ES2209740T3 - Procedimiento y dispositivo para la inspeccion de elemento de combustion del reactor nuclear. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la inspección de un elemento combustible (FA) irradiado en una central nuclear, en el que se miden, en un dispositivo de medición (M), al menos un distanciador (FS) del elemento de combustión y una barra de calibración (CS) de dimensiones conocidas, de modo que para dos puntos situados en dos primeras superficies exteriores (FSA, FSB) del distanciador orientadas en direcciones opuestas y dos primeras piezas planas (CA, CB) de la barra de calibración (CS) orientadas opuestas a dichas direcciones, se constituye respectivamente un valor de medición para la separación de las superficies exteriores y de las piezas planas, y de modo que el valor de medición para la separación de las superficies exteriores (FSA, FSB) se convierte en un valor de medición calibrado mediante las dimensiones conocidas de la barra de calibración y el valor de medición para la separación de las piezas planas (CA, CB).

Description

Procedimiento y dispositivo para la inspección de elemento de combustión del reactor nuclear.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la inspección de elementos combustibles de reactores nucleares. Un elemento combustible de este tipo se compone de un haz de barras combustibles, en uno de cuyos extremos se apoya una pieza frontal y en el otro una pieza de base. Entre las piezas frontal y de base se disponen distanciadores superpuestos con cierta separación axial. Generalmente, los elementos combustibles de un reactor de agua hirviente se rodean, además, con cajas.

En general, estos elementos combustibles presentan una sección transversal cuadrada, es decir que las superficies exteriores del elemento combustible, constituidas por las superficies exteriores de las piezas frontales y de base así como del distanciador o de la caja del elemento combustible, están dispuestas opuestas recíprocamente dos a dos. En el caso ideal, las dos superficies exteriores respectivas de un distanciador son paralelas entre sí y a las superficies exteriores correspondientes de la parte frontal y la base del elemento combustible.

Durante el funcionamiento del reactor puede producirse desgastes y desperfectos en los elementos combustibles. Así, por ejemplo, la pared de tubo envolvente de las barras combustibles se corroe y/o puede penetrar agua en algunas barras combustibles.

La irradiación intensiva de neutrones a la que se expone el elemento combustible conlleva un crecimiento de la radiación de las barras combustibles y de las cajas del elemento combustible. Las heterogeneidades en la distribución de la energía térmica y del flujo de neutrones provocan una dependencia espacial del crecimiento longitudinal, lo que puede conllevar deformaciones y torsiones en el elemento combustible. También los nervios de los que está compuesto el distanciador sufren un crecimiento debido a la radiación y la corrosión, el cual, además, depende de la dirección de laminación de la chapa utilizada en la laminación.

Como los elementos combustibles se sitúan en el núcleo del reactor, uno junto a otro, con sólo unos milímetros de separación, estas modificaciones alteran los estados físicos para los que está diseñado el funcionamiento del reactor. Además, resulta problemático extraer e introducir elementos combustibles si los distanciadores se han ensanchado o se han deformado en forma de barril.

Generalmente, a intervalos de aproximadamente un año se extraen los elementos combustibles quemados del núcleo del reactor; los elementos combustibles que se dejan se cambian de posición y se comprueba por muestreo que no presenten desperfectos. Estos ensayos deben llevarse a cabo sumergidos en agua, ya que el elemento combustible irradiado es altamente radiactivo y debe refrigerarse debido al desprendimiento de calor que se produce en la descomposición de productos de fisión. Hasta el momento, para la inspección sumergida en agua se han empleado principalmente videocámaras con cuya ayuda pueden determinarse desperfectos externos de los elementos combustibles, como por ejemplo distanciadores con las esquinas rotas. Por el documento FR 2 721 704 se conoce una disposición con videocámara que contiene, además, una disposición de calibración de dimensiones conocidas. Esta disposición de calibración se emplea para proporcionar un valor de referencia para las dimensiones en la imagen registrada. Además, se conocen dispositivos (US-4,605,531) que exploran los elementos combustibles con sondas ultrasónicas. Para estos ensayos se coloca el elemento combustible en una posición determinada respecto a las sondas empleadas. Así pueden detectarse los desperfectos de las paredes de tubo envolvente de las barras combustibles por los que ha penetrado agua.

La invención se propone el objetivo de determinar de un modo sencillo las modificaciones sufridas por un elemento combustible por medio de un nuevo procedimiento y un dispositivo correspondientes. Para ello, la invención se basa en el hecho de que las modificaciones provocadas por el crecimiento de los componentes individuales del elemento combustible, y otras modificaciones de dimensiones, como, por ejemplo, deformaciones y torsiones de las piezas estructurales del elemento combustible (como distanciadores y cajas de elemento combustible), que afectan a la capacidad de funcionamiento y, por ello, deben detectarse y medirse durante la inspección.

Según la invención, el haz de elementos combustibles irradiado se inspecciona midiéndose a la vez, al menos, un distanciador del elemento combustible y una barra de calibración de dimensiones conocidas en un dispositivo de medición. Las mediciones en la barra de calibración sirven para calibrar las mediciones en el distanciador.

Así, el contorno del distanciador y de la barra de calibración se mide por puntos. Puede asignarse por medición un valor de medición para la separación entre las superficies exteriores a dos puntos que se encuentran sobre dos primeras superficies exteriores orientadas en direcciones opuestas del distanciador. Si, por ejemplo, un impulso ultrasónico emitido por una sonda se refleja en un punto de la superficie exterior, la separación entre el punto y la sonda es proporcional al tiempo de propagación del eco del impulso. Si, así, los dos puntos opuestos se miden mediante sondas ultrasónicas opuestas, cuya separación A se conoce, la separación S de los dos puntos opuestos (es decir, prácticamente la anchura del distanciador en esta posición) responde a la fórmula

S = A - c(dt_{1} + dt_{2})

Siendo c la velocidad de propagación (dependiente de la temperatura) del ultrasonido, y dt_{1} y dt_{2} el tiempo de propagación del eco de impulso respectivo, es decir que representa el valor de medición del dispositivo de medición. Esta velocidad de propagación c puede obtenerse en el caso actual midiendo también dos puntos situados opuestos sobre piezas planas de la barra de calibración, orientadas igualmente en esta dirección. Para esta medición de la barra de calibración se aplica la misma fórmula

d_{0} = A'- c(dt_{1}' + dt_{2}'),

siendo ahora A' la separación conocida de las sondas orientadas hacia las piezas planas, y dt_{1}' y dt_{2}' los tiempos de propagación del eco que se produce respectivamente en estos puntos de las piezas planas. La separación d_{0} de estas piezas planas es conocida, de modo que se da la relación

c = (A' - d_{0})/(dt_{1}' + dt_{2}').

Así, esta relación permite convertir los valores de medición dt_{1} y dt_{2}, obtenidos en las superficies exteriores del distanciador, en separaciones geométricas.

En otros emisores de recorrido, el dispositivo de medición suministra, por ejemplo, tensiones de medición u otras magnitudes que, en general, no son proporcionales, sino que pueden convertirse en magnitudes geométricas mediante una función característica (curva de calibración). Para la determinación de esta curva de calibración se requiere al menos una asignación de un segundo valor de medición a una magnitud geométrica conocida. Estos otros puntos de la curva de calibración pueden medirse, sin embargo, con la ayuda de la barra de calibración (o de otra barra de calibración) en caso de que se midan también unas segundas (u otras) piezas planas orientadas en las direcciones opuestas y dispuestas desplazadas respecto a las primeras piezas planas.

El procedimiento se lleva a cabo especialmente bajo agua, es decir que el dispositivo de medición con la barra de calibración se dispone sumergido en agua y puede contener al menos dos sondas mutuamente opuestas para medir del modo descrito las superficies exteriores y las piezas planas. Este proceso puede ser observado por una videocámara. En un dispositivo de cálculo conectado al dispositivo de medición se evalúan las mediciones. La imagen registrada por la videocámara se visualiza, por ejemplo, junto con valores de medición adecuados, seleccionados y calibrados, en una pantalla. Como magnitud característica resulta especialmente de interés el valor de medición calibrado para la separación máxima de las superficies exteriores del distanciador mutuamente opuestas.

El empleo de dos sondas, que exploran simultáneamente dos puntos mutuamente opuestos sobre las superficies exteriores del distanciador situado en medio, presenta la ventaja de que la separación opuesta de los puntos (es decir la anchura del distanciador) se constituye mediante la sustracción de las señales de las sondas. Esta separación resulta entonces independiente de la separación que presentan las sondas respecto a las superficies exteriores; los errores de medición sistemáticos pueden así anularse recíprocamente. Además, también se compensan las influencias momentáneas que podrían afectar negativamente a una medición, ya que la medición se calibra en cada proceso de medición.

Un dispositivo correspondiente para la inspección contiene así un dispositivo de medición con una barra de calibración de dimensiones conocidas, un dispositivo de posicionamiento y un dispositivo de cálculo. El dispositivo de posicionamiento fija la posición relativa de un distanciador de un elemento combustible respecto al dispositivo de medición, y el dispositivo de medición está orientado hacia dos primeras superficies exteriores del distanciador, orientadas en direcciones opuestas, y dos primeras piezas planas de la barra de calibración, orientadas en estas direcciones. El dispositivo de medición puede así constituir valores de medición para la posición relativa de las superficies exteriores y las piezas planas. El dispositivo de cálculo se constituye de tal modo que se obtiene y se muestra, a partir de los valores de medición y de un valor de referencia almacenado para las dimensiones de la barra de calibración, al menos una separación máxima de las superficies exteriores calibrada con este valor de referencia.

El dispositivo de posicionamiento posee una fijación en la que puede colocarse el elemento combustible en dirección vertical respecto a su eje longitudinal y fijarse en dirección horizontal. Además, contiene ventajosamente un accionamiento de posicionamiento con el que puede desplazarse el dispositivo de medición con la barra de calibración en dirección vertical. Entonces resulta posible medir sucesivamente varios distanciadores del elemento combustible y también la base y/o la parte frontal.

De forma ventajosa, el dispositivo de medición contiene también un segundo accionamiento con el que la barra de calibración puede instalarse junto al distanciador.

De forma ventajosa, el dispositivo de medición contiene varias sondas mutuamente opuestas que constituyen simultáneamente valores de medición para varios puntos sobre las primeras superficies exteriores y piezas planas. Con este dispositivo pueden obtenerse con una gran precisión todas las magnitudes características del distanciador que no dependen de la posición relativa de las superficies exteriores del distanciador en el dispositivo de medición, sino sólo de la posición opuesta de estas superficies exteriores.

Del modo descrito hasta el momento puede medirse un par de superficies exteriores mutuamente opuestas del distanciador. Un distanciador cuadrado, sin embargo, posee, además, un par adicional de superficies exteriores orientados igualmente en direcciones opuestas. Estos pueden medirse mediante el mismo dispositivo de medición y la misma barra de calibración en caso de que la posición del distanciador se haga girar correspondientemente respecto al dispositivo de medición. Sin embargo, también puede emplearse un dispositivo de medición que contenga otras sondas orientadas hacia estas segundas superficies exteriores y las correspondientes segundas piezas planas de la barra de calibración (o de otra barra de calibración).

En otra forma de realización del procedimiento, el elemento combustible se posiciona con una pieza final (por ejemplo, la parte frontal o la base) o con un distanciador en un bastidor que determina un eje z de un sistema de referencia cartesiano. En este bastidor se sujeta la barra de calibración, cuyas dimensiones en la dirección x del sistema de referencia cartesiano son conocidas.

En el bastidor se colocan el distanciador y la barra de calibración de tal modo que dos primeras superficies exteriores del distanciador y dos primeras piezas planas de la barra de calibración se prolongan a lo largo de la dirección y. Explorando estas superficies exteriores y piezas planas se obtienen valores de medición a partir de los cuales se constituyen del modo ya descrito y mediante las dimensiones conocidas de la barra de calibración al menos un valor máximo calibrado para la separación entre las dos primeras superficies exteriores del distanciador.

Resulta ventajoso para la exploración conducir sincrónicamente dos sondas mutuamente opuestas a lo largo de las primeras superficies exteriores del distanciador y de las primeras piezas planas de la barra de calibración, constituyéndose así sucesivamente, al menos, unas señales de medición que corresponden a la separación respectiva entre dos puntos opuestos situados sobre las superficies exteriores del distanciador y las piezas planas de la barra de calibración. Las señales de medición para la separación conocida de las piezas planas se emplean para convertir automáticamente en un dispositivo de cálculo las señales de medición para las superficies exteriores en valores de medición calibrados.

Sin embargo, resulta también posible emplear para la exploración varias sondas, dispuestas opuestas dos a dos, las cuales evalúan simultáneamente varios puntos dispuestos opuestos dos a dos sobre las superficies exteriores del distanciador y de la barra de calibración (preferentemente también sobre unas segundas piezas planas de la misma barra de calibración o de otra barra de calibración). De este modo puede también medirse un par de segundas superficies exteriores del distanciador que se prolongan a lo largo de la dirección x. Los valores de medición obtenidos en estas segundas superficies exteriores pueden calibrarse del modo descrito mediante la barra de calibración ya empleada para las primeras superficies exteriores, pero para aumentar la precisión puede resultar ventajoso medir también unas segundas piezas planas de la barra de calibración (o de otra barra de calibración), las cuales se prolongan igualmente a lo largo de la dirección x.

Así, un dispositivo especial correspondiente contiene un bastidor, que determina el eje z de un sistema de coordenadas cartesiano, y una mesa de medición desplazable en el plano x, y del sistema de coordenadas cartesiano con dos brazos que se prolongan en dirección y, entre los cuales puede posicionarse un distanciador del elemento combustible. Estos brazos contienen al menos un par de sondas mutuamente opuestas. Además, se prevé al menos una barra de calibración desplazable en dirección y, que se sujeta independientemente de la mesa de medición al bastidor o que puede incluso ser parte de la propia mesa de medición. A las sondas se conecta un dispositivo de cálculo en el que se almacena un valor de referencia para la longitud de la barra de calibración.

Con las sondas puede entonces explorarse la extensión del distanciador en dirección x y la longitud de la barra de calibración, estando constituido el dispositivo de cálculo de tal modo que en él puede calcularse al menos una extensión máxima del distanciador en dirección x calibrada mediante el valor de referencia.

De forma ventajosa, el elemento combustible se posiciona en el bastidor con la base o la parte frontal, mientras que la mesa de medición puede desplazarse en dirección z.

En especial, resulta ventajoso que la mesa de medición esté montada recambiable sobre una placa de base desplazable en dirección z y que al menos los brazos puedan desplazarse en dirección x y dirección y respecto a la placa de base mediante un accionamiento. Una vez desmontada la mesa de medición, el bastidor puede emplearse con la placa de base como soporte para otros dispositivos con los que llevar a cabo otras mediciones y/o tareas de reparación en el elemento combustible.

Esta y otras configuraciones ventajosas de la invención se caracterizan en las subreivindicaciones.

Así, con la presente invención pueden medirse desviaciones de las dimensiones respecto a las dimensiones ideales de los componentes del elemento combustible, que sean de 20 \mum o menos.

Así, puede decidirse de forma más precisa si la geometría del elemento combustible permite su uso posterior, en caso necesario sustituyendo un distanciador deformado o cambiando de posición en el núcleo un elemento combustible deformado, posición en la que la radiación y/o la carga mecánica provoca una deformación del elemento combustible, lo que hace reversible la deformación medida.

Adicionalmente pueden medirse también las posiciones relativas de las superficies exteriores respecto a las correspondientes superficies exteriores del extremo del haz, es decir, la parte frontal y/o la base del elemento combustible. Así se detecta una deformación o una torsión del haz de barras combustibles. Así, puede entonces, por ejemplo, hacerse girar 180º un haz deformado y colocarlo en la misma posición y esperar a que, con el funcionamiento posterior, se deforme de nuevo en sentido contrario. Incluso en un elemento combustible de agua hirviente, cuyas cajas aún no estén prácticamente deformadas, un haz de barras combustibles deformado o torsionado puede comportar que el haz deje de estar centrado de forma óptima en las cajas.

Para una mejor comprensión de la invención se describirán dos ejemplos de realización de un dispositivo de inspección mediante siete figuras. Éstas muestran:

Las figuras 1 y 2, una vista lateral y una sección transversal a través de un ejemplo de realización del dispositivo según la invención con un haz de barras combustibles instalado de un elemento combustible de agua hirviente;

La figura 3, la explicación de una evaluación matemática de la medición;

La figura 4, un ejemplo de realización de un dispositivo con un elemento combustible de agua a presión,

La figura 5, un pozo de alojamiento y una mesa de medición dispuesta en él para el ejemplo de realización según la figura 4;

La figura 6, la barra de calibración y las sondas, así como

Las figuras 7 y 8, el calibre extensométrico y su modo de conexión para el ejemplo de realización de la figura 4.

Según la figura 1, se inspecciona un elemento combustible FA de un reactor de agua hirviente del que se ha extraído la caja lateral, de modo que puede observarse el haz de barras combustibles FB de las barras combustibles FR (indicadas esquemáticamente), que se mantienen en varias posiciones axiales respectivamente por un distanciador FS en posiciones predeterminadas y distribuidas uniformemente a lo largo de la sección transversal del elemento combustible. En el centro del elemento combustible se encuentra un tubo hueco ("tubo de agua" FW) al que se fijan la base FF y la parte frontal FH del elemento combustible.

El haz de elementos combustibles FB con la parte frontal y la base se coloca en un dispositivo de posicionamiento P, penetrando en este caso la base FF en una placa de centrado PC y fijándose en su posición mediante unas mordazas laterales PB comprimidas hidráulicamente. El dispositivo de posicionamiento P contiene, además, un bastidor, constituido aquí como armazón PG con raíles de guía para una mesa de medición MT. Los raíles de guía PG definen el eje z de un sistema de referencia cuyo punto medio y ejes x, y están determinados por el punto medio y la orientación de la placa de centrado PC.

La mesa de medición MT forma parte de un dispositivo de medición M desplazable mediante unos accionamientos PD en dirección z y se posiciona en el nivel de un distanciador del haz de barras combustibles FB.

Una mesa de medición de este tipo, que puede desplazarse a lo largo del haz de barras combustibles respecto a las barras combustibles y sus distanciadores, constituye ya para dispositivos de inspección el estado de la técnica, y posee una videocámara VC para efectuar una inspección óptica de las barras de combustión y de los distanciadores.

En este caso es frecuente desplazar la videocámara también en las direcciones x e y respecto al haz de barras combustibles para controlar el elemento combustible desde todos los lados. En el caso presente se prevén en la mesa de medición MT varias videocámaras para controlar completamente un distanciador sin tener que modificar la posición relativa de la mesa de medición MT.

En la figura 1, el distanciador del haz de elementos combustibles FB a controlar está tapado por el dispositivo de medición M. Sin embargo, pueden distinguirse dos brazos MA mutuamente opuestos del dispositivo de medición M, los cuales discurren a lo largo de las superficies exteriores derecha e izquierda y soportan unas sondas US constituidas como sondas ultrasónicas. Estas sondas ultrasónicas US están orientadas parcialmente hacia las superficies exteriores izquierda y derecha del distanciador, y parcialmente también hacia la parte frontal de una barra de calibración CS con la longitud d_{0} conocida. Estas sondas ultrasónicas US emiten impulsos ultrasónicos que se reflejan en las superficies exteriores del distanciador o en las superficies frontales de la barra de calibración CS. El eco reflejado es recibido por las sondas ultrasónicas US y, a partir del tiempo de propagación del eco de impulso, puede obtenerse la separación con el distanciador.

La barra de calibración CS dispuesta en l parte frontal y en la parte posterior del haz de barras combustibles se apoya respectivamente sobre otro brazo de medición MA', el cual soporta a su vez varias sondas ultrasónicas US'. Así, pueden también medirse las superficies exteriores del distanciador en la parte frontal (visible en la figura 1) del haz de barras combustibles y en la parte posterior opuesta. Las sondas ultrasónicas más externas de estos brazos de medición MA' adicionales están orientados hacia las caras frontales de otras barras de calibración (tapadas en la figura 1) que se encuentran debajo de los brazos de medición MA.

En la sección transversal a través del plano II-II de la figura 1, que se muestra en la figura 2, puede reconocerse que las tres sondas ultrasónicas US1, US2 y US3 miden en tres puntos de medición situados sobre la superficie exterior FSA izquierda del distanciador FS la separación de dicho distanciador respecto al correspondiente brazo de medición MA izquierdo. Las sondas ultrasónicas US4 y US5 exteriores, en cambio, miden la separación entre las superficies frontales CA y CA' de la barra de calibración CS y CS' correspondiente, que se prolonga de izquierda a derecha. Las separaciones entre estas superficies frontales CA y CA' por un lado y las sondas de medición US4 y US5 pueden ser diferentes pero conocidas, de modo que estas dos sondas US4 y US5 proporcionan dos puntos de calibración para la relación entre el tiempo de propagación del eco ultrasónico y el recorrido realizado.

En el brazo MB derecho se disponen, frente a las sondas US1 a US5, las correspondientes sondas US1B a US5B.

Del mismo modo, mediante estas sondas ultrasónicas se emiten en la superficie externa FSB del distanciador opuesta tres puntos de medición para la separación, y dos puntos de calibración sobre las superficies frontales CB, CB' correspondientes de la barra de calibración. Como la longitud d_{0} de cada barra de calibración CS, CS' es conocida, de ello se desprende también un valor exacto para la separación de los brazos de medición opuestos en este plano o una corrección por cálculo, en caso de que los brazos de medición no sean exactamente paralelos entre sí.

Del mismo modo, en los planos inferiores, en los que se encuentran las sondas ultrasónicas US' mostradas en la figura 1, se constituyen tres puntos de medición y dos puntos de calibración respectivamente para los dos otros lados mutuamente opuestos del distanciador.

Las señales de los sensores se suministran a un dispositivo de cálculo CAL provisto de un monitor MON, situado fuera del tanque de agua, en el que tiene lugar la inspección. Se trata de un sistema electrónico de evaluación que, de modo adecuado, selecciona, calibra y representa como magnitud característica del distanciador medido las señales de sensor, tal y como se ejemplifica en la imagen reproducida sobre una pantalla (figura 3).

En esta figura 3 se representa en primer lugar la geometría G de un elemento combustible no deformado cuyo centro GC se situaría en el origen de coordenadas del sistema x-y del dispositivo de medición M. Con D1, D2, D3 se representan los tres puntos de medición de una superficie exterior, y con D1', D2', D3' los puntos de medición correspondientes, ya calibrados, de las superficies exteriores opuestas que resultan de los ecos ultrasónicos.

La magnitud más importante para la evaluación del distanciador en cuestión (aquí: el tercer distanciador, "Spacer 3") es la separación máxima \Deltamax de las superficies exteriores opuestas. En caso de que el elemento combustible no esté torsionado, esta magnitud es el valor máximo de entre las magnitudes \Delta(y_{1}), \Delta(y_{2}), \Delta(y_{3}), \Delta(x_{1}), \Delta(x_{2}), \Delta(x_{3}), siendo \Delta(y_{1}) la diferencia de coordenadas y de los puntos D1, D1' mutuamente opuestos. De forma correspondiente, los puntos respectivamente opuestos D2, D2' y D3, D3' se asignan a las diferencias \Delta(y_{2}) y \Delta(y_{3}) y los otros pares de puntos mostrados en la figura 3 se asignan a las diferencias \Delta(x_{1}), \Delta(x_{2}), \Delta(x_{3}) de las coordenadas x. Así la magnitud \Deltamax puede indicarse directamente en micrómetros o en porcentaje referido al elemento combustible ideal. La magnitud \Deltad(y), que describe una curvatura convexa de las superficies exteriores, puede determinarse, por ejemplo, según la expresión \Deltad(y) = \Delta(y_{2}) - (\Delta(y_{1}) + \Delta(y_{3}))/2.

Otra magnitud interesante es la coordenada x C(x) o la coordenada y C(y) del punto medio C (que puede determinarse a partir de los dos puntos de medición D2, D2') relativa al punto medio teórico GC (origen de coordenadas). Con ello puede determinarse la deformación de todo el haz.

Para detectar también una torsión del distanciador, puede determinarse, por ejemplo, el ángulo existente entre las rectas determinadas por los puntos de medición D1' y D3 y el eje y.

En la visualización sobre la pantalla del dispositivo de cálculo CAL representada en la figura 3 se determina por cálculo una curva de segundo orden a través de los puntos D1, D2 y D3, y lo mismo ocurre para los correspondientes puntos de medición de las otras superficies exteriores. Estas curvas y sus puntos de intersección se representan como contorno del distanciador medido. Las coordenadas C(x) y C(y) para el punto medio del distanciador deformado describen la curvatura del elemento combustible y resultan de la intersección de las líneas de unión calculadas respectivamente a partir de las esquinas diametrales del contorno del distanciador deformado, representado y calculado a partir de los puntos de medición. El ángulo \alpha describe la torsión del elemento combustible y corresponde al valor medio del ángulo alrededor del cual rota respectivamente una diagonal del distanciador deformado respecto a la correspondiente diagonal de la geometría G. La recta de unión de dos esquinas contiguas describen el contorno exterior de un distanciador no abollado pero torsionado cuya desviación de la geometría G puede describirse mediante los valores \Delta(x) y \Delta(y). La anchura máxima del distanciador se describe mediante el valor \Deltamax.

En general, resulta suficiente representar estas magnitudes medidas, calibradas y características, en una pantalla de visualización o superponerlas en un monitor, mientras que el resto de la imagen puede utilizarse para proporcionar al personal de servicio las imágenes de vídeo de la cámara VC para la inspección óptica del distanciador.

En la figura 4 pueden observarse las paredes 1 de un armazón de almacenamiento de un elemento combustible en el depósito de almacenamiento de elementos combustibles de una central nuclear. También del elemento combustible 5 se representan únicamente la pieza de base 5a, los tubos de guía 5b de las barras de mando y el distanciador 5c. En la cara superior de este armazón de almacenamiento se coloca un bastidor 2 que constituye una estación de trabajo con una parte de bastidor 11 y una plataforma 3, las cuales rodean lateralmente el elemento combustible. Sobre los pernos de posicionamiento 4 pueden montarse distintos aparatos previstos para la inspección y/o el mantenimiento. Hasta esta estación de trabajo se transporta un elemento combustible de agua a presión 5 mediante un cargador de elementos combustibles, pudiéndose reconocer en la figura 4 únicamente el extremo inferior 6 del mástil del cargador con los pernos de centrado 7. En las figuras siguientes no se representa el hecho de que el mástil 6 se coloca en el bastidor 2 mediante los pernos de centrado 7, y a continuación puede desplazarse el elemento combustible a una posición definida del bastidor que define el sistema de referencia para la medición del elemento combustible.

Sobre la plataforma 3 se coloca una placa de base 12 que transporta, mediante un accionamiento x 21 y en accionamiento y 22, una mesa de medición 20 desplazable a lo largo de los correspondientes raíles de guía x e y 21', 22'. La superficie de la mesa de medición 20 s paralela al plano x-y de un sistema de referencia cuyo eje z está determinado por el bastidor 2 y el mástil 6 del cargador. Estas piezas representan así un dispositivo de posicionamiento que puede suministrar a la vez un sistema de coordenadas para la evaluación de los valores medidos. La mesa de medición puede conducirse por el plano de medición mediante los accionamientos 21, 22 hasta la posición deseada en dirección x o y. Sobre la mesa de medición se fija un módulo 8 que contiene un dispositivo de medición.

Este módulo 8 se representa en la figura 5, y su plano de proyección es paralelo al plano y-z del sistema de referencia arriba descrito. Además, se muestra un pozo 13 que se prevé sobre todo para fijar el elemento combustible a inspeccionar en los casos en que la base del elemento combustible no se fija del modo mostrado en la figura 1, sino que se sostiene del mástil 6 del cargador. El pozo puede fijarse a la mesa de medición, o a la placa de base 12 por medio de una pieza de bastidor 11, o a la plataforma 3. Se compone de unas paredes de pozo 14 que sostienen lateralmente el elemento combustible y presentan por tres de sus caras una ranura transversal 15 a través de la cual puede accederse a las tres superficies exteriores del elemento combustible o a su distanciador 5c. En los borden superiores de las paredes del pozo se colocan unos planos de guía 16 que discurren desde arriba oblicuamente sobre los bordes de las paredes del pozo, y que sirven para facilitar la introducción del elemento combustible en el pozo.

El dispositivo de medición posee dos brazos de medición 30 mutuamente opuestos, en uno de cuyos extremos se apoya respectivamente una sonda 31. Por su otro extremo, los brazos de medición están conectados respectivamente a través de un accionamiento de empuje 32, que trabaja en dirección y, con el resto del módulo. En este caso, los brazos de medición se disponen de tal modo que su eje longitudinal es paralelo al eje y del sistema de referencia, y de modo que las sondas pueden colocarse a través de las ranuras transversales 15 respectivamente en una de las dos superficies exteriores 35, 36 opuestas del elemento combustible o del distanciador 5c, las cuales son prácticamente paralelas al eje longitudinal de los brazos de medición. Los brazos se montan ventajosamente de tal modo que su separación mutua es ajustable, ya que así puede emplearse el dispositivo para elementos combustibles con diversas anchuras. En elementos combustibles de agua hirviente puede emplearse el dispositivo, por ejemplo, para la medición de las cajas y del distanciador.

Para el posicionamiento remoto de los brazos de medición a través de los accionamientos x e y se prevé un control óptico a través de una videocámara. Por ello, la cámara 40 y su correspondiente iluminación 41 se disponen en la propia mesa de medición o como componentes del módulo instalado sobre la mesa de medición.

Además, en la figura 5 puede observarse una barra de calibración 50 representada con más precisión en la figura 6. Esta figura 6 muestra el pozo 13 con sus paredes 14 y las sondas 31, con sus brazos 30, que se agarran a dos superficies exteriores de un distanciador 36 a través de las ranuras transversales.

En la figura 6, el plano de proyección es paralelo al plano x-y del sistema de referencia. La barra de calibración 50 se fija en este ejemplo de realización a la mesa de medición 20 a través de una fijación 42 que se posiciona en el distanciador 36 mediante los accionamientos x e y 21, 22 hasta que contacta de forma elástica con una determinada presión. Para que resulte posible realizar una interpolación durante la calibración, las superficies frontales de la barra de calibración 50 están constituidas en tres secciones, es decir presentan varias piezas de superficie 52, 53 mutuamente opuestas. Las secciones se disponen de tal modo que mediante la barra de calibración se predeterminan tres medidas longitudinales de las que al menos una es mayor y otra menor que la separación recíproca de las superficies exteriores opuestas del elemento combustible a medir. De este modo, mediante interpolación, puede constituirse una curva de calibración para la relación entre los datos de medición de las sondas y la extensión del elemento combustible.

Los brazos de medición 30 pueden desplazarse mediante un dispositivo de avance 32 sincrónicamente en dirección y. Por ejemplo, pueden disponerse rígidos y rotativos por un extremo, de modo que la orientación de las sondas en dirección x puede determinarse mediante un transductor angular en la fijación rotativa. En lugar de un dispositivo de empuje y puede emplearse también, por ejemplo, un accionamiento hidráulico para el despliegue de unos brazos telescópicos.

En el ejemplo de realización representado en la figura 5 se constituye una pieza 34 del brazo como un resorte que sostiene por ambos lados unas bandas de medición de la deformación. Para la determinación de la posición de los cabezales de medición se mide la resistencia de las bandas de medición de la deformación mediante un circuito en puente de Wheatstone. La figura 7 muestra un brazo de medición de este tipo en detalle, y la figura 8 muestra un esquema de conexiones del circuito en puente.

La figura 7 muestra el brazo 30 con la sonda 63, la cual se desliza con un abombamiento 65 por las superficies exteriores del elemento combustible. El brazo contiene un resorte 60 aproximadamente triangular. En una esquina de este resorte se fija una pieza 62 rígida. En el lado opuesto del resorte se fija la pieza 65 rígida unida al accionamiento y 32. La forma triangular del resorte resulta adecuado porque la tensión elástica se distribuye de este modo uniformemente a lo largo de toda la longitud del resorte mostrando una dependencia casi lineal de la orientación x de la sonda. Las dos superficies triangulares del resorte están recubiertas y constituyen respectivamente una banda de medición de la deformación. La resistencia eléctrica de cada banda de medición de la deformación depende casi linealmente de la tensión elástica. A partir de la medición de estas resistencias pueden calcularse por ello valores de medición para la posición x de la sonda, los cuales pueden calibrarse mediante los valores de medición contenidos en la barra de calibración.

Las bandas de medición de la deformación situadas sobre las superficies del resorte 60 están conectadas al circuito en puente 68 de un sistema electrónico de medición, por ejemplo un dispositivo electrónico de evaluación integrado en el dispositivo de cálculo CALC por medio de unas conexiones 66.

La figura 8 muestra un esquema de conexiones del circuito en puente 68. R_{1} y R_{2} son las resistencias a medir de las dos bandas de medición de la deformación. Están conectadas a unas resistencias R_{3} y R_{4} ajustables en un circuito en puente de Wheatstone. Para equilibrar el puente se regula la corriente I a cero mediante el ajuste adecuado de R_{3} y/o R_{4}. Así, las tensiones conectadas a R_{1} y R_{2} o a R_{3} y R_{4} ascienden a los mismos valores.

En caso de que el resorte se encuentre en estado de reposo con las bandas de medición de la deformación, R_{1} y R_{2} son igual de grandes; entonces, R_{3} y R_{4} deben hacerse igualmente grandes para que se produzca el equilibrio. Si el resorte está articulado, entonces se expande una banda de medición, y la otra se comprime, es decir que una de las resistencias se hace mayor y la otra menor. La relación entre las dos resistencias R_{3} y R_{4} ajustables corresponde, con el puente equilibrado, a la relación de las resistencias R_{1} y R_{2} a medir. Los efectos atribuibles a la expansión térmica se eliminan mayoritariamente con este método, ya que R_{1} y R_{2} se modifican en el mismo sentido.

La propia medición se lleva a cabo ventajosamente mediante tensión alterna por el conocido principio de frecuencia portadora. Así, un amplificador de medición conectado puede estar calibrado de tal modo que indique directamente la tensión del resorte o la orientación de la sonda.

Así, la invención permite medir de forma sencilla la geometría del elemento combustible y detectar deformaciones.

Claims (18)

1. Procedimiento para la inspección de un elemento combustible (FA) irradiado en una central nuclear, en el que se miden, en un dispositivo de medición (M), al menos un distanciador (FS) del elemento de combustión y una barra de calibración (CS) de dimensiones conocidas, de modo que para dos puntos situados en dos primeras superficies exteriores (FSA, FSB) del distanciador orientadas en direcciones opuestas y dos primeras piezas planas (CA, CB) de la barra de calibración (CS) orientadas opuestas a dichas direcciones, se constituye respectivamente un valor de medición para la separación de las superficies exteriores y de las piezas planas, y de modo que el valor de medición para la separación de las superficies exteriores (FSA, FSB) se convierte en un valor de medición calibrado mediante las dimensiones conocidas de la barra de calibración y el valor de medición para la separación de las piezas planas (CA, CB).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se miden también unas segundas piezas planas (CA', CB') orientadas en las direcciones opuestas de la barra de calibración o de otra barra de calibración (CS'), estando dispuestas las segundas piezas planas (CA', CB') desplazadas respecto a las primeras piezas planas (CA, CB).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de medición (M) está situado con la barra de calibración (CS) sumergido bajo agua y contiene al menos dos sondas (US1, US1B) mutuamente opuestas y una videocámara (VC), porque las mediciones se evalúan en un dispositivo de cálculo (CAL) conectado al dispositivo de medición (M), y porque la imagen registrada por la videocámara y, al menos, un valor de medición (\Deltamax), calculado y calibrado en el dispositivo de cálculo, para la separación máxima de las superficies exteriores (FSA, FSB) del distanciador mutuamente opuestas se visualizan en un monitor.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el elemento combustible se posiciona con una pieza final (5a) o un distanciador (5c) sobre un bastidor (2) que determina el eje z de un sistema de referencia cartesiano, porque la barra de calibración (50) se sujeta al bastidor, siendo conocidas sus dimensiones (d_{0}) en la dirección x del sistema de referencia cartesiano, porque se explora la posición relativa de las dos primeras superficies exteriores (35, 36) del distanciador (5c), que se prolongan a lo largo del eje y, y de las correspondientes primeras piezas planas (52) de la barra de calibración (50), y porque se constituye, mediante las dimensiones (d_{0}) conocidas de la barra de calibración (50) y a partir de los valores de medición obtenidos en la exploración, al menos un valor máximo (\Deltamax) calibrado para la separación de las dos primeras superficies exteriores (35, 36) del distanciador
(5c).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque para la exploración se conducen sincrónicamente dos sondas (31) mutuamente opuestas a lo largo de las primeras superficies exteriores (35, 36) del distanciador y de las primeras piezas planas (52) de la barra de calibración (50), constituyéndose así sucesivamente, al menos, unas señales de medición que corresponden a la separación respectiva entre dos puntos opuestos situados sobre las superficies exteriores (35, 36) del distanciador y las piezas planas (52) de la barra de calibración, y porque las señales de medición para la separación (d_{0}) conocida de las piezas planas (52) se emplean para convertir automáticamente en un dispositivo de cálculo (CAL) las señales de medición para las superficies exteriores (35, 36) en valores de medición calibrados.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se modifica la posición relativa del elemento combustible en el sistema de referencia (x, y, z) cartesiano para explorar también unas segundas superficies exteriores (37) del distanciador mediante las mismas sondas (31) y la misma barra de calibración (50).

7. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizada porque para la exploración se emplean varias sondas (US1, US1B, US2, US2B, ...), dispuestas opuestas dos a dos, las cuales evalúan simultáneamente varios puntos dispuestos opuestos dos a dos sobre las superficies exteriores (FSA, FSB) del distanciador y de la barra de calibración (CS). (figura 2)

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se exploran también unas segundas superficies exteriores del distanciador, que se prolongan a lo largo del eje x, y las correspondientes segundas piezas planas de la barra de calibración o de otra barra de calibración, mediante varias sondas mutuamente opuestas.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque se exploran también otras piezas planas (53) de la primera barra de calibración (50), desplazadas respecto a las primeras piezas planas (52), o de otra barra de calibración.

10. Procedimiento para la inspección de un elemento combustible irradiado en una central nuclear con un dispositivo de medición (M) con al menos una barra de calibración (CS) de dimensiones (d_{0}) conocidas, un dispositivo de posicionamiento (P) y un dispositivo de cálculo (CALC), fijando el dispositivo de posicionamiento (P) la posición relativa de un distanciador (FS) de un elemento combustible respecto al dispositivo de medición, estando orientado el dispositivo de medición (M) sobre dos primeras superficies exteriores (FSA, FSB) del distanciador, orientadas en direcciones opuestas, y dos primeras piezas planas (CA, CB) de la barra de calibración (CS), orientadas opuestas a dichas direcciones, para constituir valores de medición para la posición relativa de las superficies exteriores (FSA, FSB) y de las piezas planas (CA, CB), y estando constituido el dispositivo de medición (M) de tal modo que se obtiene y se muestra, a partir de los valores medidos y de un valor de referencia (d_{0}) almacenado para las dimensiones de la barra de medición, al menos un separación máxima (\Deltamax) de las superficies exteriores calibrada respecto a este valor de referencia.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el dispositivo de posicionamiento (P) contiene una fijación, en la que puede colocarse el elemento combustible en dirección vertical respecto a su eje longitudinal y fijarse en dirección horizontal, y un accionamiento de posicionamiento (PD) con el que puede desplazarse el dispositivo de medición con la barra de calibración en dirección vertical.

12. Dispositivo según la reivindicación 10 ó 11, caracterizado porque el dispositivo de medición contiene dos sondas (31) mutuamente opuestas que pueden desplazarse sincrónicamente a lo largo de las superficies exteriores (35, 36) del distanciador y de las piezas planas (52) por medio de un primer accionamiento (32).

13. Dispositivo según la reivindicación 10 ó 11, caracterizado porque el dispositivo de medición contiene varias sondas (US1, US1B, US2, US2B,...) mutuamente opuestas que constituyen simultáneamente valores de medición para varios puntos situados sobre las primeras superficies exteriores (FSA, FSB) y las piezas planas (CA, CB).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque el dispositivo de medición contiene otras sondas (US') orientadas hacia unos puntos mutuamente opuestos sobre las segundas superficies exteriores dirigidas en direcciones opuestas del distanciador y sobre las segundas piezas planas dirigidas en estas direcciones de la barra de calibración o de otra barra de calibración.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque el dispositivo de medición contiene un segundo accionamiento con el que la barra de calibración puede instalarse en el distanciador.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado por un bastidor (2) que determina el eje z de un sistema de coordenadas cartesiano, una mesa de medición (20) desplazable en un plano x, y del sistema de coordenadas cartesiano provista de dos brazos (30) que se prolongan en dirección y entre los cuales puede posicionarse un distanciador del elemento de combustión, y al menos un par de sondas (31) colocadas en posiciones mutuamente opuestas de los brazos (30), pudiéndose desplazar la barra de calibración (50) en dirección y, y estando conectado el dispositivo de cálculo (CALC) a las sondas (31), almacenándose el valor de referencia para la longitud (d_{0}) de la barra de calibración en el dispositivo de cálculo (CALC), y pudiéndose explorar con las sondas (31) la extensión del distanciador en dirección x y la longitud de la barra de calibración (50).

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque el elemento combustible puede posicionarse con su base o su parte frontal (5a) en el bastidor (2) y la mesa de medición (20) puede desplazarse en dirección z.

18. Dispositivo según la reivindicación 17, caracterizado porque el bastidor presenta una placa de base (12) desplazable en dirección z sobre la que se monta recambiable la mesa de medición (20), y porque la mesa de medición (20) puede desplazarse en dirección x y en dirección y sobre la placa de base mediante un accionamiento (21, 22).