JPH0587976A - 核燃料バンドルのスペ―サのスプリング力を測定するゲ―ジ - Google Patents

核燃料バンドルのスペ―サのスプリング力を測定するゲ―ジ

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JPH0587976A
JPH0587976A JP4033902A JP3390292A JPH0587976A JP H0587976 A JPH0587976 A JP H0587976A JP 4033902 A JP4033902 A JP 4033902A JP 3390292 A JP3390292 A JP 3390292A JP H0587976 A JPH0587976 A JP H0587976A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 燃料バンドルに組立てたとき核燃料バンドル
のスペーサスプリングが燃料棒に及ぼす力を測定するた
めのゲージを提供する。 【構成】 アラインメントロッド28はそのフェル―ル1
4，16内で作用するスプリング12の側部に負荷をかけ、
もう一方のスプリング側部は、その燃料棒に対するセン
タリング力を、プロ―ブ22内に装着されたプランジャ36
にかける。このプランジャ36はロ―ドセル52に機械的に
連結されており、このロ―ドセル52がスプリング力の電
気信号を与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】原子力発電用原子炉は周知のエネルギ源
である。あるタイプの原子炉の核燃料は、核燃料として
の酸化ウランおよび／または酸化プルトニウムを収容し
たジルコニウム合金のような適切な材料製の密閉クラッ
ド管で形成された細長い棒で構成される。これらの燃料
棒をいくつかひとまとめにし、開放式管状フロ―チャン
ネルに収容して、別個の取外し可能な燃料集合体すなわ
ちバンドルを形成する。これらの燃料バンドルを充分な
数だけ、直立した円形シリンダに似たマトリックス中に
配列して核分裂反応を持続することが可能な原子炉の炉
心を形成する。この炉心を、冷却剤および中性子減速材
の両方の機能を果たす軽水などの流体中に沈める。
【０００２】典型的な燃料バンドルは一定の間隔をもっ
て並んだひとそろいの燃料棒によって形成されており、
これらの燃料棒は上部タイプレ―トと下部タイプレ―ト
との間で支持されている。これらの燃料棒は通常、長さ
が１０フィ―ト以上、直径が０．５インチ程度であり、
お互いに１インチの数分の一程度ずつ離れている。冷却
剤が燃料棒の間を適度に流れるようにするために、原子
炉の運転中反りや振動（揺れ）を防ぐように正確に制御
された間隔をもった関係に燃料棒同士を維持することが
重要である。したがってこの目的で、燃料バンドルの長
さに沿って適当な間隔で配置された複数の燃料棒スペ―
サが使用されている。
【０００３】そのような燃料棒バンドルスペ―サの設計
に際して考慮すべきこととして、燃料棒同士の間隔の保
持、燃料バンドルの形状保持、燃料棒の熱膨脹の余地、
燃料棒の振動の制限、燃料バンドルの組立て容易性、ス
ペ―サと燃料棒との間の接触領域の最小化、正常時また
は異常時（地震など）の負荷がかかった際のスペ―サの
構造維持、原子炉冷却剤流の乱れと制限の最小化、熱的
限界の最大化、寄生的中性子吸収の最小化、および、オ
―トメ―ション化もふまえた製造コストの最小化があ
る。
【０００４】本出願の譲受人に譲渡されているマツナ―
(Matzner）らの米国特許第４，５０８，６７９号には、
これら設計の問題を処理するために特別に構築された核
燃料棒バンドルスペ―サが開示されており、かつ特許が
請求されている。その開示によると、スペ―サはサポ―
トバンドによって周囲を取囲まれて連結された一組の管
状セルすなわちフェル―ルで形成される。この場合、燃
料バンドルの燃料棒やその他の細長い要素を挿入するた
めの通路となるのは各フェル―ルのボアである。これら
のフェル―ルは互いに、そして周囲のサポ―トバンドに
対してスポット溶接により接合されて構造強度の高い集
合体を形成している。
【０００５】フェル―ルを通って伸延する燃料棒または
要素は中心に向かわせられ、剛性の突起またはストップ
と弾性部材との間で側面から支持されている。この剛性
の突起またはストップは、軸方向における互いの距離を
最大にし、したがって燃料棒支持効果を高めるために、
フェル―ルの上端と下端に近いところにフェル―ル壁の
溝または凹みとして内側に向かって形成されている。
【０００６】弾性部材はほぼ楕円形をした細い連続ル―
プスプリングの形態をとっており、このスプリングは、
隣接する一対のフェル―ルの壁に設けた文字Ｃの形をし
たカットアウトにより形成されている反対方向を向いた
タブによって固定保持される。その結果、各スプリング
部材の２つの側面がそのフェル―ル対のボア内に突出る
ことになる。こうして、一本のスプリングが２つのフェ
ル―ルに作用を及ぼし、燃料棒を偏らせて、フェル―ル
ボア内で燃料棒を中心に向かわしめることによって、軸
方向に離れている２つのストップ対と接触せしめる。
【０００７】スペ―サの設計に関する問題の多くを解決
するためには、原子炉のいかなる運転条件下でも燃料棒
とストップとの接触を維持し、したがってフェル―ルボ
ア内で燃料棒を中心に向けて保つように、スペ―サスプ
リングが燃料棒に及ぼす力が特定の範囲内であることが
重要である。スプリング力が弱いと燃料棒の振動が過度
になり易い。スプリング力が強過ぎると燃料棒の挿入が
妨げられ、挿入中に燃料棒表面が傷付く。このような傷
は将来の腐蝕を成長させる可能性がある。
【０００８】
【発明の概要】したがって、本発明の目的は、燃料バン
ドルに組立てたとき核燃料バンドルのスペ―サスプリン
グが燃料棒に及ぼす力を測定するためのゲ―ジを提供す
ることである。すなわち、本発明のゲ―ジは、燃料棒を
これらを保持するフェル―ル内に挿入する前、スペ―サ
製造の時点でスペ―サのスプリング力を測定できるよう
になっている。したがって、スペ―サを燃料バンドル集
合体で使用する前に、スプリング力が工学的許容範囲内
であるかどうか決定することができる。本発明の測定デ
バイスは関与する測定用機器を収容し、しかも手に持っ
て使用するのが容易なコンパクトサイズである。
【０００９】これらの目的から本発明のスペ―サスプリ
ング力（測定用）ゲ―ジは、ハンドルによって平行で適
当な間隔をもった関係で据付けられる細長いプロ―ブと
アラインメントロッドとを含む。このプロ―ブとアライ
ンメントロッドは燃料棒の公称直径と等しい有効直径を
もっている。したがって、このプロ―ブとアラインメン
トロッドを、複動式スペ―サスプリングが固定保持され
ている一対のフェル―ル中に挿入すると、燃料棒が存在
する様子をシミュレ―ションできる。プロ―ブの内部に
は、プロ―ブ軸と平行して細長いア―ムがその両端の中
間で回転可能なように装着されている。このア―ムの一
方の端はプロ―ブ軸を横切る往復運動用に装着されたプ
ランジャによって作動させられ、一方ア―ムの上端はロ
―ドセルに作用を及ぼす。プランジャの面がスペ―サス
プリングの一面に向かい合っており、スプリングの他の
面にはアラインメントロッドにより隣接するフェル―ル
からの負荷があらかじめかかっているので、スプリング
力がア―ムを介してロ―ドセルに伝達される。ロ―ドセ
ルの電気的応答をハンドルを通るリ―ド線によって取出
してスプリングによって及ぼされる燃料棒に対するセン
タリング力（以下、向心力とする）の大きさを記録す
る。
【００１０】したがって本発明は、以下に記載する構
造、要素の組合せおよび部品の配列のすべての特徴を含
み、その範囲は特許請求の範囲に示した。本発明の特徴
と目的を充分に理解するためには、添付の図面を参照し
ながら以下の詳細な説明を読むとよい。なお、図面中、
類似の部品は対応する番号で示した。
【００１１】
【詳細な説明】図１に１０で示した本発明のスプリング
力ゲ―ジは、核燃料バンドルスペ―サ（１８で示してあ
る）の一対のフェル―ル１４および１６と組合せたスプ
リング１２の燃料棒向心力を測定する位置にあるところ
を示している。このスペ―サの構築の詳細については前
述のマツナ―(Matzner）らの特許（その開示内容を特に
ここで援用しておく）を参照されたい。この特許に関連
して上記したように、スプリング１２はフェル―ル１４
内で作用するひとつの弾性面１２ａとフェル―ル１６内
で作用する第二の弾性面１２ｂを有するほぼ楕円形の複
動式ル―プスプリングである。すなわち、スプリングの
面１２ａはフェル―ル１４を通って挿入される燃料棒
（図示してない）に力を及ぼして内側に向かって形成さ
れたストップ２０に対してその燃料棒を偏らせ（図２に
分かり易く示されている）、その結果フェル―ルボア内
で燃料棒を中心に向かって維持する。スプリングの面１
２ｂはフェル―ル１６を通って挿入される燃料棒に関し
て同じ機能を果たす。ゲ―ジ１０は独特な構造をしてお
り、それぞれのスプリング面１２ａ、１２ｂによって及
ぼされる燃料棒向心力を正確に測定して、そのスプリン
グ力が品質保証基準を満たしているかどうか決定する。
【００１２】すなわち、図１と２に示されているよう
に、ゲ―ジ１０はフェル―ル（図ではフェル―ル１６）
内に挿入される細長い円筒形ボディ２４を有するプロ―
ブ（２２で示す）を含んでいる。このプロ―ブボディの
上端は、マニュアル操作によりこのゲ―ジをスプリング
力測定位置に収容することができるようにハンドル２５
に連結されている。このプロ―ブボディから側方に伸延
するフランジ２６には肩付きボルト３０によって円筒形
アラインメントロッド２８が装着されており、この肩付
きボルトはフランジ内のクリアランスホ―ル３２を通っ
て伸延しており、アラインメントロッド中の皿穴および
タップを立てた軸方向のボア３４内にねじ込まれてい
る。したがって、プロ―ブ２２がフェル―ル１６内に挿
入されるとアラインメントロッド２８はフェル―ル１４
内に挿入される。
【００１３】アラインメントロッドとプロ―ブボディの
直径はそれぞれ燃料棒の公称直径に等しく、したがって
これらをフェル―ルボア内に挿入すると燃料棒が存在す
る場合をシミュレ―ションする。ボルトの頭がフランジ
２６を押し下げるようになる前にボルト３０の肩がボア
３４の肩に当たり、アラインメントロッドがプロ―ブボ
ディに対して少し浮上ったりして動いた場合に備えてい
る。この特徴により、アラインメントロッドとプロ―ブ
ボディの軸が多少平行から外れていても許容される。ア
ラインメントロッドとプロ―ブボディはスプリング１２
によってストップ２０に対して押し当てられ、それぞれ
のフェル―ルボア内の中心の位置にいくようになってい
るからである。
【００１４】プランジャ３６はプロ―ブボディ内に形成
された横方向ボア３８内に受容され、プランジャ内を横
に伸延する穴４２を通り抜けるロ―ルピン４０によって
ゆるく留められている。したがって、プランジャはその
ボア内で限られた往復運動なら自由にすることができ
る。このプランジャの軸方向の位置は、その面４３（燃
料棒の周囲面の曲率に相当する曲率をもっている）がス
プリングの面１２ｂに直面してその作用を受け、一方ス
プリングの面１２ａにはフェル―ル１４内に存在するア
ラインメントロッドにより負荷がかかるような位置にな
っている。こうしてプランジャには、フェル―ル１６内
でスプリングの面１２ｂによって及ぼされる燃料棒向心
力がかかる。
【００１５】この力を測定するために、プロ―ブボディ
には軸方向に伸延するスロット４４が形成されており、
このスロットはその下端で横方向ボア３８に開口してい
る。このスロット４４に収容されている細長いア―ム４
６は、その長さ方向の中央の点でロ―ルピン４８により
回転自在にプロ―ブボディに装着されている。このア―
ムの下端はプランジャ内に形成されたスロット５０内に
伸延して、このスロットの底面でプランジャと係合する
接触面を呈している。ア―ムの上端は、ミニロ―ドセル
５２のチップ５１と係合するような位置にある。このミ
ニロ―ドセルは、プロ―ブボディ内で横方向にタップを
立てて形成されたボア５４内にねじ込まれている。この
ロ―ドセルは通常のボタン型ストレインゲ―ジタイプの
ものでよく、たとえば米国コネチカット州スタンフォ―
ド(Stamford)のオメガ・エンジニアリング(Omega Engin
eering）から入手できるオメガ(Omega）モデルＬＣＫ−
２５がある。
【００１６】したがって、スプリングの面１２ｂによっ
てプランジャ３６にかけられる燃料棒向心力が回転ア―
ム４６によってロ―ドセル５２に正確に伝達されること
が分かる。その結果得られるロ―ドセルチップ５１の振
れはスプリング力に比例する電気信号に直され、この電
気信号はハンドル２５を介する電線５６によって力の読
取り機５８に供給される。あるいは、ロ―ドセル信号を
デ―タ処理システムに供給してもよく、このシステムで
は電気信号をコンピュ―タで処理し、後に各スペ―サに
対するスプリング力とスプリング位置をプリントアウト
するために記録する。ロ―ドセルがねじ込みにより装着
されているため、ロ―ドセルチップの横方向の位置を較
正の目的で調節することができ、異なる公称直径の燃料
棒に対するプランジャの位置を調節することができる。
【００１７】本発明のゲ―ジの構造について補足する。
Ｌ字形のスペ―サカバ―は、ねじ６１によりプロ―ブボ
ディ２４に固定された垂直部６０と、アラインメントロ
ッド２８とプロ―ブボディの円筒部が貫通して伸延する
穴６３を有する側部６２とを含んでいる。この側部はフ
ェル―ルの上端に係合することによって間隔保持機能を
果たしてアラインメントロッド‐プロ―ブ挿入の深さを
制御し、したがって測定すべき燃料棒向心力を及ぼすス
プリング面とプランジャ面とが確実に適切な配列をとる
ことになる。
【００１８】こうして本発明は、核燃料バンドルスペ―
サの多数のフェル―ルに連続して便利に挿入して各フェ
ル―ル内で作用する燃料棒を中心に向かわしめるスプリ
ング力を正確に測定できるコンパクトな可搬ゲ―ジを提
供する。この品質保証試験は迅速に実施することがで
き、核燃料バンドルで使用するスペ―サをその製造段階
で評価することができる。
【００１９】以上の詳細な説明から明らかなように本発
明の目的は有効に達成され、また、記載した構造に多少
の変更を行なうことが可能であるから詳細に関する問題
は単なる例示を意図したものであって限定する意味はま
ったくない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のひとつの具体例に従って構築した核燃
料バンドルのスペ―サのスプリング力ゲ―ジの一部を断
面で表わした立面図である。
【図２】図１の２−２線に沿ってみた断面図である。
【符号の説明】
１０ 本発明のスプリング力測定用ゲ―ジ、 １２ スプリング、 １４、１６ フェル―ル、 ２２ プロ―ブ、 ２５ ハンドル、 ２８ アラインメントロッド、 ３６ プランジャ、 ４６ 細長いア―ム、 ５２ ミニロ―ドセル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・カーター・ピータース アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウイルミントン、リバー・ロード、6612番 (72)発明者 ウイリアム・ベツクウイズ・ガイロード， ジユニア アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウイルミントン、カメリア・ドライブ、 2309番 (72)発明者 ロバート・キース・ウイリアムス アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウイルミントン、カロリナ・ビーチ・ロー ド、7413番

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なるフェル―ル対と共にバンドルスペ
    ―サ内に組立てられた複動式スプリングが核燃料バンド
    ルに組立てられた燃料棒に及ぼすセンタリング力を測定
    するためのゲ―ジであって、各スプリングが、各対の第
    一フェル―ル内で作用する第一の弾性側部と、各対の第
    二フェル―ル内で作用する第二の弾性側部とをもってお
    り、前記ゲ―ジが、 （Ａ）選択されたフェル―ル対の第一フェル―ル中に挿
    入されて燃料棒の存在をシミュレ―トし、したがってそ
    のフェル―ルと共に組立てられたスプリングの第一の側
    部に負荷をかけるアラインメントロッドと、 （Ｂ）選択されたフェル―ル対の第二フェル―ル中に挿
    入されて燃料棒の存在をシミュレ―トするプロ―ブであ
    って、スプリングの第二の側部と機械的に結合して、第
    二フェル―ルを通して挿入される燃料棒に対してスプリ
    ングが及ぼすと考えられるセンタリング力を指示する、
    力応答デバイスを含んでいるプロ―ブとを組合せて含ん
    でいるゲ―ジ。
  2. 【請求項２】 前記アラインメントロッドと前記プロ―
    ブが燃料棒の公称直径に等しい有効直径をもっている、
    請求項１記載のゲ―ジ。
  3. 【請求項３】 さらに、前記アラインメントロッドと前
    記プロ―ブを共に平行な間隔をもった関係で据付けるハ
    ンドルも含んでいる、請求項２記載のゲ―ジ。
  4. 【請求項４】 前記力応答デバイスがロ―ドセルであ
    る、請求項３記載のゲ―ジ。
  5. 【請求項５】 前記ロ―ドセルがスプリングの力に比例
    する電気信号を発生し、前記ゲ―ジがさらに、前記ロ―
    ドセルと電気的に接続されており、かつ前記電気信号に
    応答して、スプリングの前記第二側部により及ぼされる
    力を指示する手段を含んでいる、請求項４記載のゲ―
    ジ。
  6. 【請求項６】 前記プロ―ブがさらに、その挿入時に第
    二フェル―ルの軸と実質的に平行に配向された軸を有す
    るボディと、前記ボディ軸に対して横方向に動けるよう
    に前記ボディに設けられ燃料棒の周囲表面部分をシミュ
    レ―トする面をもっているプランジャとを含んでおり、
    前記プランジャ面がスプリング第二側部と係合するよう
    に配置されている、請求項２記載のゲ―ジ。
  7. 【請求項７】 前記プロ―ブがさらに第一の端と第二の
    端を有する細長いア―ムを含んでおり、前記ア―ムが前
    記第一端と第二端との中間で回転可能に前記プロ―ブボ
    ディに装着されており、前記第一ア―ム端が前記プラン
    ジャに係合すると共に前記第二ア―ム端が前記力応答デ
    バイスに係合し、それにより、スプリングの第二側部に
    よって及ぼされるセンタリング力が前記ア―ムによって
    前記力応答デバイスに伝えられる、請求項６記載のゲ―
    ジ。
  8. 【請求項８】 前記力応答デバイスがロ―ドセルであ
    る、請求項７記載のゲ―ジ。
  9. 【請求項９】 前記ロ―ドセルが、前記ボディ軸に対し
    て横方向の関係で前記プロ―ブボディ内にタップを立て
    て形成されたボア内にねじ込まれて係合しており、前記
    ロ―ドセルの横方向の位置を調節でき、したがってスプ
    リングの第二側部により係合される前の前記プランジャ
    の横方向の位置を調節できる、請求項８記載のゲ―ジ。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記アラインメントロッドと
    前記プロ―ブを共に平行な間隔をもった関係で据付ける
    ハンドルも含んでいる、請求項９記載のゲ―ジ。
  11. 【請求項１１】 前記アラインメントロッドが前記プロ
    ―ブに対して限られた浮動運動が可能なように前記プロ
    ―ブボディに装着されている、請求項１０記載のゲ―
    ジ。
  12. 【請求項１２】 前記ロ―ドセルがスプリングの力に比
    例する電気信号を発生し、前記ゲ―ジがさらに、前記ロ
    ―ドセルと電気的に接続されており、かつ前記電気信号
    に応答して、スプリングの前記第二側部により及ぼされ
    る力を指示する手段を含んでいる、請求項１０記載のゲ
    ―ジ。
JP4033902A 1991-02-25 1992-02-21 核燃料バンドルに組み立てられた燃料棒に及ぼすセンタリング力を測定するゲージ Expired - Lifetime JPH087275B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/659,664 US5215705A (en) 1991-02-25 1991-02-25 Nuclear fuel bundle spacer spring force gauge
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JPH0587976A true JPH0587976A (ja) 1993-04-09
JPH087275B2 JPH087275B2 (ja) 1996-01-29

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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EP (1) EP0501663B1 (ja)
JP (1) JPH087275B2 (ja)
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