JPH06300886A - 核燃料バンドルスペーサ用のばね定数測定器 - Google Patents

核燃料バンドルスペーサ用のばね定数測定器

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JPH06300886A
JPH06300886A JP6026394A JP2639494A JPH06300886A JP H06300886 A JPH06300886 A JP H06300886A JP 6026394 A JP6026394 A JP 6026394A JP 2639494 A JP2639494 A JP 2639494A JP H06300886 A JPH06300886 A JP H06300886A
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spring
ferrule
probe
measuring device
load cell
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JP6026394A
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Jr William B Gaylord
ウイリアム・ベックウィズ・ガイロード，ジュニア
Donald F Butzin
ドナルド・フレドリック・バッズィン
Robert K Williams
ロバート・キース・ウイリアムス
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 核燃料バンドルのスペーサ中に含まれる各々
のフェルール対と共に組立てられて燃料棒をフェルール
の中心に付勢する複動ばねのばね定数を測定するに適し
た測定器を提供する。 【構成】 フェルール(14,16) 内に、ハンドル(25)によ
り担持されて挿入される位置合せ棒(28)及びプローブ(2
4)を含む測定器(10)が提供される。位置合せ棒(28)がフ
ェルール(16)内に突出したばね(12)の一方のばね脚(12
b) に荷重を加え、他方のばね脚(12a) はプローブ(24)
内のロードセル(52)に燃料棒押心力を及ぼす。セル(52)
に作用するマイクロメータ(56)により他方のばね脚(12
a) に様々なたわみ量(68)が付与され、ロードセル(52)
からの「ばね力」及びマイクロメータからの「たわみ量
(68)」を用いてばね定数が算出且つ表示(74)される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核燃料バンドルのスペ
ーサ中に含まれる複動ばね(double-action spring)のば
ね定数を測定するための測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】原子炉は公知のエネルギー源である。あ
る種の原子炉においては、核燃料は適当な材料（たとえ
ば、ジルコニウム合金）製の密閉被覆管の内部に核燃料
物質として酸化ウランおよび（または）酸化プルトニウ
ムを収容して成る細長い燃料棒の形態を有している。多
数のかかる燃料棒を集合させかつ両端の開いた筒状のチ
ャネル内に収容することにより、独立に着脱可能な核燃
料バンドルが形成される。概して正円柱の形状を成すよ
うにして十分な数のかかる核燃料バンドルをマトリクス
状に配列することにより、核分裂反応を持続させること
の可能な炉心が形成される。かかる炉心は、冷却材兼中
性子減速材として役立つ液体（たとえば、通常の水[lig
ht water] ）中に沈められている。
【０００３】典型的な核燃料バンドルは、上部タイプレ
ートと下部タイプレートとの間において互いに離隔した
状態で支持された一群の燃料棒を含んでいる。通例、か
かる燃料棒は１０フィートを越える長さおよび約1/2 イ
ンチの直径を有し、かつ数分の１インチの間隔で互いに
離隔している。かかる燃料棒に沿って適正な冷却材の流
れを得るためには、原子炉の運転に際して弓そりや振動
を防止するようにして正確に制御された離隔状態に燃料
棒を維持することが重要である。このような目的のた
め、核燃料バンドルの長さ方向に沿って所定の間隔で配
置された複数の燃料棒スペーサが使用されている。
【０００４】かかる燃料棒スペーサの設計に際して考慮
すべき事項としては、燃料棒間隔を維持すること、核燃
料バンドルの形状を維持すること、燃料棒の熱膨張を許
すこと、燃料棒の振動を制限すること、核燃料バンドル
の組立てが容易であること、スペーサと燃料棒との接触
面積を最小にすること、正常な荷重および異常な荷重
（たとえば、地震時の荷重）の下でスペーサ構造の一体
性を維持すること、原子炉冷却材の流れのゆがみや制限
を最少限に抑えること、熱的限界をできるだけ高くする
こと、寄生的な中性子吸収を最少限に抑えること、およ
び自動化生産への適応を含めて製造費をできるだけ安く
することが挙げられる。
【０００５】本発明の場合と同じ譲受人に譲渡されたMa
tzner 等の米国特許第４５０８６７９号には、これらの
設計上の問題を解決し得る特異な構造を有する燃料棒ス
ペーサが開示されている。かかるスペーサは、核燃料バ
ンドルの燃料棒またはその他の細長い構成要素を挿入す
るための通路をそれぞれに規定する一群の互いに結合さ
れた管状セルまたはフェルールを周囲の支持バンドによ
って包囲したものから成っている。これらのフェルール
は互いにスポット溶接されていると共に、周囲の支持バ
ンドにもスポット溶接され、それによって高い強度を持
った集合体が形成されている。
【０００６】フェルールを通って延びる燃料棒またはそ
の他の構成要素は、剛性の突起またはストップと弾性部
材との間において側方から支持され、それによってフェ
ルールの中心に配置されている。上記のごときストップ
は、フェルール側壁の一部を内側に向けて溝状またはく
ぼみ状に突出させることによって形成されている。な
お、ストップ間の軸方向距離をできるだけ大きくして燃
料棒の支持力を高めるため、かかるストップはフェルー
ルの上端および下端の近くに設けられている。
【０００７】上記のごとき弾性部材は、概して楕円形の
形状を有する細い連続したループばねから成っている。
かかるばねは１対の互いに隣接したフェルールの側壁に
設けられたＣ字形の切抜きによって形成される互いに逆
向きのタブにって捕捉されている結果、該ばねの２本の
ばね脚はフェルール対を構成するそれぞれのフェルール
の内部に突出している。このように、１個のばねが２個
のフェルール内において燃料棒を軸方向に沿って離隔し
た２対のストップに押付け、それによりそれぞれのフェ
ルール内において燃料棒を中心に配置するためにに役立
つのである。１９９１年２月２５日に提出されかつ本発
明の場合と同じ譲受人に譲渡された、「核燃料バンドル
スペーサ用のばね力測定器」と称する米国特許出願第０
７／６５９６６４号には、製造されたスペーサを原子炉
において使用するのに先立つ品質保証検査の一環とし
て、Matzner 等の複動ばねの２本のばね脚が燃料棒に及
ぼす押心力(centering forces)を測定するための測定器
が開示されている。これらのばねの一体性はまた、原子
炉の運転時または燃料交換時においても検査することが
望ましい。なお、長期間にわたる高温および放射線への
暴露によってこれらのばねの有用性が損なわれたかどう
かを判定するための最も信頼し得る検査方法としては、
それらのばね定数（すなわち、ばね力とばねのたわみ量
との比）を測定すればよいことが判明している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、核燃
料バンドルにおいて使用されるスペーサ内に組込まれた
燃料棒圧迫用の複動ばねのばね定数を測定するという品
質保証用途のために適した測定器を提供することにあ
る。本発明のその他の目的および利点は、部分的には以
下の説明中に明記されており、また部分的には以下の説
明を読むことによって自ずから明らかとなるはずであ
る。本発明のこれらの目的および利点は、前記特許請求
の範囲中に明確に記載された構成要素およびそれらの組
合せによって実現されかつ達成される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、上記の
ごとき目的を達成するため、核燃料バンドルのスペーサ
中に含まれる各々のフェルール対と共に組立てられ、か
つ該フェルール対を構成する一方のフェルール内に突出
して燃料棒押心力を及ぼす第１の弾性ばね脚および該フ
ェルール対を構成する他方のフェルール内に突出して燃
料棒押心力を及ぼす第２の弾性ばね脚を有する複動ばね
のばね定数を測定するための測定器が提供される。かか
る測定器は、特定のフェルール対を構成する一方のフェ
ルール内に挿入されて燃料棒の存在を模擬し、それによ
ってばねの第１の弾性ばね脚に荷重を加えるために役立
つ位置合せ棒を含んでいる。かかる測定器はまた、特定
のフェルール対を構成する他方のフェルール内に挿入さ
れて燃料棒の存在を模擬するために役立つプローブをも
含んでいる。
【００１０】上記のプローブ内には、ばねの第２の弾性
ばね脚によって及ぼされる燃料棒押心力の作用を受ける
力測定装置が設けられている。また、ばねの第２の弾性
ばね脚に様々な測定されたたわみ量を付与するために役
立つたわみ測定装置も設けられている。力測定装置から
得られたバネ力の読みおよびたわみ測定装置から得られ
たばねのたわみ量の読みは、ばね定数表示装置に送られ
る。
【００１１】上記の一般的な説明および下記の詳細な説
明はいずれも例示および説明を目的としたものに過ぎな
いのであって、前記特許請求の範囲によって規定される
本発明の範囲を制限するものではない。本明細書の一部
を成す添付の図面は本発明の実施の一態様を図示するも
のであって、これは以下の説明と共に本発明の原理を説
明するために役立つ。図面全体を通じ、同じ構成要素は
同じ参照番号によって表わされている。
【００１２】
【実施例】先ず図１を見ると、核燃料バンドルのスペー
サ１８を構成する１対のフェルール１４および１６と共
に組立てられたばね１２のばね定数を測定するための状
態にある本発明のばね定数測定器１０が示されている。
スペーサ構造の詳細については、前述のごときMatzner
等の米国特許を参照されたい。Matzner 等の特許に関連
して上記に述べた通り、ばね１２はフェルール１４内に
おいて作用する第１の弾性ばね脚１２ａおよびフェルー
ル１６内において作用する第２の弾性ばね脚１２ｂを有
する概して楕円形の複動ループばねである。すなわち、
図２に最も良く示されるごとく、ばね脚１２ａはフェル
ール１４内に挿入された燃料棒（図示せず）に力を及ぼ
してそれを内方に突出したストップ２０に対して押付
け、それによって燃料棒をフェルールの内腔の中心に維
持するために役立つ。また、ばね脚１２ｂはフェルール
１６内に挿入された燃料棒に対して同様な作用を及ぼ
す。測定器１０は、ばね１２が品質保証基準に適合する
かどうかを判定するため、個々のばね脚１２ａおよび１
２ｂのばね定数の正確な測定を可能にする特異な構造を
有している。
【００１３】詳しく述べれば、図１および２に示される
ごとく、測定器１０はフェルール（この場合にはフェル
ール１４）内に挿入するために役立つ垂下式の円柱状プ
ローブ２４を有する測定器本体２２を含んでいる。測定
器本体２２の上端にはハンドル２５が連結されていて、
それを操作することによって測定器１０を手動的または
自動的にばね定数測定位置に配置することができる。測
定器本体２２からは一体フランジ２６が横方向に延びて
いるが、これは円柱状の位置合せ棒２８を取付けるため
に役立つ。かかる位置合せ棒２８は、フランジ２６に設
けられた隙間穴３２を貫通して延びる肩付きボルト３０
を位置合せ棒２８の軸方向に沿って設けられた段付きの
ねじ穴３４にねじ込むことによって取付けられている。
その結果、プローブ２４をフェルール１４内に挿入する
際には位置合せ棒２８がフェルール１６内に挿入される
ことになる。
【００１４】プローブ２４および位置合せ棒２８の直径
は燃料棒の公称直径にそれぞれ等しく、従ってそれらを
フェルール内に挿入することは燃料棒の存在を模擬する
ものである。ボルト３０をねじ込んだ場合、それの頭部
がフランジ２６を締付ける前にそれの肩がねじ穴３４の
肩に突当たる結果、位置合せ棒２８は測定器本体２２に
対して僅かに浮動し得る状態にある。このような構成に
より、ばね１２がプローブ２４および位置合せ棒２８を
ストップ２０に対して押付けてそれらをそれぞれのフェ
ルール内腔の中心に配置した際、プローブ２４および位
置合せ棒２８の中心軸同士が平行状態から僅かに逸脱し
ているような場合にも十分に対処し得ることになる。
【００１５】プローブ２４中に設けられた内腔３８の内
部には、プローブ２４の中心軸３９に対して垂直に配置
されたプランジャ３６が収容されている。かかるプラン
ジャ３６は、それを横断して設けられた細長い穴４２を
貫通するロールピン４０によって内腔３８の内部にゆる
く捕捉されている。すなわち、プランジャ３６は内腔３
８の内部において一定の範囲内で自由に往復し得るので
ある。プランジャ３６の軸方向は、燃料棒の外周面の曲
率と一致する曲率を持ったそれの作用面４３がばね１２
のばね脚１２ａに対面してそれの作用を受けるようにな
っている。その間、ばね１２のばね脚１２ｂはフェルー
ル１６内に存在する位置合せ棒２８による荷重を受ける
ことになる。このようにして、プランジャ３６はフェル
ール１４内に突出したばね脚１２ａが及ぼす燃料棒押心
力を受けるのである。
【００１６】プローブ２４を含めた測定器本体２２に
は、下端において横方向の内腔３８に通じる軸方向の細
長い溝穴４４が設けられている。かかる溝穴４４は、中
央部においてロールピン４８により測定器本体２２に旋
回可能に取付けられた細長いアーム４６を収容するため
に役立つ。アーム４６の下端はプランジャ３６に設けら
れた溝穴５０内に延び、そしてそれの接触面が溝穴５０
の底面においてプランジャ３６と係合している。アーム
４６の上端は、測定器本体２２中に設けられた横方向の
内腔５４の内部に滑動可能に収容された小形のロードセ
ル５２の先端５１と係合するように配置されている。こ
のロードセル５２は、アメリカ合衆国コネティカット州
スタムフォード市所在のオメガ・エンジニアリング(Ome
ga Engineering) 社から入手し得るオメガＬＣＫ−２５
型のごとき通常のボタン形ひずみゲージタイプのもので
あればよい。
【００１７】測定器本体２２には、それに設けられたね
じ穴６０とかみ合うおねじを有しかつマイクロメータ５
６のねじ込みつば６２と係合するめねじを有するブシュ
５８によってマイクロメータ５６が取付けられている。
マイクロメータ５６のスピンドル６４は内腔５４の内部
に同軸的に延び、そしてロードセル５２の後端に接触し
ている。マイクロメータ５６のシンブル６６を回転させ
れば、公知のごとくにしてスピンドル６４の伸長度が調
整され、それによって内腔５４の内部におけるロードセ
ル５２の位置を直線的に変化させることができる。旋回
式のアーム４６によって生み出される機械的結合作用に
より、内腔５４の内部におけるロードセル５２の直線的
位置の変化に対応して内腔３８の内部におけるプランジ
ャ３６の直線的位置が変化し、その結果としてばね１２
のばね脚１２ａのたわみ量が変化する。先ず最初に、た
わみ量がゼロになるようにマイクロメータ５６を容易に
較正することができる。そのためには、ロードセル５２
の出力が低下してばね力の読みがゼロになるまでスピン
ドル６４の伸長度を変化させればよい。次いで、シンブ
ル６６を回転させることによってばね１２のばね脚１２
ａに一定の測定されたたわみ量が付与され、そしてロー
ドセル５２からばね力の読みが求められる。その際に
は、複数のたわみ量におけるばね力の読みを求めて解析
することにより、ばね１２のばね脚１２ａおよび１２ｂ
のそれぞれについてばね定数（すなわち、ばね力または
ばね荷重とばねのたわみ量と比）の適正な値を求めるこ
とが好ましい。
【００１８】図１に示されるごとく、ばねのたわみ量は
マイクロメータ５６のディスプレイ６８から読取ること
ができる。とは言え、特に「ホットセル」内におけるば
ね力測定の場合には、ロードセル５２によるばね力測定
値およびマイクロメータ５６によるばねのたわみ量測定
値はそれぞれリード線７０および７２を通して遠隔のば
ね定数表示装置７４に伝送されることが好ましい。測定
位置間における測定器１０の移動およびマイクロメータ
５６のシンブル６６の回転は、手動制御式の操作装置ま
たは自動制御式の「ピック・アンド・プレイス」ロボッ
ト装置によって達成される。本発明において使用するた
めに特に適したマイクロメータは、アメリカ合衆国ニュ
ージャージー州パラマス市所在のミツトヨ(Mitutoyo)社
から入手し得る３５０−７１２系列のディジマチックマ
イクロメータヘッドである。
【００１９】単純なばね定数表示装置の代りに、ロード
セル５２およびマイクロメータ５６からの読みをデータ
収集装置に送ってそれらの処理および記録を行い、そし
てスペーサ１８内における位置によって識別された個々
のばねのばね定数を以後に印字することもできる。最後
に、ねじ７８によって測定器本体２２に固定された垂直
部分７６と、プローブ２４および位置合せ棒２８が通過
する穴８２を有する水平部分８０とを含むＬ字形の測定
器カバーが設けられている。水平部分８０は、フェルー
ルの上端と係合することによってスペーサ機能を果た
す。すなわち、それはプローブ２４および位置合せ棒２
８の挿入の深さを調節し、それによってプランジャ３６
の作用面４３がばね定数を測定すべきばね脚１２ａと正
しく整列するようにするのである。
【００２０】このように本発明は、核燃料バンドルのス
ペーサを構成する多数のフェルール内に順次に挿入し、
そしてそれぞれのばねのばね定数を正確に測定するため
に役立つコンパクトな測定器を提供するものである。か
かる品質保証検査は、原子炉内におけるスペーサの使用
可能性を判定するため迅速に実施することができる。本
明細書中に開示された本発明の説明を考察すれば、その
他の変更態様が可能であることは当業者にとって自明で
あろう。それ故、上記の説明は例示を目的としたものに
過ぎないのであって、本発明の真の範囲はもっぱら前記
特許請求の範囲によって規定されることを理解すべきで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一態様に従って製造された核燃
料バンドルスペーサ用のばね定数測定器の部分断面立面
図である。
【図２】図１中の線２−２に関する拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ばね定数測定器 １２ ばね １２ａ 第１の弾性ばね脚 １２ｂ 第２の弾性ばね脚 １４ フェルール １６ フェルール １８ スペーサ ２０ ストップ ２２ 測定器本体 ２４ プローブ ２５ ハンドル ２８ 位置合せ棒 ３６ プランジャ ３８ 内腔 ３９ プローブの中心軸 ４３ 作用面 ４４ 溝穴 ４６ アーム ５２ ロードセル ５４ 内腔 ５６ マイクロメータ ６４ スピンドル ６６ シンブル ６８ ディスプレー ７４ ばね定数表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・フレドリック・バッズィン アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウィルミントン、ノッティンガム・レー ン、322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、 ウィルミントン、カロライナ・ビーチ・ロ ード、7413番

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 核燃料バンドルのスペーサ中に含まれる
    各々のフェルール対と共に組立てられ、かつ該フェルー
    ル対を構成する第１のフェルール内に突出して燃料棒押
    心力を及ぼす第１の弾性ばね脚および該フェルール対を
    構成する第２のフェルール内に突出して燃料棒押心力を
    及ぼす第２の弾性ばね脚を有する複動ばねのばね定数を
    測定するための測定器において、 特定のフェルール対を構成する第１のフェルール内に挿
    入されて燃料棒の存在を模擬し、それによって前記特定
    のフェルール対と共に組立てられたばねの第１の弾性ば
    ね脚に荷重を加えるために役立つ位置合せ棒、 前記特定のフェルール対を構成する第２のフェルール内
    に挿入されて燃料棒の存在を模擬するために役立つプロ
    ーブ、 前記ばねの前記第２の弾性ばね脚と機械的に結合された
    状態で前記プローブ内に配置され、そして前記第２のフ
    ェルール内において前記ばねの前記第２の弾性ばね脚が
    及ぼす燃料棒押心力の大きさを表示するために役立つ力
    測定装置、 前記ばねの前記第２の弾性ばね脚と機械的に結合され、
    そして前記ばねの前記第２の弾性ばね脚に様々な測定さ
    れたたわみ量を付与するために役立つたわみ測定装置、 前記力測定装置および前記たわみ測定装置に応答して前
    記ばねの前記第２の弾性ばね脚のばね定数を表示するた
    めの役立つばね定数表示手段、 から成る測定器。
  2. 【請求項２】 前記力測定装置がロードセルである請求
    項１記載の測定器。
  3. 【請求項３】 前記たわみ測定装置がマイクロメータで
    ある請求項１記載の測定器。
  4. 【請求項４】 前記ロードセルが前記ばねの前記第２の
    弾性ばね脚によって及ぼされる燃料棒押心力を表わす第
    １の電気信号を発生し、前記たわみ測定装置が前記ばね
    の前記第２の弾性ばね脚のたわみ量を表わす第２の電気
    信号を発生し、かつ前記ばね定数表示手段が前記第１お
    よび第２の電気信号を受信するように接続されている請
    求項２記載の測定器。
  5. 【請求項５】 前記たわみ測定装置がマイクロメータで
    ある請求項４記載の測定器。
  6. 【請求項６】 前記ロードセルが段階的な直線運動を行
    い得るようにして前記プローブに取付けられており、ま
    た前記マイクロメータが前記ロードセルに係合して前記
    ロードセルの直線運動を生み出しかつ前記ばねの前記第
    ２の弾性ばね脚に測定されたたわみ量を付与するために
    役立つスピンドルを含む請求項５記載の測定器。
  7. 【請求項７】 前記プローブがそれを挿入した前記第２
    のフェルールの中心軸と実質的に平行に配置された中心
    軸を有すると共に、燃料棒の外周面の一部を模擬しかつ
    前記ばねの前記第２の弾性ばね脚と係合するように配置
    された作用面を有するプランジャが前記プローブの前記
    中心軸に対して垂直に運動し得るようにして前記プロー
    ブに取付けられている請求項６記載の測定器。
  8. 【請求項８】 前記プローブが第１および第２の端部を
    有する細長いアームを含んでいて、前記アームは前記第
    １および第２の端部の中間点において前記プローブに対
    し旋回可能に取付けられており、前記アームの前記第１
    の端部は前記プランジャに係合すると共に前記アームの
    前記第２の端部は前記ロードセルの第１の端部に係合し
    ており、かつ前記ロードセルの前記第１の端部の反対側
    に位置する第２の端部には前記マイクロメータの前記ス
    ピンドルが係合している請求項７記載の測定器。
  9. 【請求項９】 前記ロードセルが前記プローブの前記中
    心軸に対して垂直に配置された前記プローブの内腔の内
    部に滑動可能に収容されている請求項８記載の測定器。
  10. 【請求項１０】 前記位置合せ棒、前記プローブおよび
    前記マイクロメータを共通に取付ける手段が追加包含さ
    れる請求項９記載の測定器。
JP6026394A 1993-02-25 1994-02-24 核燃料バンドルスペーサ用のばね定数測定器 Pending JPH06300886A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US022233 1993-02-25
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