SE516096C2 - Förfarande och anordning för inspektion av och mätning vid ett föremål - Google Patents

Description

s1é age 2 En bränslepatron för en tryckvattenreaktor_]PWR) är utfor- mad på i huvudsak samma sätt som bränslepatronen för en BWR, bortsett från att bränslestavarna inte är inneslutna av någon rörformig behållare och antalet bränslestavar är större.

En typisk spridare innefattar två gitter anordnade parallellt och på avstånd från varandra samt omgivna av en gemensam kant. Band av fjädrande material är anordnade mellan de två gittren och bildar celler. Bränslestaven är styrd av banden och cellerna i gittren. Ett flertal stöd- präglingar är anordnade vid gittren och banden. Prägling- arna är normalt anordnade i kontakt med bränslestavs- kapslingen för att positionera bränslestaven.

Områden där spridarna är i kontakt med bränslestavs- kapslingen är de områden där det är störst sannolikhet att förslitning vid bränslestaven uppstår, såsom t ex korrosion eller nötning. Förslitningen uppträder ofta först som en färgförändring såsom en suspekt fläck. När förslitningen av materialet ökar blir fläcken gropig. I extrema fall kan groparna bli så djupa att kapslingen blir porös och fissilt material läcker in i kylmedlet, vilket bör undvikas. Gropar eller fläckar på kärnbränslestavar kallas ofta nötningsmärken.

Det är av intresse att veta om och i så fall hur bränsle- stavarna påverkas av förslitning och korrosion, efter en viss tids drift i kärnreaktorn, t ex för att undvika läckande bränslestavar. Detta är speciellt aktuellt när en ny sorts bränslestavar tas i bruk, eller en känd sorts bränslestavar används under ändrade driftsförhållanden.

Bränslestavar som eventuellt skadats under drift bör också undersökas. Om en sådan bränslestav kontrolleras görs kon- trollen visuellt, t ex med hjälp av en kamera. Visuell kontroll är tidsödande och inte särskilt noggrann. Under visuell kontroll kan bredden på nötningsmärkena mätas. Om djupet på ett nötningsmärke skall mätas görs detta 16 096 3 manuellt med mekaniska metoder. Den manuella mätningen innefattar vidare tidsödande hantering av bränslestaven.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Uppfinningen hänför sig till ett förfarande och en anordning för inspektion av ett testföremàl med avseende pà suspekta fläckar eller gropar samt mätning av eventuella fläckar eller gropar. Förfarandet och anordningen är speciellt lämplig för inspektion och mätning i radioaktiv miljö.

Testföremálet kan vara en bränslestav där fläckar eller gropar pá dess kapsling benämns som nötningsmärken. För- farandet innefattar mätning av åtminstone en dimension, sàsom bredd eller djup, hos en fläck eller grop.

Förfarandet enligt uppfinningen definieras i patentkrav 1 och anordningen enligt uppfinningen i patentkrav 5.

Anordningen innefattar en inspektionsfixtur som omfattar en kontrollanordning, en avkänningsanordning och en styrenhet, vilka kan anordnas pà avstánd fràn fixturen. Testföremálet styrs i inspektionsfixturen och kontrolleras medelst kon- trollanordningen. Signaler fràn kontrollanordningen sänds till styrenheten och visas pà en monitor. En eventuell fläck eller grop pà testföremálet, som visas av kontrollanord- ningen, avsöks därefter med hjälp av avkänningsanordningen.

Avkänningsanordningen kan exempelvis vara en ultraljuds- givare eller en laserscanner. Avkänningsresultaten sänds till styrenheten. Djupet pà en eventuell fläck eller grop relativt testföremálets yta beräknas därefter med hjälp av utvärderingsrutiner implementerade i styrenheten. Bredden pà en eventuell fläck eller grop kan beräknas pà liknande sätt.

En fördel med föreliggande uppfinning är att atgärder för övervakning av testföremàlet med hjälp av en kontroll- anordning, säsom t ex en kamera, och mätning av en eventuell fläck eller grop kombineras i en anordning, sá att testföre- malet endast behöver hanteras en gàng under inspektionen. 516m 096 4 Mätningen av djupet hos fläckar eller gropar innefattas i förfarandet.

Inspektionen av testföremàlet är delvis automatiserad och fjärrstyrs och övervakas via styrenheten. Inspektionen av testföremàlet, t ex en radioaktiv bränslestav, kan göras under vatten i t ex en bränslebassäng. Mätning av djupet pä en eventuell fläck eller grop fjärrstyrs via en styrenhet.

Med hjälp av t ex en lättillgänglig ultraljudsgivare eller laserscanner kan en noggrannhet pà 0,05 mm eller bättre ästadkommas.

Pá grund av den delvis automatiserade och fjärrstyrda processen är det möjligt att inspektera ett större antal bränslestavar än tidigare pà måttlig tid. Detta är en fördel, driftsstörningar pä grund av problem med bränslestavar. t ex där nya kapslingsmaterial testas eller vid FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsformer under hänvisning till bifogade ritningar, där figur 1 är en schematisk vy fràn sidan av en inspek- tionsfixtur enligt uppfinningen, figur 2 är en schematisk vy ovanifràn av inspektions- fixturen enligt figur 1, figur 3 visar en spridare som har en del av en bränsle- stav införd.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER I Figur 1 och 2 visar schematiskt en utföringsform av en inspektionsfixtur 3 enligt uppfinningen. Figur l visar inspektionsfixturen i sidovy, delvis i tvärsnitt. Figur 2 s1¿ oss visar en toppvy av inspektionsfixturen, delvis i tvär- snitt. Inspektionsfixturen kan monteras vid en i figuren ej visad, och i och för sig känd, hàllfixtur, t ex an- ordnad i en bränslebassäng hos en i och för sig känd PWR eller BWR.

Inspektionsfixturen 3 innefattar en styrdel 33, vilken styr ett testföremàl 1 under inspektion, en kontroll- anordning 7 i form av en kamera och en avkänningsanordning i form av an ultraljudsgivare. En styrenhet 9 är place- rad företrädesvis pà avstànd fràn inspektionsfixturen 3.

För en inspektion som äger rum i t ex en bränslebassäng är styrenheten 9 placerad utanför bassängen för att möjlig- göra övervakning av mätningarna. Styrenheten 9 innefattar en avläsningsenhet 91, en utvärderingsenhet 93 och ett lagringsorgan 94 sammankopplade via kommunikationsorgan 95 till kontrollanordningen 7 och avkänningsanordningen 5 pà inspektionsfixturen 3. Styrdelen 33 innefattar en bas- platta 32, anordnade ovanpà varandra. Basplattan 32 innefattar en en mittdel 34 och en övre del 35, vilka är första öppning 14. Mittdelen är i huvudsak hàlcylindrisk och innefattar en andra öppning 15 vid undre delen och en tredje öppning 16 vid övre delen. Överdelen 35 är huvud- sakligen rörformig och innefattar en fjärde öppning 17. Öppningarna 14, 15, 16, 17 har en gemensam axel 11, visad i figur 1 som en streckprickad linje.

Mittdelen 34 hos styrdelen 33 har en sidoöppning 39 vid en första sida av styrdelen 33. En plattform 6 skjuter ut fràn öppningen 39 till den första sidan av styrdelen 33.

Plattformen 6 uppbär kontrollanordningen 7 och àtminstone en lampa 71. Kontrollanordningen 7 är med sin optik vänd mot sidoöppningen 39, in mot den gemensamma axeln 11. Om en tillräckligt ljuskänslig kontrollanordning 7 används kan det hända att det inte är nödvändigt att använda en lampa. En hydraulisk drivanordning 8 är anordnad, delvis i sidoöppningen 39, pà plattformen 6. 516.096 6 En första centreringsanordning 43 är monterad i den tredje öppningen 16 hos mittdelen 34. Centreringsanordningen 43 är huvudsakligen ringformad. Innerdiametern hos centre- ringsanordningen 43 motsvarar diametern hos testföremálet 1 med en nödvändigt glapp. Testföremàlet 1, styrt genom öppningarna 14, 15, 16, 17, har sin längdaxel samman- fallande med den gemensamma axeln 11.

En andra centreringsanordning 42, liknande den första centreringsanordningen 43, är monterad i den första öppningen 14 hos basplattan 32. Den första 43 och andra 42 centreringanordningen definierar, med diametern pà sina inneröppningar, diametern och läget hos en genomström- ningsöppning 12 längs den gemensamma axeln 11 i inspek- fjärde 17 och femte 18 öppningen har en diameter som är större än innerdiametern tionsfixturen 3. Den andra 15, hos den första 43 och andra 42 centreringsanordningen, för att medge att testföremálet 1 lätt kan positioneras i inspektionsfixturen 3 längs genomströmningsöppningen 12.

En styrhylsa 41 är vridbart monterad i den andra öppningen hos mittdelen 34. Styrhylsan 41 är huvudsakligen rör- formad med en femte öppning 18. Styrhylsan 41 innefattar en första förlängning 46 och en andra förlängning, ut- formad som en hävarm 47, vinkelrätt mot den gemensamma axeln 11. Avkänningsanordningen 5 är anordnad pá den första förlängningen 46 och vetter med sin givaroptik mot testföremälets 1 yta. Styrhylsan 41 med avkänningsan- ordningen 5 kan vridas runt den gemensamma axeln 11, sàledes runt testföremàlet 1, genom att skjuta eller dra hävarmen 47 med hjälp av det hydrauliska drivdonet 8.

Den övre delen 35 av styrdelen 33 är huduvsakligen rör- formad och häller en införingshylsa 44 med en sjätte öppning 45. Den sjätte öppningen 45 är företrädesvis trattformad. Hylsan 44 är anordnad i öppningen 17 i den övre delen 35 för att underlätta införande av testföre- -516 096 7 málet 1 genom den sjätte öppningen 45 i genomström- ningsöppningen 12.

Inspektionsfixturen 3 kan vid sin basplatta 32 vara monterad pá hàllfixturen. Ett flertal styrpinnar 31 kan därför vara anordnade på ena sidan av basplattan 32 (i figuren visad som undersida). Styrpinnarna 31 kan vara inpassade i motsvarande öppningar vid hàllfixturen.

Basplattan 32 är i sàdant fall därefter löstagbart fixerad vid hallfixturen. ' Kontrollanordningen 7 och lampan 71 är fastsatta med fästanordningar 72, 73 vid plattformen 6. Kontroll- anordningen 7 kan t ex vara en i och för sig känd svart- vit tubkamera. Kontrollanordningen 7 är anordnad i sin optiska axel vinkelrätt mot den gemensamma axeln 11 och därvid vid testföremàlets 1 yta. Avkänningsanordningen 5 och kontrollanordningen 7 är anordnade i ett och samma plan. Avståndet frán kontrollanordningen 7 till den gemensamma axeln 11 är föränderligt för att ändra stor- leken och upplösningen pà en bild av ett omràde inspek- terat med kontrollanordningen 7.

Det hydrauliska drivdonet 8 innefattar en fast del 81 och en i den fasta delen inskjutbart anordnad rörlig del 82, sàsom visas i figur 2. Den fasta delen 81 är vid en första ände 83 vridbart fixerad vid plattformen 6, medan den drivna delen 82 är vridbart fixerad vid hävarmen 47, i figur 2 endast schematiskt visat med streck-prickade linjer 47a som markerar ett första och ett andra ändläge hos hävmarmen. Genom att förflytta den drivna delen 82 teleskopiskt i den fasta delen 81 flyttas hävarmen 47. Den drivna delen 82 visas schematiskt i figur 2 i ett första ändläge 87 och ett andra ändläge 88. Möjliga lägen för en hopkopplingspunkt hos hävarmen 47 och den drivna delen 82 visas schematiskt med en bägformig streck-prickad linje 86. s1f> ovff» 8 Figur 3 visar en spridare 2 som har ett flertal celler 25 och en enda delvis visad bränslestav 1, införd i en av cellerna 25. I regel omger varje cell 25 ett lángsträckt element, sàsom en bränslestav l eller ett ledrör för en styrstav. För tydlighets skull visar figur 3 endast en del av en enda införd bränslestav l. Spridaren 2 är utformad för att passa i en kärnbränslepatron för en kokarvatten- reaktor (BWR). En spridare, utformad för en bränslepatron för en tryckvattenreaktor (PWR), utformas pà i huvudsak samma sätt bortsett fràn att antalet bränslestavar är större och därvid även antalet celler i spridaren.

Spridare 2 är anordnade pá flera nivàer längs bränslesta- varna i en bränslepatron.

Den exemplifierade spridaren 2 har tvà gitter 21 anordnade parallellt och pà avstànd fràn varandra. Spridaren 2 omges av en kant 24 runt fyra sidor bildade av genombrutet plät- material. Fjädrande band 22 är anordnade mellan de tvà gittren 21. Bränslestaven l, som har ett hölje benämnt kapsling, styrs av cellen 25 i form av öppningar i de tva gittren 21 och metallbanden 22. Ett flertal präglingar 23 är anordnade vid gittren 21 och metallbanden 22. Prägling- arna 23 är normalt i kontakt med bränslestavens l kapsling för att positionera bränslestaven l.

Placeringen av inspektionsfixturen 3, sásom t ex en del av inspektions- och mätanordningen i en bränslebassäng för en kärnreaktor, och kontroll av ett testföremàl 1, sàsom t ex en bränslestav med inspektions- och mätanordningen enligt uppfinningen, beskrivs i det följande. Inspektionen styrs av styrenheten 9 som är placerad utanför bränslebassängen.

När inspektionsfixturen 3 skall monteras pá hállfixturen förflyttas inspektionsfixturen 3 med hjälp av en lyft- anordning in i bränslebassängen. Lyftanordningen visas ej i figuren och är i och för sig känd. Lyftanordningen är löstagbart fixerad, pà i och för sig känt sätt, i hante- ringsöppningen 61 vid plattformen 6. Inspektionsfixturen 3 §1ß o9e 9 flyttas till hàllfixturen, vilken är anordnad i bränsle- bassängen, pà i och för sig känt sätt. Styrpinnarna 31 vid basplattan 3 kan passas in i motsvarande öppningar i häll- fixturen. Inspektionsfixturen fixeras sedan vid häll- fixturen pà i och för sig känt sätt.

En bränslestav 1 som skall inspekteras tas ut frán bränslepatronen med ett i figuren ej visat och i och för sig känt stavdragande verktyg. Bränslestaven 1 transpor- teras med hjälp av det stavdragande verktyget till inspektionsfixturen 3 och sänks ned genom den sjätte öppningen 45 in i genomströmningsöppningen 12.

Bränslestaven 1 manövreras under inspektionsproceduren av det stavdragande verktyget. Bränslestavens 1 kapsling kontrolleras under inspektionsproceduren av kontroll- anordningen 7. Genom att sänka ned bränslestaven 1 fram- ställs ett flertal bilder, varvid varje bild visar en längd och en första sektor av bränslestaven 1. En kamera- bild visas pà avläsningsenheten 91 och lagras av lag- ringsorganen 93 för vidare utvärdering. Efter att bränsle- staven 1 sänkts ned helt vrids bränslestaven 1 nägra tiondels grader runt sin längdaxel och lyfts sedan. Ett flertal bilder av en andra sektor av bränslestavens 1 yta framställs, visas och lagras. Denna procedur upprepas tills hela ytan eller hela det aktuella omradet hos bränslestaven 1 har inspekterats. Om vid denna inspektion en suspekt fläck eller grop visas pä avläsningsenheten 91, stoppas bränslestaven 1 i sitt läge, och med hjälp av av- känningsanordningen 5 görs en avsökning av fläcken eller gropen.

Medan man gör en avsökning av en del av bränslestaven 1 rörs den drivna delen 82 av det hydrauliska drivdonet 8 och med detta hävarmen 47 och därefter avkänningsanord- ningen 5 i en bàgformig rörelse runt bränslestaven 1 vid platsen för en fläck eller grop. Hävarmens rörelse be- gränsas av det första ändläget 87 och det andra ändläget i 516 096 88. Ytan hos bränslestavens l kapsling avsöks längs en linje under rörelsen av avkänningsanordningen 5 under det att den vrids runt bränslestaven 1. Resultatet av avsök- ningen visas pà avläsningsenheten 92 i form av ett diagram. En fläck utan djup pá en slät yta visas som en rak linje, medan en grop i ytan visas som en avvikelse fràn en rak linje. Avvikelsen fràn en rak linje är propor- tionell mot djupet hos fläcken eller gropen. Bredden pà avvikelsen är proportionell mot bredden hos fläcken eller gropen. Djupet eller bredden pà gropen beräknas i utvärde- ringsenheten 94 pà ett i och för sig känt sätt.

För att åstadkomma noggrann mätning är det nödvändigt att kalibrera inspektionsfixturen 3 med hjälp av en referens- kropp med kända dimensioner innan man inspekterar test- föremålet 1.

Den beskrivna utföringsformen innefattar endast en ut- föringsform av ett flertal möjliga utföringsformer av upp- finningen.

Avkänningsanordningen och/eller kontrollanordningen är inte nödvändigtvis anordnade med sina optiska axlar vin- kelräta mot testföremálets längdaxel. Andra vinklar än 90° är ocksà möjliga.

Avkänningsanordningen kan exempelvis vara en laserscanner, eller kan placeras i ett fast läge, och testföremàlet kan flyttas runt sin längdaxel under avsökningen.

Inom ramen för uppfinningen är det möjligt att anordna kontrollanordningen 7 och avkänningsanordningen 5 i plan som är skilda frän varandra, i ett definierat läge mot varandra.

I Det är möjligt att flytta kontrollanordningen 7 och av- känningsanordningen 5 i ett definierat läge mot varandra längs testföremàlet l som är i ett fast läge. 516 nes ll Förfarandet kan lätt anpassas för testföremal med en annan form än làngsträckt eller cylindrisk.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 5:16 096 12 PATENTKRAV

1. Förfarande för inspektion av ett testföremål (1) och för identifiering av en eventuell fläck eller grop på dess yta samt mätning av en sådan fläck eller grop, där test~ föremålet anordnas i en inspektionsfixtur (3), testföre- målets yta kontrolleras_medelst en kontrollanordning (7), anordnad vid inspektionsfixturen, och en bild på test- föremålet, framställd av kontrollanordningen, visas vid en styrenhet (9), k ä n n e t e c k n a t av följande steg: - övervakning och styrning av inspektionen med hjälp av styrenheten, - avsökning av fläcken eller gropen på testföremålet, visat av kontrollanordningen, med hjälp av en avkänningsanordning (5), - avgivande av àtminstone en signal härrörande från av- sökningen, samt - beräkning, med utgångspunkt från signalen, av djupet eller bredden på fläcken eller gropen.

2. Förfarande enligt patentkrav l där testföremålet har en längdaxel (ll), k ä n n e t e c k n a t av följande steg: - förflyttning av testföremålet (1) under inspektion längs sin längdaxel (ll) och längs en genomströmningsöppning (12) genom inspektionsfixturen (3).

3. Förfarande enligt patentkrav l, där testföremålet har en längdaxel (ll), eller enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av följande steg: - under avsökningen leds avkänningsanordningen runt testföremålet i en cirkelrörelse över ett segment av testföremålets omkrets.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, där testföremålet har I en längdaxel (ll), eller enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av följande steg: 10 15 20 25 30 35 13 - under avsökningen vrids testföremàlet runt sin längdaxel anordas i ett fast under det att avkänningsanordningen (5) läge vid inspektionsfixturen (3).

5. Anordning för inspektion av ett testföremàl (1) med avseende pä fläckar eller gropar pà dess yta samt mätning av en eventuell fläck eller grop, innefattande en inspek- tionsfixtur (3), som uppbär en kontrollanordning (7), och en styrenhet (9), k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en av-A känningsanordning (5) för avsökning, anordnad vid inspek- tionsfixturen pà så sätt att åtminstone en del av ytan kan avsökas.

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d av att kontrollanordningen (7) och avkänningsanordningen (5) har en optisk axel var, anordnade för avsökning, vilka är anordnade vinkelrätt mot en längdaxel (11) hos testföremàlet (1).

7. Anordning enligt patentkrav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att kontrollanordningen (7) är anordnad pà sä sätt att avståndet frän testföremälet är variabelt, för att ändra storleken pà det av kontroll- anordningen kontrollerade omrádet.

8. Anordning enligt nagot av patentkrav 5 till 7, k ä n n e t e c k n a d av att kontrollanordningen (7) är en kamera.

9. Anordning enligt nagot av patentkrav 5 till 8, k ä n n e t e c k n a d av att kontrollanordningen (7) är en svartvit tubkamera.

10. Anordning enligt nagot av patentkrav 5 till 9, k ä n n e t e c k n a d av att avkänningsanordningen (5) är en ultraljudsgivare eller en laserscanner. 10 15 :nes 14

11. ll. Anordning enligt något av patentkrav 5 till 10, uuuøøu k ä n n e t e c k n a d av att testföremàlet (1) är en bränslestav för en kärnreaktor.

12. Anordning enligt nagot av patentkrav 5 till ll, k ä n n e t e c k n a d av att inspektionsfixturen är anordnad i radioaktiv miljö eller under vatten.

13. Anordning enligt nagot av patentkrav 5 till 12, k ä n n e t e c k n a d av att styrenheten (9) är anordnad pà avstànd fràn inspektionsfixturen.

14. Användning av ett förfarande enligt nágot av patentkrav 1 till 4 för inspektion av ett testföremál under vatten eller i radioaktiv miljö.