WO2017042117A1 - Anordnung zur ausrichtung von brennelementen in einem kernbehälter eines kernreaktors sowie verfahren zur ausrichtung von brennelementen eines kernreaktors in ihrer einbaulage innerhalb eines kernbehälters - Google Patents

Anordnung zur ausrichtung von brennelementen in einem kernbehälter eines kernreaktors sowie verfahren zur ausrichtung von brennelementen eines kernreaktors in ihrer einbaulage innerhalb eines kernbehälters Download PDF

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WO2017042117A1
WO2017042117A1 PCT/EP2016/070811 EP2016070811W WO2017042117A1 WO 2017042117 A1 WO2017042117 A1 WO 2017042117A1 EP 2016070811 W EP2016070811 W EP 2016070811W WO 2017042117 A1 WO2017042117 A1 WO 2017042117A1
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WO
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catch pin
anchor post
fuel
bore
post
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PCT/EP2016/070811
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Bernhard HESKAMP
Karl-Heinz HUMBERT
Ludger SCHOPPE
Swen-Olaf SMIT
Original Assignee
Rwe Power Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
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    • G21C—NUCLEAR REACTORS
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    • G21C19/02—Details of handling arrangements
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for aligning fuel elements in a core container of a nuclear reactor and to a method for aligning fuel elements of a nuclear reactor in its installed position within a Kernbenzol ⁇ age using the arrangement.
  • fuel elements are used, which comprise bundles of many fuel rods, which flows around the coolant of the reactor, usually water ⁇ who.
  • the individual fuel rods contain the nuclear fuel.
  • the fuel rods of a bundle are connected via a skeleton to the fuel assembly head comprising a fuel assembly head frame.
  • the fuel element head frames are usually formed as boxes with square cross section, wherein the boxes are arranged within the Kernum charged in rows and columns next to each other and with each other within the core container.
  • fuel elements can also partially hexagonal Brennele ⁇ mente application because with such a shape, the cross sectional area of the core ⁇ container or the reactor can be completely filled out ⁇ .
  • the invention is therefore based on the object, detect a Anord ⁇ voltage and a method for aligning fuel assembly heads in the installation position within the core barrel ready ⁇ with which the simplest possible alignment of the fuel assembly heads is possible in situ, so Bebuldi ⁇ conditions of the fuel assemblies during the Loading and loading are avoided as possible.
  • this relates to an arrangement for aligning fuel element heads in a core container of a nuclear reactor, comprising a Ankerpfos ⁇ th, a flexible tension member and a catch pin, wherein the flexible tension element is passed through a Umlenkuite the anchor post, the catch pin at one end of the Fle ⁇ xible tension element is fixed, the anchor post is formed ⁇ from that he is hanging in a hole of Kernum charged the core container on the tension element, loosely inserted and the catch pin is inserted into a receiving bore of a head frame of a fuel assembly head, so that in the flexible Tension element introduced tensile force on the eyelet a horizontally acting tensile force in the catch pin einlei ⁇ tet.
  • the fuel assembly heads can be ⁇ moved into the required target position, so that they can be achieved from a loading machine Zentrierglo ⁇ blocks a charging machine without that position corrections or special handling with the loading machine are required, so that the end and loading ⁇ operation of the reactor can run as intended and so ⁇ realized with respect to the previous procedure for the audit ⁇ onsabwicklung time-critical time advantages that have a positive effect on the power plant availability from ⁇ .
  • the inventive arrangement includes a post anchor as a bollard formed from ⁇ which is inserted into a bore of the Kernumfas- solution of the core container and wedged into this bore.
  • the Kernum charged is located approximately at the height of the head frame within the core container in about 15 m water depth.
  • an eyelet at the upper end of the anchor post is preferably a rope as a flexible tension element through- guided.
  • a catch pin ⁇ is arranged, which can be inserted into the corresponding receiving bore of a head frame of the fuel assembly.
  • the receiving bore within the head frame expediently extends parallel to the longitudinal axis of the fuel assembly or the bundled fuel rods in this.
  • the catch pin can be loosely inserted into the receptacle hole of the head frame provided for this purpose. As long as the train ⁇ force is introduced horizontally into the catch pin, the catch pin will not release from the mounting hole. Securing means for securing the catch pin in the receiving ⁇ bore are not provided and not required to make the arrangement as simple as possible.
  • the catch pin is suitably made from a one-piece, mar to ⁇ th construction which includes no loose parts.
  • the anchor post has to redirect the function HO- on the pilot pin rizontal force to be introduced in the region between the socket and the core Kernum ⁇ container from the horizontal into the approximately vertical direction toward the edge of the reactor pool above the water surface.
  • the anchor post is formed as a one-piece, cylindrical rod with a profiled post foot. Due to the profiling of the post foot, the anchor post may interfere with the post foot within the drilling post. Wedge the core collar so that the anchor post does not slip out of the hole.
  • the anchor post is preferably formed so that it need not have any additional securing means which hold the anchor post within the bore provided for it in the core enclosure.
  • This preferably includes no loose and / or moving parts.
  • the post foot expediently comprises a push-in limit stop, preferably in the form of a circumferential collar, wherein the collar has a diameter which is larger than the diameter of the bore formed in the Kernum charged.
  • the collar ensures that the anchor post penetrates only a part of the length in the bore within the Kernum charged. This part length forms the post foot and is preferably less than 1/3 of the anchor post.
  • the post base preferably has a thickened foot end whose diameter is smaller than the diameter of the collar and whose diameter is smaller than the diameter of the bore.
  • the anchor post comprises a quiver for receiving the catch pin in a standby position, wherein the quiver is preferably integrally connected to the anchor post.
  • the quiver can be formed for example as a simple cylindrical sleeve, in which the catch pin is inserted.
  • the catch pin is formed as a cylindrical pin, which preferably also has a Einschubbe- limit stop.
  • the insertion limit stop can be designed as a circumferential collar of the fishing pin.
  • the catch pin comprises a buoyant body.
  • a further aspect of the invention relates to a method for aligning fuel assembly heads of a nuclear reactor in its installed position within a core container, using the above-described arrangement, wherein the fuel assemblies comprise fuel heads with head frame, in which fuel rods are arranged and the method follows ⁇ steps comprises:
  • the head frame is pulled from an actual position within the Kernum charged in a desired position in which the head frame is detected by a centering device of a loading machine or in which the predetermined distance to an adjacent head frame or to the Receiving space is maintained for an adjacent head frame.
  • the method according to the invention comprises, for example, the alignment of one or more head frames so that for the purpose of loading of fuel elements in the core container, a charging field or a charging path for one or more zuladende Brenn ⁇ elements is kept free.
  • a charging field or charging path is to be understood as meaning the free space within the core enclosure provided in the plan view of the core container for one or more fuel elements to be charged.
  • Figure 1 a plan view of the nuclear container of a nuclear power plant
  • Figure 2 a partial sectional view through a part of a
  • Figure 3 is a perspective view of the arrangement according to the invention during use, wherein a catch pin of the arrangement is inserted into a receiving bore of a head frame of a fuel assembly and the head frame is shown without the associated fuel rods;
  • FIG. 6 shows the arrangement according to FIG. 5, wherein the armature post is wedged in a bore of the core surround.
  • FIG. 2 illustrates ⁇ schematically an essential part of a nuclear power plant.
  • the reactor vessel of the nuclear power plant be ⁇ subscribes, with 3 an adjacently arranged Abklingbe ⁇ bridges.
  • the reactor vessel 2 comprises the core vessel 4, a core enclosure 5 arranged inside the core vessel 4 and fuel elements arranged within the core enclosure 6, which are only hinted at.
  • the cross section of the Kernum charged 5 is, as can be seen in the plan view of Figure 1, completely filled in the power operation of fuel assemblies 6.
  • the core surround 5 is adapted at its inner circumference to the contour of the rectangular in cross section fuel assemblies 6.
  • Each fuel bundle 6 comprises a plurality of fuel rods which are connected via a skeleton to the head frame 7 (FIG. 3) of a fuel assembly head.
  • FIG. 3 the fuel elements below the fuel assembly heads are not shown.
  • the core container 4 as well as the Abklingbecken 3 are filled with cooling water.
  • Above the Abklingbeckens 3 and the core container 4 he ⁇ stretches a loading machine bridge 8 with a movable thereon loading machine 9. With the loading machine 9, the handling of the fuel assemblies 6 takes place in the sense of a discharge ⁇ process or a loading process.
  • a charging field 10 is vorgese ⁇ hen, the charging fields 10 are arranged in a grid of rows and columns so that they completely fill the cross section of the Kernum charged 5.
  • the term "field” is generally used to designate a surface, but in the context of the present application the term refers exclusively to the top view shown in FIG. 1, ie each fuel element actually occupies a cuboidal space.
  • the unloading process takes place in reverse order.
  • FIG. 1 This comprises an anchor post 12 with a Pfostenfuß 13 and provided at its post foot 13 to ⁇ facing end Umlenkeria 14.
  • Umlenkeria 14 is a flexible tension element 15, for example, passed in the form of a rope.
  • a catch pin 16 is captively fastened.
  • the catch pin 16 is inserted when using the arrangement in a receiving bore 17 of the fuel rods comprehensive Kopfrahmes 7 when it is in the installed position, that is approximately at 15 m depth within the core container 4, below the cooling water level.
  • the anchor post 12 is fixed approximately at the height of the head frame 7 within the Kernbenzol ⁇ age 4 at the edge of the Kernum charged 5, so that the flexible tension member 15 below the cooling water level about is guided horizontally from the respective head frame 7 to the anchor post 12.
  • a tensile force introduced essentially vertically into the flexible tension element 15 is transmitted horizontally to the catch pin 16 via the deflection eye 14, with the result that the relevant head frame 7 is pulled or deflected approximately horizontally.
  • an anchor post 12 is inserted into a bore 18 of an upper shaping plate of the core enclosure 5.
  • the flexible train ⁇ element 15 is guided in each case by the respective head frame 7 to the anchor post 12 at the edge of the core container 4 and is led out by the Umlenkuite 14 obliquely upward from the reactor trough 4.
  • An introduced into the flexible tension member 15 train causes a horizontal pull on the BE ⁇ meeting head frame 7, wherein the horizontal tensile force component causes a wedging of the armature post 12.
  • Both the catch pin 16 and the anchor post 12 are thoroughlybil ⁇ det as integrally welded stainless steel constructions.
  • the catch pin 16 is inserted into a quiver 19 of the Ankerpfos ⁇ least 12, as shown for example in Figure 5 represents ⁇ .
  • the catch pin 16 is captively fixed to the flexible tension element 15, which passes through the Umlenkée
  • the catch pin 16 is then inserted into the receiving bore 17 of the head frame 7 to be aligned by means of a diving robot (not shown). Both the arranging of the anchor post 12 in the bore 18 and the placement of the catch pin 16 in the receiving bore 17 without additional securing and / or fastening means.
  • Figure 6 shows the catch pin 16 in the park position within the quiver 19 of the anchor post 12.
  • the Tauchrobo ⁇ ter can take the catch pin 16 from the quiver 19 and in spend the designated receiving bore 17 of the head frame.
  • the post base 13 comprises a circumferential collar 20 which forms a insertion stop stop, so that the anchor post ⁇ 12 can eintau ⁇ chen only with the post base in the bore 18.
  • the post base 13 itself is profiled, that is, this has a thickened foot 21, which has a larger diameter than an intermediate Schafft 22. It is understood that the thickened foot 21 has a diameter which is smaller than the diameter of the bore 18.
  • the Schafft 22 in turn has a diameter which is smaller than the diameter of the thickened foot end 21.
  • the quiver 19 is designed as an open sleeve welded to the anchor post 12, into which the catch pin 16 is inserted.
  • the catch pin 16 also has a umlau ⁇ fenden collar 23, which forms an insertion limit stop for the catch pin 16.
  • the catch pin 16 is also designed as a one-piece stainless steel construction.
  • the fishing pin 16 includes a shaft 26 and a tip 24 which are welded together.
  • a sheet metal profile 28 is disposed as a handling aid for the ROV to the fastening eye 27 in the variant of the catching ⁇ pin 16 according to FIG 4a) in addition.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausrichtung von Brennelementköpfen (7) in einem Kernbehälter (4) eines Kernreaktors sowie ein Verfahren zur Ausrichtung von Brennelementköpfen (7) mit Hilfe der Anordnung. Die Anordnung umfasst einen Ankerpfosten (12), ein flexibles Zugelement (15) und einen Fangstift, wobei das flexible Zugelement (15) durch eine Umlenköse (14) des Ankerpfostens (12) hindurchgeführt ist, der Fangstift (16) an einem Ende des flexiblen Zugelements (15) befestigt ist, der Ankerpfosten (12) so ausgebildet ist, dass er in eine Bohrung einer Kernumfassung des Kernbehälters (4) an dem flexiblen Zugelement (15) hängend lose einsetzbar ist und der Fangstift (16) in einer Aufnahmebohrung (17) eines Kopfrahmens (7) eines Brennelementkopfs einsteckbar ist, sodass eine in das flexible Zugelement (15) eingeleitete Zugkraft über die Umlenköse (14) eine horizontal wirkende Zugkraft in den Fangstift (16) einleitet.

Description

Anordnung zur Ausrichtung von Brennelementen in einem Kernbehälter eines Kernreaktors sowie Verfahren zur Ausrichtung von Brennelementen eines Kernreaktors in ihrer Einbaulage innerhalb eines Kernbehälters
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausrichtung von Brennelementen in einem Kernbehälter eines Kernreaktors sowie ein Verfahren zur Ausrichtung von Brennelementen eines Kernreaktors in ihrer Einbaulage innerhalb eines Kernbehäl¬ ters unter Verwendung der Anordnung.
Bei sogenannten Leistungsreaktoren werden Brennelemente verwendet, die Bündel aus vielen Brennstäben umfassen, die vom Kühlmittel des Reaktors, in der Regel Wasser, umspült wer¬ den. Die einzelnen Brennstäbe enthalten den Kernbrennstoff. Die Brennstäbe eines Bündels sind über ein Skelett mit dem Brennelementkopf verbunden, der einen Brennelementkopfrahmen umfasst. Die Brennelementkopfrahmen sind üblicherweise als Kästen mit quadratischem Querschnitt ausgebildet, wobei die Kästen innerhalb der Kernumfassung in Reihen und Spalten nebeneinander und untereinander innerhalb des Kernbehälters angeordnet sind. Neben den im Querschnitt quadratischen Brennelementen finden auch teilweise sechseckige Brennele¬ mente Anwendung, da mit einer solchen Form die Querschnitts¬ fläche des Kernbehälters bzw. des Reaktors lückenlos ausge¬ füllt werden kann.
Während des Leistungsbetriebes von Brennelementen in Kern¬ kraftwerken treten an den Brennelementen Belastungen auf, die zu Verbiegungen der Brennelementstrukturen führen können. Das hat zur Folge, dass während des Entlade- und insbe¬ sondere des Beladevorgangs, aber auch sporadisch die Brenn¬ elementköpfe von ihrer Sollposition abweichen können. Üblicherweise werden die Brennelementköpfe beim Entladevorgang von einer Lademaschine erfasst, die über einer Lademaschinenbrücke oberhalb des Kernbehälters abgesenkt wird. Die La¬ demaschine umfasst Mittel zur Zentrierung der Brennelement¬ köpfe, um diese aus dem Kernbehälter ziehen zu können. Die- ser Vorgang ist voll maschinisiert . Wenn die Brennelement¬ köpfe von ihrer Sollposition abweichen, ist es schwierig und teilweise sogar unmöglich, die Brennelementköpfe sicher von der Lademaschine zu erfassen. Dies ist insbesondere bei Ent¬ nahme der Brennelemente aus dem Kernbehälter oder beim Ein- setzen der Brennelemente in den Kernbehälter problematisch, denn die Brennelemente sind innerhalb der Kernumfassung des Kernbehälters so angeordnet, dass diese den Querschnitt der Kernumfassung möglichst vollständig ausfüllen. Wenn also die Brennelementköpfe von ihrer Sollposition abweichen, bereitet das Ziehen der Brennelemente mittels der Lademaschine regel¬ mäßig Schwierigkeiten, was zusätzliche Eingriffe in die La¬ demaschinensteuerung erfordert. In solchen Fällen geht das Beladen und Entladen von Brennelementen mit Beschädigungsrisiken für diese einher und verzögert den Vorgang erheblich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anord¬ nung und ein Verfahren zur Ausrichtung von Brennelementköpfen in deren Einbaulage innerhalb des Kernbehälters bereit¬ zustellen, mit welchen eine möglichst einfache Ausrichtung der Brennelementköpfe in situ möglich ist, sodass Beschädi¬ gungen der Brennelemente während des Ladens und Beiadens möglichst vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 8.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung betrifft diese eine Anordnung zur Ausrichtung von Brennelementköpfen in einem Kernbehälter eines Kernreaktors, umfassend einen Ankerpfos¬ ten, ein flexibles Zugelement und einen Fangstift, wobei das flexible Zugelement durch eine Umlenköse des Ankerpfostens hindurchgeführt ist, der Fangstift an einem Ende des fle¬ xiblen Zugelementes befestigt ist, der Ankerpfosten so aus¬ gebildet ist, dass er in eine Bohrung einer Kernumfassung des Kernbehälters an dem Zugelement hängend, lose einsetzbar ist und der Fangstift in eine Aufnahmebohrung eines Kopfrahmens eines Brennelementkopfs einsteckbar ist, sodass eine in das flexible Zugelement eingeleitete Zugkraft über die Öse eine horizontal wirkende Zugkraft in den Fangstift einlei¬ tet .
Mit einer solchen verhältnismäßig einfachen Anordnung können die Brennelementköpfe in die erforderliche Sollposition be¬ wegt werden, sodass sie von einer Lademaschinen-Zentrierglo¬ cke einer Lademaschine erreicht werden können, ohne, dass Positionskorrekturen oder besondere Handhabungen mit der Lademaschine erforderlich werden, sodass der End- und Belade¬ betrieb des Reaktors bestimmungsgemäß ablaufen kann und so¬ mit gegenüber der bisherigen Verfahrensweise für die Revisi¬ onsabwicklung terminkritische Zeitvorteile realisiert wer- den, die sich positiv auf die Kraftwerksverfügbarkeit aus¬ wirken .
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst einen als Poller aus¬ gebildeten Ankerpfosten, der in eine Bohrung der Kernumfas- sung des Kernbehälters, eingesetzt und in dieser Bohrung verkeilt wird. Die Kernumfassung befindet sich etwa auf der Höhe der Kopfrahmen innerhalb des Kernbehälters in etwa 15 m Wassertiefe. Durch eine Öse am oberen Ende des Ankerpfostens ist vorzugsweise ein Seil als flexibles Zugelement hindurch- geführt. Am Ende dieses flexiblen Zugelementes ist ein Fang¬ stift angeordnet, der in die entsprechende Aufnahmebohrung eines Kopfrahmens des Brennelementes einsteckbar ist. Die Aufnahmebohrung innerhalb des Kopfrahmens erstreckt sich zweckmäßigerweise parallel zur Längsachse des Brennelements bzw. der in diesem gebündelten Brennstäbe. Über die Öse an dem Ankerpfosten kann ein Vertikalzug oder Schrägzug, der auf das flexible Zugelement einwirkt in einen Horizontalzug umgelenkt werden, sodass der betreffende Kopfrahmen von der Istlage in die Solllage gezogen werden kann, wobei die An¬ ordnung zweckmäßigerweise so ausgeführt ist, dass dieser Vorgang vollständig handkraftbetätigt vonstatten gehen kann.
Der Fangstift kann lose in die hierfür vorgesehene Aufnahme- bohrung des Kopfrahmens eingesteckt werden. Solange die Zug¬ kraft horizontal in den Fangstift eingeleitet wird, wird sich der Fangstift nicht aus der Aufnahmebohrung lösen. Sicherungsmittel zur Sicherung des Fangstifts in der Aufnahme¬ bohrung sind nicht vorgesehen und nicht erforderlich, um die Anordnung so einfach wie möglich zu gestalten. Der Fangstift besteht zweckmäßigerweise aus einer einteiligen, geschwei߬ ten Konstruktion, die keine losen Teile umfasst.
Der Ankerpfosten hat die Funktion, die auf den Fangstift ho- rizontal einzuleitende Kraft im Bereich zwischen der Kernum¬ fassung und dem Kernbehälter von der horizontalen in die etwa vertikale Richtung zum Rand der Reaktorbeckens oberhalb der Wasseroberfläche umzulenken. Bei der bevorzugten Variante der Anordnung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ankerpfosten als einteiliger, zylindrischer Stab mit einem profilierten Pfostenfuß ausgebildet ist. Aufgrund der Profilierung des Pfostenfußes kann sich der Ankerpfosten mit dem Pfostenfuß innerhalb der Boh- rung der Kernumfassung verkeilen, sodass sichergestellt ist, dass der Ankerpfosten aus der Bohrung nicht herausrutscht.
Der Ankerpfosten ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die- ser keinerlei zusätzliche Sicherungsmittel aufweisen muss, die den Ankerpfosten innerhalb der für diesen vorgesehene Bohrung in der Kernumfassung festhalten. Dies umfasst vorzugsweise keine losen und/oder beweglichen Teile. Der Pfostenfuß umfasst zweckmäßigerweise einen Einschub-be- grenzungsanschlag, vorzugsweise in Form eines umlaufenden Kragens, wobei der Kragen einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Bohrung in der Kernumfassung ausgebildet ist. Durch den Kragen ist sichergestellt, dass der Ankerpfosten nur über eine Teillänge in die Bohrung innerhalb der Kernumfassung eindringt. Diese Teillänge bildet den Pfostenfuß und beträgt vorzugsweise weniger als 1/3 des Ankerpfostens . Der Pfostenfuß weist vorzugsweise ein verdicktes Fußende auf, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Kragens ist und dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist. Zwischen dem verdickten Fußende und dem Kragen befindet sich vorzugsweise ein Abschnitt geringeren Durchmessers, sodass der Pfostenfuß innerhalb der Bohrung verkippen kann und sich bereits bei Einleitung eines leichten Schrägzuges innerhalb der Bohrung verkeilt. Auf diese Art und Weise ist eine Sicherung des Pfostenfußes in der Bohrung ohne zusätzliche Sicherungsmittel möglich.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Anordnung umfasst der Ankerpfosten einen Köcher zur Aufnahme des Fangstifts in einer Bereitschaftsstellung, wobei der Köcher vorzugsweise einstückig mit dem Ankerpfosten verbunden ist. Der Köcher kann beispielsweise als einfache zylindrische Hülse ausgebildet sein, in die der Fangstift eingesteckt ist.
Bei einer Variante der Anordnung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fangstift als zylindrischer Stift ausgebildet ist, der vorzugsweise ebenfalls einen Einschubbe- grenzungsanschlag aufweist. Der Einschubbegrenzungsanschlag kann als umlaufender Kragen des Fangstifts ausgebildet sein. Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fangstift einen Auftriebskörper um- fasst. Dadurch ist der Fangstift besonders leicht ausgebil¬ det, sodass dieser von einem Unterwasserroboter bzw. von einem ferngesteuerten Tauchgerät einfach handhabbar ist.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung von Brennelementköpfen eines Kernreaktors in ihrer Einbaulage innerhalb eines Kernbehälters, unter Verwendung der vorbeschriebenen Anordnung, wobei die Brennelemente Brennelementköpfe mit Kopfrahmen umfassen, in welchen Brennstäbe angeordnet sind und das Verfahren folgen¬ de Schritte umfasst:
Bereitstellen der Anordnung umfassend den Ankerpfosten mit dem an dem Ankerpfosten befestigten Zugelement und dem an dem Zugelement befestigten Fangstift,
Herablassen der Anordnung in das mit Kühlflüssigkeit, vorzugsweise mit Kühlwasser gefüllte Reak- torbecken an dem Zugelement und Einsetzen des Ankerpfostens in eine Bohrung einer Kernumfassung des Reaktors, Einführen des Fangstifts in eine Aufnahmebohrung des Kopfrahmens mit Hilfe eines Tauchroboters und
Ausüben eines Zuges auf das Zugelement von einer Position außerhalb des Reaktorbeckens, sodass sich der Ankerpfosten in der Bohrung verkeilt und ein Horizontalzug auf den Fangstift und mithin auf den Kopfrahmen ausgeübt wird. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kopfrahmen von einer Istlage innerhalb der Kernumfassung in eine Solllage gezogen wird, in welcher der Kopfrahmen von einer Zentriereinrichtung einer Lademaschine erfassbar ist oder in welcher der vorgegebene Abstand zu einem benachbar- ten Kopfrahmen oder zu dem Aufnahmeraum für einen benachbarten Kopfrahmen eingehalten wird.
Zweckmäßigerweise erfolgt das Herablassen der Anordnung von einer Lademaschinenbrücke aus, die sich über dem Reaktorbe- cken erstreckt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst beispielsweise das Ausrichten eines oder mehrerer Kopfrahmen so, dass zwecks Beladung von Brennelementen in den Kernbehälter ein Ladefeld oder eine Ladegasse für eines oder mehrere zuladende Brenn¬ elemente freigehalten wird. Unter einem Ladefeld oder einer Ladegasse im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist der in der Draufsicht des Kernbehälters vorgesehne Freiraum innerhalb der Kernumfassung für ein oder mehrere zu ladende Brennele- mente zu verstehen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnun¬ gen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert: Figur 1: eine Draufsicht auf den Kernbehälter eines Kernkraftwerkes;
Figur 2: eine Teilschnittansicht durch einen Teil eines
Kernkraftwerks mit einem Schnitt durch den Reak¬ torbehälter;
Figur 3: eine perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß der Erfindung während des Einsatzes, wobei ein Fangstift der Anordnung in eine Aufnahmebohrung eines Kopfrahmens eines Brennelementes eingesetzt ist und der Kopfrahmen ohne die dazugehörigen Brennstäbe dargestellt ist; Figur 4a) : eine Teilschnittansicht eines Fangstifts der
Anordnung gemäß der Erfindung; eine schematische Darstellung des führenden Endes des in Figur 4a) dargestellten Fangstifts; den Ankerpfosten der Anordnung gemäß der Erfindung mit dem Fangstift in seiner Parkposition; und
Figur 6: die Anordnung gemäß Figur 5, wobei der Ankerpfos- ten in einer Bohrung der Kernumfassung verkeilt ist .
Es wird zunächst Bezug genommen auf Figur 2, die schematisch einen wesentlichen Teil eines Kernkraftwerks 1 veranschau¬ licht. Mit 2 ist der Reaktorbehälter des Kernkraftwerkes be¬ zeichnet, mit 3 ein danebenliegend angeordnetes Abklingbe¬ cken. Der Reaktorbehälter 2 umfasst den Kernbehälter 4, eine innerhalb des Kernbehälters 4 angeordnete Kernumfassung 5 sowie innerhalb der Kernumfassung angeordnete Brennelemente 6, die nur andeutungsweise dargestellt sind. Der Querschnitt der Kernumfassung 5 ist, wie dies in der Draufsicht gemäß Figur 1 zu erkennen ist, im Leistungsbetrieb vollständig von Brennelementen 6 ausgefüllt. Die Kernumfassung 5 ist an ih- rem Innenumfang an die Kontur der im Querschnitt rechteckigen Brennelemente 6 angepasst. Jedes Brennelement 6 umfasst eine Vielzahl vom Brennstäben, die über ein Skelett mit dem Kopfrahmen 7 (Figur 3) eines Brennelementkopfs verbunden sind. In Figur 3 sind die Brennelemente unterhalb der Brenn- elementköpfe nicht dargestellt. Der Kernbehälter 4 sowohl als auch das Abklingbecken 3 sind mit Kühlwasser gefüllt. Oberhalb des Abklingbeckens 3 und des Kernbehälters 4 er¬ streckt sich eine Lademaschinenbrücke 8 mit einer darauf verfahrbaren Lademaschine 9. Mit der Lademaschine 9 erfolgt die Handhabung der Brennelemente 6 im Sinne eines Entlade¬ vorgangs oder eines Beladevorgangs.
Für jedes der Brennelemente 6 ist ein Ladefeld 10 vorgese¬ hen, die Ladefelder 10 sind in einem Raster aus Reihen und Spalten so angeordnet, dass sie vollständig den Querschnitt der Kernumfassung 5 ausfüllen. Der Begriff „Feld" wird im Allgemeinen zur Bezeichnung einer Fläche verwendet, im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezieht sich der Begriff allerdings ausschließlich auf die in Figur 1 dargestellte Drauf- sieht, d.h., jedes Brennelement beansprucht tatsächlich einen quaderförmigen Raum.
Beim Beladevorgang werden die Elemente 6 von außen nach innen, d.h. ausgehend von der Kernumfassung 5 nach innen bela- den, der Entladevorgang erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
In Figur 1 sind diejenigen Ladefelder 10, die den zum Schluss freien Ladefeldern 10 benachbart angeordnet sind, mit Kreuzen hervorgehoben. Die verbliebenden freien Ladefei- der 10 bilden eine Ladegasse 11, die sich in einer Symme¬ trieachse der Fläche innerhalb der Kernumfassung 5 erstre¬ cken. Wegen Verbiegungen der Brennelementstrukturen während des Beladevorgangs und wegen der Aufsummierung von Abstand- toleranzen beim Beladevorgang kann es vorkommen, dass der Platz in der Ladegasse 11 nicht ausreicht, um die letzen Brennelemente 6 zur Vervollständigung der Brennelementpa¬ ckung innerhalb der Kernumfassung 5 ohne weiteres einsetzen zu können.
Deswegen ist bei einem Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen, die Brennelemente 6, der mit Kreuzen gekennzeichneten Ladefelder 10, also der der Ladegasse 11 benachbarten Ladefelder 10 mit einer nachstehend noch zu beschreibenden An- Ordnung horizontal auseinander zuziehen, sodass auch die Ladefelder 10 der Ladegasse 11 mit Brennelementen 6 bestückt werden können.
Die Anordnung gemäß der Erfindung ist beispielsweise in Fi- gur 3 dargestellt. Diese umfasst einen Ankerpfosten 12 mit einem Pfostenfuß 13 und einer an seinem Pfostenfuß 13 abge¬ wandten Ende vorgesehenen Umlenköse 14. Durch die Umlenköse 14 ist ein flexibles Zugelement 15, beispielsweise in Form eines Seils hindurchgeführt. An einem Ende des flexiblen Zu- gelements 15 ist ein Fangstift 16 unverlierbar befestigt.
Der Fangstift 16 wird beim Einsatz der Anordnung in eine Aufnahmebohrung 17 des die Brennstäbe umfassenden Kopfrahmes 7 eingesteckt, wenn diese sich in der Einbaulage befindet, das heißt in etwa in 15 m Tiefe innerhalb des Kernbehälters 4, unterhalb des Kühlwasserspiegels. Der Ankerpfosten 12 wird etwa auf Höhe der Kopfrahmen 7 innerhalb des Kernbehäl¬ ters 4 am Rand der Kernumfassung 5 befestigt, sodass das flexible Zugelement 15 unterhalb des Kühlwasserspiegels etwa horizontal von dem betreffenden Kopfrahmen 7 zu dem Ankerpfosten 12 geführt ist. Eine im Wesentlichen vertikal in das flexible Zugelement 15 eingeleitete Zugkraft wird über die Umlenköse 14 horizontal auf den Fangstift 16 übertragen, mit der Folge, dass der betreffende Kopfrahmen 7 etwa horizontal gezogen bzw. ausgelenkt wird.
Auf diese Art und Weise können beispielsweise zwei Kopfrah¬ men 7, die sich beidseitig der Ladegasse 11 gegenüber ste- hen, so auseinandergezogen werden, dass ein Brennelement 6 in das freie Ladefeld 10 der Ladegasse 11 eingesetzt werden kann. Dieser Vorgang ist in Figur 1 schematisch dargestellt, wobei dort zwei flexible Zugelemente 15 andeutungsweise dar¬ gestellt sind. Diese Vorgehensweise erfordert den Einsatz von zwei Anordnungen gemäß der Erfindung. Die Erfindung ist grundsätzlich so zu verstehen, dass zwei oder mehrere solcher Anordnungen gleichzeitig verwendet werden können.
Wie dies in Figur 1 andeutungsweise dargestellt ist, ist je- weils ein Ankerpfosten 12 in eine Bohrung 18 eines oberen Formblechs der Kernumfassung 5 eingesetzt. Das flexible Zug¬ element 15 ist jeweils von dem betreffenden Kopfrahmen 7 zu dem Ankerpfosten 12 am Rand des Kernbehälters 4 geführt und wird durch die Umlenköse 14 schräg nach oben aus dem Reak- torbecken 4 herausgeführt. Ein in das flexible Zugelement 15 eingeleiteter Zug bewirkt einen Horizontalzug auf den be¬ treffenden Kopfrahmen 7, wobei die horizontale Zugkraftkomponente ein Verkeilen des Ankerpfostens 12 bewirkt. Sowohl der Fangstift 16 als auch der Ankerpfosten 12 sind als einteilig geschweißte Edelstahlkonstruktionen ausgebil¬ det . In der Nichtgebrauchsstellung der Anordnung gemäß der Erfindung ist der Fangstift 16 in einen Köcher 19 des Ankerpfos¬ tens 12 eingesteckt, wie dies beispielsweise in Figur 5 dar¬ gestellt ist. Der Fangstift 16 ist unverlierbar an dem fle- xiblen Zugelement 15 befestigt, welches durch die Umlenköse
14 hindurchgeführt ist. Das flexible Zugelement 15 ist in Figur 5 nicht dargestellt.
Zur Positionierung der Anordnung in die Betriebsstellung wird nunmehr der Ankerpfosten 12 an dem flexiblen Zugelement
15 von der Lademaschinenbrücke 8 aus in den Kernbehälter 4 hinabgelassen, sodass der Pfostenfuß 13 in die Bohrung 18 des oberen Formblechs der Kernumfassung 5 eingesetzt wird. Vermöge der Geometrie bzw. der Profilierung des Pfostenfußes 13 kann dieser sich einfach in der Bohrung 18 verkeilen, eine Verkeilung erfolgt allerdings spätestens dann, wenn das flexible Zugelement 15 unter Zug gelangt.
Sodann wird der Fangstift 16 mittels eines nicht dargestell- ten Tauchroboters in die Aufnahmebohrung 17 des auszurichtenden Kopfrahmens 7 eingesteckt. Sowohl das Anordnen des Ankerpfostens 12 in der Bohrung 18 als auch das Anordnen des Fangstifts 16 in der Aufnahmebohrung 17 erfolgen ohne zusätzliche Sicherungs- und/oder Befestigungsmittel.
Wird das flexible Zugelement 15 unter Zugkraft gesetzt, be¬ wirkt spätestens die Horizontalkraftkomponente zwischen dem Fangstift 16 und der Umlenköse 14 eine Verkeilung des Pfos¬ tenfußes 13 innerhalb der Bohrung 18.
Auch Figur 6 zeigt den Fangstift 16 in der Parkstellung innerhalb des Köchers 19 des Ankerpfostens 12. Der Tauchrobo¬ ter kann den Fangstift 16 aus dem Köcher 19 entnehmen und in die dafür vorgesehene Aufnahmebohrung 17 des Kopfrahmens verbringen .
Der Pfostenfuß 13 umfasst einen umlaufenden Kragen 20 der einen Einschubbegränzungsanschlag bildet, sodass der Anker¬ pfosten 12 nur mit dem Pfostenfuß in die Bohrung 18 eintau¬ chen kann. Der Pfostenfuß 13 selbst ist profiliert, d. h. dieser weist ein verdicktes Fußende 21 auf, welches einen größeren Durchmesser als ein dazwischenliegender Schafft 22 aufweist. Es versteht sich, dass das verdickte Fußende 21 einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser der Bohrung 18 ist. Der Schafft 22 wiederum weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des verdickten Fußendes 21. So kann sich der Pfostenfuß 13 zwi- sehen dem Kragen 20 und dem verdickten Fußende 21 innerhalb der Bohrung 18 verkeilen.
Der Köcher 19 ist als an den Ankerpfosten 12 angeschweißte offene Hülse ausgebildet, in die der Fangstift 16 einge- steckt ist. Der Fangstift 16 besitzt ebenfalls einen umlau¬ fenden Kragen 23, der einen Einschubbegrenzungsanschlag für den Fangstift 16 bildet.
Der Fangstift 16 ist ebenfalls als einteilige Edelstahlkon- struktion ausgebildet. Der Fangstift 16 umfasst einen Schaft 26 und eine Spitze 24, die miteinander verschweißt sind.
Der Schafft 26 und die Spitze 24 des Fangstifts 16 sind aus Gewichtsgründen hohl, da der zur Handhabung des Fangstifts 16 vorgesehene Tauchroboter hinsichtlich der zu handhabenden Masse begrenzt ist und bei einer zu hohen zu handhabenden Masse seine Tarierung verlieren würde. An dem Befestigungsauge 27 ist bei der Variante des Fang¬ stifts 16 gemäß Figur 4a) zusätzlich ein Blechprofil 28 als Handhabungshilfe für den Tauchroboter angeordnet.
Kernkraftwerk
Reaktorbehälter
Abklingbecken
Kernbehälter
Kernumfassung
Brennelemente
Kopfrahmen
Lademaschinenbrücke
Lademaschine
Ladefeld
Ladegasse
Ankerpfosten
Pfostenfuß
Umlenköse
flexibles Zugelement
Fangstift
Aufnahmebohrung
Bohrung
Köcher
Kragen
Fußende
Schafft des Ankerpfostens Kragen des Fangstifts Spitze
Schafft des Fangstifts
Befestigungsauge
Befestigungsprofil

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Ausrichtung von Brennelementen (6) in einem Kernbehälter (4) eines Kernreaktors, umfassend einen An- kerpfosten (12) ein flexibles Zugelement (15) und einen Fangstift (16), wobei das flexible Zugelement (15) durch ei¬ ne Umlenköse (14) des Ankerpfostens (12) hindurchgeführt ist, der Fangstift (16) an einem Ende des flexiblen Zugele¬ ments (15) befestigt ist, der Ankerpfosten (12) so ausgebil- det ist, dass er in eine Bohrung (18) einer Kernumfassung (5) des Kernbehälters (4) an dem Zugelement (15) hängend, lose einsetzbar ist und der Fangstift (16) in eine Aufnahme¬ bohrung (17) eines Kopfrahmens (7) eines Brennelementkopfs einsteckbar ist, sodass eine in das flexible Zugelement (15) eingeleitete Zugkraft über die Umlenköse (14) eine horizon¬ tal wirkende Zugkraft in den Fangstift (16) einleitet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerpfosten (12) als einteiliger, zylindrischer Stab mit einem profilierten Pfostenfuß (13) ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfostenfuß (13) einen Einschubbegrenzungsanschlag, vor¬ zugsweise in Form eines umlaufenden Kragens (20) aufweist und dass der Kragen (20) einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Bohrung (18) in der Kernumfassung (5) ausgebildet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfostenfuß (13) ein verdicktes Fußende (21) aufweist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerpfosten (12) einen Köcher (19) zur Aufnahme des Fangstifts (16) in einer Bereitschaftsstel- lung umfasst, wobei der Köcher (19) vorzugsweise einstückig mit dem Ankerpfosten (12) verbunden ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Fangstift (16) als zylindrischer
Stift ausgebildet ist, der vorzugsweise einen Einschubbe- grenzungsanschlag aufweist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Fangstift (16) einen Auftriebskörper umfasst .
8. Verfahren zur Ausrichtung von Brennelementen (6) eines Kernreaktors in ihrer Einbaulage innerhalb eines Kernbehäl- ters (4), unter Verwendung der Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Brennelemente (6) Brennelement¬ köpfe mit Kopfrahmen (7) umfassen, an denen über Skelette Brennstäbe angeordnet sind und das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen der Anordnung umfassend den Ankerpfosten (12) mit dem an dem Ankerpfosten (12) festigten flexiblen Zugelemente (15) und dem an dem flexiblen Zugelement (15) befestigten Fang- stift (16);
Herablassen der Anordnung in den mit Kühlwasser gefüllten Kernbehälter (4) an dem flexiblen Zugelement (15) und Einsetzten des Ankerpfostens in eine Bohrung (18) einer Kernumfassung (5) des
Kernreaktors ; Einführen des Fangstifts (16) in eine Aufnahmebohrung (17) des Kopfrahmens (7) mit Hilfe eines Tauchroboters und - Ausüben eines Zuges auf das flexible Zugelement von einer Position außerhalb des Reaktorbeckens (4), sodass sich der Ankerpfosten (12) in der Bohrung (18) verkeilt, wobei ein Horizontalzug auf den Fangstift (16) und mithin auf den Kopfrahmen (7) ausgeübt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfrahmen (7) von einer Istlage innerhalb der Reaktorumfassung (5) in eine Solllage gezogen wird, in welcher dieser von einer Zentriereinrichtung einer Lademaschine (9) erfassbar ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, umfassend das Ausrichten eines oder mehrerer Kopfrahmen (7) so, dass zwecks Beladen von Brennelementen (7) in den Kernbehälter (4) ein Ladefeld (10) oder eine Ladegasse (11) für eines oder mehrere zu beladende Brennelemente (6) freigehalten wird .
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