum Halten
von Brennstäben an den Knoten eines quadratischen
Reaktorgitters ausgeübt wird. Wie dies Fig. 1 zeigt, kann ein
solches Gitter 10 von zwei Sätzen überkreuzter Plättchen 11
gebildet sein, die aus Halbplatten bzw. Halbeisen (
mifer) zusammengebaut sind. Die einmal in Eingriff gebrachten
Plättchen werden dann beispielsweise durch Eindrückungen 13
und Schweißpunkte 12 an den Kreuzungsstellen an Ort und
Stelle gehalten. Die überkreuzten Plättchen umgrenzen
Zellen, die zum größten Teil von Brennstäben (nicht
dargestellt) und von denen bestimmte von Durchführungsrohren
eingenommen werden, die auf dem Skelett des
Brennstabbündels erscheinen.
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Jede der Zellen, die einen Brennstab aufnimmt, weist Mittel
zum Halten dieser Brennstäbe in den beiden rechtwinkligen
Richtungen auf. Im allgemeinen weisen diese Mittel für jede
Richtung starre Anlageelemente auf der einen Wand der Zelle
auf. Im dargestellten Fall sind diese Anlageelemente von
Höckern 16 gebildet, die am oberen Abschnitt und am unteren
Abschnitt der Wand angeordnet sind. Die Haltemittel weisen
außerdem eine Feder 15 auf, die den Höckern
gegenüberliegend angeordnet ist und dazu bestimmt ist, auf den
Brennstab eine bestimmte Kraft zur Anlage auf dem Höcker
auszuüben. Diese Kraft kann ausreichend erhöht sein, um die
Schwingung der Brennstäbe zu vermeiden, aber ausreichend
gering, damit der Brennstab im Fall der Wärmedehnung dieses
letztgenannten gleiten kann.
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Die Feder 15, die in Fig. 1 dargestellt ist, weist zwei
"aktive" Arme auf, d.h., jeder ist dafür vorgesehen, eine
Haltekraft auf einen Brennstab auszuüben. Die Feder kann
aber auch nur einen einzigen aktiven Arm aufweisen, wenn
sie beispielsweise auf einer Wand angebracht ist, die eine
von einem Brennstab eingenommene Zelle von einer Zelle
trennt,die dazu bestimmt ist, von beispielsweise einem
Führungsrohr durchlaufen zu werden, wie dies Fig. 2 zeigt. In
allen diesen Fällen wird jeder Brennstab an drei Punkten in
der einen Richtung und in der senkrechten Richtung auch an
drei Punkten gehalten.
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Die bisher dargestellte Anordnung ist herkömmlich. Man
könnte beispielsweise von dieser Ausführungsbeispiele in
den Dokumenten EP-A-280 595 und US-A-5 091 145 finden.
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Die schematisch in ausgezogenen Linien in den Figuren 2 bis
4 gezeigte Vorrichtung ist dazu bestimmt, die Druckkraft zu
messen, die von einer einfachen Feder 15 ausgeübt wird. Sie
bietet sich dar in der Form eines länglichen, insgesamt
zylinderförmigen Gehäuses 20, das durch zwei flexible Zungen
22 mit zwei jeweiligen Trägern 24 verbunden ist, die eine
Außenoberfläche aufweisen, die im wesentlichen einen
Bruchteil der Oberfläche eines Brennstabes wiedergibt. Die
Träger weisen eine Länge auf, die mindestens gleich ist dem
Abstand, der die beiden Anlagehöcker einer Zelle trennt. Um
ein genaues Einsetzen der Träger in das Gitter zu
garantieren, ist das Gehäuse vorteilhafterweise an einer
Positionierhaube 26 befestigt, die dazu bestimmt ist, sich gegen
eine große Fläche des Gitters anzulegen.
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Eine Einrichtung, die in Längsrichtung des Gehäuses
beweglich ist, gestattet es, die Träger zueinander zwischen der
Lage, in der sie in ausgezogenen Linien in Fig. 2
dargestellt sind, und der Lage, die strichpunktiert dargestellt
ist, zu versetzten. Diese bewegliche Einrichtung ist derart
vorgesehen, daß sie die Parallelität der Träger im Verlauf
dieser Verlagerung aufrechterhält. In dem in den Figuren 2
und 3 dargestellten Fall wird die bewegliche Einrichtung
durch Strömungsmitteldruckmittel betätigt. In einer
vereinfachten Ausführungsform können diese Mittel handbetätigt
sein.
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Die dargestellte Druckströmungsmitteleinrichtung weist
einen Kolben 30 auf, der in einer Bohrung 32 angebracht ist,
die in das Gehäuse eingebracht ist. Der Kolben 30 ist der
Wirkung einer Rückstellfeder 34 ausgesetzt, die danach
trachtet, ihn in Anlage gegen den Boden 35 zu verbringen.
Die Stange 28 des Kolbens ist durch eine Achse 38 an ein
Verbindungsglied 36 angebracht, das sich zwischen den
Zungen 22 erstreckt. Das Verbinäungsglied 36 ist gelenkig mit
einem Schieber 40 verbunden, der mit jedem Träger 24 durch
einen Satz von Armen 42 oder 44 verbunden ist, die ein
verformbares Parallelogramm bilden. In dem in den Figuren 2
und 3 dargestelllen Fall sind die Arme auf dem Schieber 40
durch Achsen 46 angebracht, die auch in seitliche Flansche
48 eingreifen. Die beiden Flansche sind mit Schrauben 50
aneinander befestigt. Zapfen 52 können die gegenseitige
Festlegung der Flansche 48 vervollständigen.
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Wenn sich der Kolben 30 in Anlage gegen den Boden der
Bohrung befindet, in der er sich verlagert, nehmen die beiden
Arme 42 die Träger nach innen mit und verleihen ihnen eine
solche räumliche Abmessung, daß die Träger ohne Reibung in
eine Zelle eingeführt werden können. Wenn ein
Strömungsmitteldruck gegen den Kolben aufgebracht wird, beispielsweise
mittels eines Endstutzens 53, bewegt sich die bewegliche
Einrichtung nach unten und verformt das Parallelogramm in
einer Richtung, die die Träger 24 voneinander abspreizt.
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Die den Trägern durch den Kolben verliehene Abspreizung muß
der Abmessung eines Brennstabes entsprechen. Die
Vorrichtung, die beispielsweise in den Figuren 2 und 3 gezeigt
ist, weist Mittel zum Regulieren auf, die es gestatten,
dieses Ergebnis zu erzielen. Die Mittel zum Regulieren
weisen eine Gleithülse 54 auf, die auf einem Teilstück des
Verbindungsglieds 36 mit kleinem Durchmesser verschoben
werden kann und die Amplitude d der möglichen Versetzung
des Kolbens, von seiner Ruhelage ausgehend, festlegt. Die
Längslage der Gleithülse 54, die den Druck der
Rückstellfeder 34 aufnimmt, ist durch einen Keil 56 festgelegt, der in
Querrichtung zur Stange 36 mit Hilfe einer Regulierschraube
58 einstellbar ist, die das Gehäuse durchquert und mit
Hilfe einer Mutter 60 blockiert werden kann.
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Das Gehäuse 20 wird im allgemeinen aus mehreren Teilen
zusammengebaut, die im Fall der Figuren 2 und 3 einen
Aufnahmezylinder für den Kolben und ein Unterteil aufweisen, die
aneinander durch Schrauben 61 befestigt sind. Diese
Schrauben können auch die Haube 26 befestigen, die einen Anschlag
bildet und auf dem Unterteil durch Stücke 63 positioniert
ist.
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Der Träger 24, der dazu bestimmt ist, in Berührung mit der
Feder 15 zu gelangen, trägt ein Meßelement 62, wie etwa
eine piezoelektrische Meßeinrichtung oder eine
Spannungsmeßeinrichtung, die durch nicht dargestellte Schrauben mit
einem Verbinder 64 zur Verbindung mit einem Ausgangskabel
66 verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt sich unmittelbar
aus der vorangehenden Beschreibung. Die Vorrichtung wird in
einer zweckmäßigen Ausrichtung in eine Zelle eingedrückt,
die mit einer Feder ausgestattet ist, deren Kraft dann zu
messen ist, wenn der Kolben nicht mehr einer
Strömungsmittelkraft ausgesetzt ist. Wenn sich die Träger nahe
aneinander
befinden, läuft die Einführung ohne spürbare Reibung
ab. Die Haube 26 weist eine solche Länge auf, daß das
Meßelement 62 dem am weitesten überstehenden Abschnitt der
Feder 15 gegenüberliegt, wenn die Distanzhülse in Berührung
mit der großen Fläche des Gitters steht. Man beschichtet
nun den Endstutzen 53, was die Abwärtsbewegung der Stange
28 hervorruft, bis eine Schulter, die sie trägt, in Anlage
gegen die Gleitbuchse 54 gelangt, die derart eingestellt
ist, daß die Auseinanderspreizung der Träger gleich ist dem
Durchmesser eines Meßstabes. Die Messung wird bewirkt. Der
Endstutzen 53 wird an einen Ablauf angelegt und die
Vorrichtung wird zurückgezogen.
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Wenn die Vorrichtung dazu bestimmt ist, die Kraft zu
messen, die von einer Feder ausgeübt wird, die zwei aktive
Arme aufweist, wie die, die in Fig. 1, und gestrichelt in
Fig. 2 dargestellt ist, dann werden zwei Gruppen aus Zunge
22 und Träger 24 vorgesehen) sein, die gleichzeitig durch
dieselben Mittel zum Auseinanderspreizen betätigt werden,
wie dies strichpunktiert in Fig. 2 angegeben ist.
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Versuche, die mit einer Vorrichtung der obigen Art
vorgenommen wurden, haben gezeigt, daß die Gruppe von
Tätigkeiten, die für die Messung der Kraft der Federn eines
vollständigen Gitters erforderlich ist, nicht mehr als eine
halbe Stunde im Fall eines Gitters erfordert, das 472
Messungen verlangt.
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In der Ausführungsvariante, die in Fig. 5 gezeigt ist, wo
die Elemente, die den bereits beschriebenen entsprechen,
dasselbe Bezugszeichen tragen, sind die Arme 42 und 44, die
das verformbare Parallelogramm im Fall der Fig. 2 bilden,
ersetzt durch Sätze von Nocken und Rampen.
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Der Schieber 40, der mit dem Verbindungsglied 36 durch
einen Gelenkkopf und Bolzen 68 verbunden ist, weist zwei
geneigte Rampen 70 auf, die jedem Träger 24 zugewandt sind.
Jeder Träger weist zwei Bolzen 72 auf, die Nocken bilden,
die dazu bestimmt sind, dem Profil der Rampen zu folgen.
Die Abwärtsbewegung der Rampen, von der Ruhelage ausgehend,
die in Fig. 5 gezeigt ist, ruft das Auseinanderspreizen der
Träger gegen die Wirkung elastischer Rückstellmittel
hervor, die im dargestellten Fall von einer Zangenfeder 74
gebildet sind, die danach trachtet, die Träger aneinander
anzunähern.
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Wie im vorausgehenden Fall ruft die Abwärtsbewegung der
beweglichen Einrichtung das Abspreizen der Träger hervor,
während diese parallel gehalten werden, und zwar unter der
einzigen Bedingung, daß die elastischen Zungen 22 lang
genug sind, um eine S-Form anzunehmen, die alle Nocken in
Berührung mit den entsprechenden Rampen beläßt.
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Wenn die in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen
auch in den Fällen von Zellen gute Resultate ergeben, die
zwei Federn aufweisen, die einander gegenüberliegend
angeordnet sind, führen sie doch zu Abweichungen, wenn der
letztgenannte Zustand nicht vorliegt. In diesem Fall laufen
tatsächlich die Träger Gefahr, sich in der Zelle
schrägzustellen. Die Figuren 6 und 7 zeigen eine solche Anordnung.
In jeder der beiden Zellen der Fig. 7 ist jede Feder 15
einem starren Höcker 16 gegenüberliegend angeordnet. Infolge
der Tatsache der Durchbiegung der Federn laufen die Träger
einer einfachen Vorrichtung dann Gefahr, sich
schrägzustellen, wie dies durch einen gestrichelten Rahmen angezeigt
ist.
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Diese Gefahr wird mit der Doppelvorrichtung umgangen, die
in Fig. 6 gezeigt ist, wo die Elemente, die den bereits
beschriebenen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet sind.
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Die Vorrichtung der Fig. 6 kann so angesehen werden, als
hätte sie zwei Anordnungen aus Trägern und flexiblen
Zungen, die jeweils fest mit einem Gehäuse verbunden sind. Die
beiden Gehäuse sind von einem gemeinsamen Außengehäuse 76
getragen, das aus mehreren Teilen montiert ist, mit einer
Verlängerung 26, die einen Anschlag bildet und sich
zwischen zwei Anordnungen auf eine Gitterplatte aufsetzt. Die
Gleithülse 54 kann auf einem Unterlageklotz 56 mittels
einer Führung 77 aufsitzen, die die Reibung verringert.
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e Jede der Anordnungen ist mit dem Außengehäuse 76 durch
einen Zapfen 78 verbunden, der eine Drehachse senkrecht zu
den Achsen 38 und 46 bildet. Anders ausgedrückt, die
Anordnungen können sich um eine Achse ausrichten, die in der
Nähe ihres oberen Endes angeordnet ist und parallel ist zur
Richtung der Abspreizung der Träger. Die Anordnungen können
sich so winklig staffeln, und zwar jede auf der einen Seite
der Vertikalen und derart, daß die Träger die Lage
einnehmen, die in ausgezogenen Linien in Fig. 7 gezeigt ist, und
eine genaue Angabe liefern, wie die Durchbiegung der Federn
15 ist.
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In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist die
äußere Zunge 22a einer jeden Anordnung dicker als die innere
Zunge 22b und weist eine geringere Flexibilität auf.
Während des Eindrückens des Schiebers 40 sitzt der innere
Träger demzufolge auf der Doppelfeder 15 auf, bevor die
Außenträger beginnen, sich abzuspreizen, um auf den Höckern 16
aufzusitzen. Die Vorrichtung ist derart bemessen, daß die
Träger ohne Reibung in die Zellen eingeführt werden, wenn
der Schieber angehoben ist.
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Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung kann so, wie es
dargestellt ist, verwendet werden, um die Kraft einer
Doppelfeder zu messen, ebenso wie eine einzige Anordnung im Fall
einer einfachen Feder.