SE430931B - Sett att kontrollera gastrycket i en kapslad brenslestav - Google Patents

Description

40 7%Û9478-6 2 upprätthålles. Det är vidare på grund av objektens kost- nadsmässigt relativt höga värde betydelsefullt att prov- ningen är icke-förstörande.

Den väsentliga svårigheten vid icke-förstörande mätning av bränslestavars inre tryck ligger i att mätningen måste genomföras med mycket stor precision. Typiska speci- fikationer för tillverkning av kärnbränslestavar föreskri- ver trycksättning av stavarna till cirka 3,5 MPa och innehållande av toleransgränsen É 0,1 MPa från detta värde.

Kvalitetskontrolltekniker eftersträvar dock i allmänhet cirka 10 gånger bättre precision vid sina kontroller, dvs cirka ï o,o1 Mrs. 3,5 MPa som i det anförda exemplet, motsvarar avvikelsen För en bränslestav med inre trycket 0 0,01 MPa en precision av cirka 0,3 s av mätvärdet. Försök att utföra så exakta mätningar utan ingrepp i mätobjektet har icke blivit helt framgångsrika. Ett alternativ är emellertid att ta hål i bränslestaven, genomföra en exakt tryckmätning och därefter svetsa igen hålet tätt.

Ehuru det är möjligt att ta hål i bränslestaven och låta dess gasinnehåll strömma ut i en kammare av känd volym, blir tryckmätningen ändå svår att genomföra, eftersom sta- vens hâlrumsvolym inte är känd med bättre precision än cirka É zo %. fordrar därför efterföljande bestämning också av stavens Tryckavlastning av staven i en känd volym inre hålrumsvolym. sätt, t ex genom förnyad trycksättning av staven till känt tryck utan förslutning av densamma och tryckavlastning i en kammare av känd volym eller genom att utnyttja en två- faldig tryckavlastningsteknik, varvid den sammanlagda voly- men i bränslestav och kammare tryckutjämnas med en andra kammare av känd volym. Sådana metoder är emellertid tids- ödande och gér icke tillräcklig precision för stickprovs- mässig kontroll av om ett parti bränslestavar håller det i specifikationerna stipulerade, inre gastrycket. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en enkel metod för noggrann bestämning av gas- trycket i en kapslad kärnbränslestav.

Enligt uppfinningen löses denna uppgift genom att en ände av den kapslade, till ett nominellt börvärde med gas trycksatta bränslestaven tätt förbindes med en borrkammare _. __.____..ï:___.__.-.-..

En sådan kan utföras på ett antal olika' 3 78Û94?8'6 som är trycksatt till det nominella trycket, varefter stav- änden inuti borrkammaren genomborras så att förbindelse öppnas mellan stavens inre och borrkammaren och det efter tryckutjämning i borrkammaren uppkommande tryckets av- vikelse från det nominella trycket mätes såsom ett mått på det i bränslestaven före håltagningen rådande inre trycket.

Skillnaden mellan det i borrkammaren sålunda uppkommande sluttrycket och bränslestavens nominella inre tryck är direkt proportionellt mot skillnaden mellan bränslesta- vens inre tryck och det nominella.

Uppfinningens idé klargöres genom följande beskriv- ning av dess väsentliga beståndsdelar i följande exempel i anslutning till bilden, Fig l och 2, föreställande scheman över system för mätning av bränslestavtryck med komponenter lämpliga för tryckskillnadsmätning enligt uppfinningen.

Eftersom effektiviteten vid borrning med laser- stråle avtar starkt vid förhöjt tryck, är metoden enligt föreliggande uppfinning så utformad, att håltagningen i bränslestaven utföres vid atmosfärstryck under bibehållande av den precision som möjliggörs genom tryckskillnadsmätning.

Heliumgas matas till en tryckkammare 10, försedd med en magnetventil 12 på inloppssidan och en magnetventil 14 på utloppssidan, ansluten till en borrkammare 16. En bränsle- stav 18, vars inre tryck skall kontrolleras, innehåller bränslekutsar och har på känt sätt bibringats ett inre gas- tryck av cirka 3,5 MPa. Bränslestavens gasinnehâll utström- mar i borrkammaren 16 då stavens kapselände genomborras av en laserstråle som via ett fönster 19 i borrkammarens gavel riktas mot kapseländen. Tryckgivaren 20 avkänner system- trycket och en magnetventil 22 sköter tömningen av tryck- kammaren 10 eller borrkammaren 16 via filtret 24 till om- givningen.

Vid tillverkningen laddas bränslestaven till ett nominellt tryck av cirka 3,5 MPa, vanligen via ett centralt hål 26 i en ändplugg 28 av staven, och hålet förslutes ge- nOm svetsning, så att den i kapseln befintliga gasmassan kvarhålles. Eftersom man vid kvalitetskontroll av ett par- ti bränslestavar måste undersöka om dessa är laddade med gas till avsett tryck och är täta, tar man ut representativa 78~¥Û9å478-6 _ y4 prov ur partiet och testar dessa. Änden av en sålunda ut- vald bränslestav placeras i borrkammaren 16 så som visas i bilden och beskrives ovan.- Det verkliga trycket i bränslestaven mätes nog- grant genom mätning av en tryckskillnad. I det ovan be- skrivna systemet känner man det nominella trycket i bränslestaven (börvärdet) med rimlig säkerhet, förutsatt att staven från början har laddats korrekt och förslutits tätt . under det ventilen 22 hålles stängd, så att tryck- och borrkamrarna 10 och 16 långsamt fylls med helium till ett Vid själva mätningen öppnas ventilerna 12 och 14 tryck PB som med en digital potentiometer (icke visad i bilden) inställes till 1,6 gånger det nominella inre bränslestavtrycket. .Då det förutbestämda, medelst tryck- givaren 20 inställda trycket har uppnåtts, avstänger tilloppsventilen 12 vidare heliumtillförsel, och lika tryck inställer sig i tryck- och borrkammare. Därefter stänger ventilen 14 och öppnar ventilen 22, så att borr- kammarens övertryck avlastas till omgivningen. Utlopps- ventilen stänger åter och sluter därmed tryckkammaren 10. Ändamålet med detta förfarande är att kontrollera att det tryck P0 tryck- och borrkammare är lika med bränslestavens nominella som uppkommer i de sammanlagda volymerna av inre tryck. Vid behov justeras trycket, och kontrollen upprepas tills överensstämmelse i tryck uppnås.

Innan bränslestavens ändplugg genomborras och sta- ovens gasinnehåll töms till den tomma borrkammaren, laddas tryckkammaren, som är ett hjälporgan, till ett tryck högre än det nominella, t ex 1,6 gånger bränslestavens nominella inre tryck. Mottrycket är så valt att det vid tryckutjäm- ning med borrkammaren ger ett sluttryck i de båda kamrarna lika med bränslestavens nominella inre tryck. Såsom ovan nämnts, avlastas borrkammarens övertryck därpå till omgiv- Sedan'hål upptagits i bränslestaven och dess övertryck avlastats till ningen, varefter utloppsventilen åter stängs. borrkammaren, öppnas ventilen l4, och tryckkammaren avlastas till borrkammaren så att gasen i borrkammaren rekomprimeras till ett tryck nära det nominella. Sluttrycket i de tre med varandra öppet förbundna volymerna blir exakt detsamma som 7809478-6 skulle ha uppkommit om en enkel tryckavvikelsemätning hade genomförts med en kammare med samma volym som de samman- lagda volymerna av borr- och tryckkammare. Genom registre- ring av det intermediärt uppkommande trycket i borrkammaren kan också bränslestavens hålrumsvolym beräknas; om så skulle önskas.

En särskild fördel som uppnås genom att borrkammaren håller atmosfärtryck vid håltagningen i bränslestaven är att ytterst liten energinivå erfordras hos laserstrålen; ett högre tryck skulle orsaka distorsion av strålen.

Tryckändringsmätningen kan också tillämpas vid ett enklare arrangemang enligt Fig 2 med en matningsledning för helium och en magnetventil 30, ansluten till en borrkammare 32. I borrkammarens ena gavel sticker en bränslestav 34 in och på motstående sida befinner sig en laser 38 som via ett fönster 36 borrar ett hål i bränslestavens ändplugg så som beskrivits ovan. Eftersom det nominella stavtrycket är känt på förhand, kan borrkammaren-32 laddas till nomi- nellt tryck före håltagningen. Sedan hål upptagits i sta- ven, utjämnas stavens inre tryck med borrkammarens, och det sålunda uppkomna sluttryckets Pf avvikelse från det nominella står i direkt relation till stavtryckets avvikel- se från det nominella enligt: PR ' PNOM = (1 + Vt/VR)(Pf ' PNOM) där PR = bränslestavens inre tryck (ärvärdet) PNOM = bränslestavens nominella inre tryck (börvärdet) VC = kammarvolymen + stavens inre hålrumsvolym VR _ = stavens inre hålrumsvolym Pf = kammartrycket + stavens inre tryck För ett tillräckligt litet förhållande mellan kam- marvolym och stavens hâlrumsvolym blir det slutliga Pf mycket nära lika med stavtrycket och oberoende av varia- tioner i stavens hålrumsvolym. Även om kammarvolymen inte är försumbart liten, kan emellertid stavtrycket fortfarande förutsägas noggrant ur det sammanlagda trycket genom att dess avvikelse från det nominella multipliceras med skal- vaß941s-6 6 faktorn (1 + VC/VR). Felet i tryckmätningen på grund av osäkerheten i V minskas vidare avsevärt. Felet i det upp- R mätta värdet PR på grund av variationer i VR blir: För ett förhållande VC/VR = l,0 blir t ex maximal- avvikelsen hos P från PNOM för en stav vars tryck ligger inom É 0,1 MPa från det nominella = É 0,05 MPa, dvs: AP o , os (AVR/VR) R = (AVR/VR) (1,0) <0,05-> Vid en maximal variation i VR av i 20 % av den nominella blir sålunda felet i det mätta värdet av PR = (0,20)(0,05) = = 0,01 MPa. Även detta lilla fel kan elimineras genom en efterföljande tryckutjämning till en annan volym för mät- För att uppnå maximal noggrannhet vid tryckavvikelse- ning av VR. mätning måste man minimera avvikelsen mellan systemets sluttryck och det okända trycket. Av detta skäl är det vid kvalitetskontrollmätningar lämpligast att fastställa en given trycknivâ som är i förväg känd, hellre än att utföra mätningar utan föregående informationer. Mätnoggrannheten avtar för tryckvärden som ligger utanför specifikationerna, men detta är tämligen ovidkommande, eftersom vidare mätning icke företas på bränslestavar som har avsevärt för låga tryck.

Claims (5)

10 20 25 3ö 35 7 7809478-6 PATENTKRAV

1. l. Sätt att kontrollera gastrycket i en kapslad kärnbränslestav, varvid en ände av den kapslade bränsle- staven som är trycksatt till ett förutbestämt nominellt tryck, instickes i och tätt anslutes till en borrkammare så att det inre trycket i bränslestaven där skall kunna uppmätas efter håltagning i staven, k ä n n e t e c k n a t av, att borrkammaren är trycksatt till det nominella trycket, att hål upptages i bränslestavens ände så att förbindelse skapas mellan bränslestavens inre och borr- kammaren och att avvikelsen i tryck i borrkammaren från det nominella trycket därefter bestämmas och utgör ett mått på bränslestavens inre tryck.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att borrkammarvolymen är så liten som är prak- tiskt möjligt för att stora avvikelsevärden skall åstad- kommas, om trycket i bränslestaven avviker från det nomi- nella. _

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k - n a t av att förhållandet mellan kammarvolymen och bränsle- stavens hålrumsvolym väljes till cirka 1.

4. Sätt enligt patentkrav l, varvid hål upptages i bränslestaven medelst en laserstråle, k ä n n e - t e c k n_a t borrkammare och att tryckkammaren trycksättes så att gasen av att en tryckkammare förenas med nämnda däri förmår trycksätta borrkammaren och tryckkammaren till ett tryck lika med det nominella och att förbindelse upp- rättas mellan tryckkammare och torrkammare först sedan hål i bränslestaven har upptagits i borrkammaren.

5. äätt enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k - n a t av att de nämnda kamrarna på nytt trycksättes om så befinnes nödvändigt för att åstadkomma nominellt tryck i bränslestaven och att bränslestaven vid nominellt tryck åter förslutes med hjälp av en laserstrâle.