DE10001634B4

DE10001634B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE10001634B4
Application number: DE10001634A
Authority: DE
Inventors: Philippe Joly
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2020-01-18
Also published as: FR2788628B1; DE10001634A1; CN1261715A; FR2788628A1; CN1145174C

Abstract

Vorrichtung zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors, der aus Brennelementanordnungen (17) gebildet ist, die mit ihrem unteren Endabschnitt (17a) auf der Oberseite einer horizontalen Kernstützplatte (30) im Inneren eines Behälters ruhen, die Positionierzapfen (27) für Brennelementanordnungen (17) aufweist, die an der Oberseite der Kernstützplatte (30) vorspringen, und die von Reaktorkühlwasser-Durchtrittsöffnungen (29) durchsetzt ist, wobei die Beladevorrichtung (1) einen vertikalen Mast (13) aufweist, der mit beweglichen Befestigungseinrichtungen (16) für den oberen Abschnitt der Brennelementanordnung (17) an seinem unteren Abschnitt und Einrichtungen (12, 8, 15) zum Bewegen des Mastes in horizontale Richtungen und in die vertikale Richtung versehen ist, um eine am Mast (13) befestigte Brennelementanordnung (17) auf der Kernstützplatte (30) von der Oberseite eines Beckens (2) des Reaktors aus abzusetzen, derart, dass zwei Positionierungsöffnungen (28) eines unteren Endabschnitts (17a) der Brennelementanordnung (17) in Eingriff kommen mit zwei Positionierzapfen (27), sowie wenigstens eine Führungseinrichtung (18, 19, 20, 21) aufweist, die von dem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beladen des Kerns eines mittels Wasser und insbesondere eines mittels Druckwasser gekühlten Kernreaktors gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind aus der US 5 737 377 A bekannt.
Kernreaktoren, wie beispielsweise Druckwasser-Kernreaktoren weisen einen Behälter auf, der den Kern des Kernreaktors einschließt, der aus einer Brennelementanordnung gebildet ist, und in dem im Betrieb das Kühlfluid des Reaktors zirkuliert.
Die Brennelementanordnungen des Kerns, die allgemein von gerader prismatischer Form sind, ruhen auf einer Kernstützplatte im Inneren des Behälters mittels ihres unteren Abschnitts oder unteren Endstücks und sind in vertikaler Anordnung platziert. Die Kernstützplatte weist Positionierzapfen der Brennelementanordnungen beziehungsweise Brennstäbe auf, wobei das untere Endstück eines jeden Brennelements zwei Öffnungen aufweist, die in Eingriff sind mit zwei Positionierzapfen, um die Brennelementanordnung in ihrer Position im Kern festzulegen. Die benachbarten Brennelementanordnungen bilden ein dichtes Ensemble beziehungsweise eine dichte Anordnungsstruktur, in der jede Brennelementanordnung in Kontakt mit benachbarten Anordnungen in einer Netzposition mittels ihrer Endstücke und ihrer Gitterzwischenhülsen ist.
Das spaltbare Brennmaterial, das in den Anordnungen enthalten ist, wird allmählich in dem Kernreaktor im Betrieb verbraucht, so daß die Brennelementanordnungen zunehmend an spaltbarem Brennmaterial verarmen und deshalb eine gewisse Abnützung erleiden. Es ist notwendig, periodisch Wiederbeladungsvorgänge des Kerns des Kernreaktors durchzuführen.
Diese Vorgänge, die ein Anhalten und ein Abkühlen des Kernreaktors benötigen, bestehen darin, einen Teil der Brennelementanordnungen, die sich in einer Kernzone befinden, durch neue Anordnungen auszutauschen, wobei die anderen Anordnungen des Kerns, die nicht durch neue Anordnungen ersetzt werden, von einer Zone in eine andere Zone des Kerns verschoben werden.
Andererseits ist es beim ersten In-Betrieb-Nehmen des Kernreaktors notwendig, die Beladung oder Beschickung des Kerns mit neuen Anordnungen durchzuführen, die die erste Charge des Kernreaktors bilden.
Die Vorgänge des Beladens oder Wiederbeladens eines Kernreaktors werden unter Wasser durchgeführt, wobei der Deckel des Behälters demontiert ist, von dem oberen Niveau des Reaktorbeckens aus, in dessen Boden der Schacht des Behälters mündet.
Um die Beladungs- und Wiederbeladungsvorgänge durchzuführen, wird eine Maschine oder Vorrichtung zum Anheben und Halten der Brennelementanordnungen, genannt Beladungs- oder Belademaschine oder -vorrichtung, verwendet, die horizontale Führungseinrichtungen aufweist, die oberhalb des oberen Niveaus des Beckens angeordnet sind, und ein Schlitten ist beweglich an den Horizontal-Führungseinrichtungen in wenigstens zwei Richtungen einer horizontalen Ebene montiert, derart, daß die Einrichtungen zum Ergreifen und Heben der Brennelementanordnungen senkrecht einer jeden der Brennelementanordnungs-Positionen in dem Kernreaktorkern gesetzt werden können.
Die Aufgreif- und Anhebeeinrichtungen der Brennelementanordnungen weisen einen Mast auf, der an seinem unteren Abschnitt Greifeinrichtungen einer Brennelementanordnung in einer vertikalen Position mittels seines oberen Endstücks aufweist. Der Mast ist in vertikaler Richtung im Inneren eines außen rohrförmigen Schaftes beweglich, der am Schlitten der Belademaschine mit seiner vertikalen Achse befestigt ist.
In dem in Betrieb befindlichen Reaktor werden die Brennelementanordnungen einer Bestrahlung unterworfen, und sind der Sitz einer intensiven Hitzeabgabe, wodurch sie Verformungen erleiden können. Aufgrund der Tatsache, daß die Brennelementanordnungen im allgemeinen von sehr schlanker Form sind, weist ihr Querschnitt sehr viel geringere Abmessungen als ihre axiale Länge auf, so daß sie beispielsweise durch Verbrennen Verformungen erleiden können, die sich in einen relativ starken Versatz des unteren Endstücks bezüglich seiner theoretischen Position, zentriert auf die Achse der Brennelementanordnung, übertragen.
Deshalb kann es sehr schwer sein, den Wiedereingriff einer verformten Brennelementanordnung in dem Kern des Kernreaktors sicherzustellen, derart, daß seine Positionsöffnungen in Eingriff kommen mit zwei Positionierzapfen der Kernstützplatte.
Die Bestückung beziehungsweise Beladung oder Wiederbeladung des Kerns eines Kernreaktors wird durchgeführt unter Setzen der Brennelementanordnungen in benachbarte aufeinanderfolgende Positionen im Inneren einer Halteabtrennung der Umfangsanordnungen des Kerns. In dem Fall, wo die Brennelementanordnungen einen quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei sie gemäß einem quadratischen Maschennetz angeordnet sind, wird das Einsetzen der Brennelementanordnungen in prismatische Zonen mit quadratischem Querschnitt durchgeführt, die umrandet sind durch benachbarte Brennelementanordnungen auf einer, zwei oder drei Seiten. Wenn man das Vor-Ort-Setzen einer verformten Brennelementanordnung in einer prismatischen Zone des Kerns umgeben von den benachbarten Brennelementanordnungen durchführt, ist es notwendig, große Vorsichtsmaßnahmen vorzunehmen, um ein Anhaken zwischen den Endstücken und den Gitterzwischenhülsen der Brennelementanordnung, die eingesetzt wird, und den benachbarten Brennelementanordnungen zu vermeiden. Es kann notwendig sein, zur Sicherstellung der vollständigen Vor-Ort-Anbringung der verformten Anordnung mehrere Anhebe- und Absenkmanöver der Brennelementanordnung durchzuführen. Das Einsetzen der Brennelementanordnungen und somit das Wiederbeladen des Kerns kann eine sehr große Zeitdauer für seine Durchführung erfordern. Damit wird jedoch um so mehr die Betriebsunterbrechung des Kernreaktors verlängert.
Es wurde somit vorgeschlagen, Führungsvorrichtungen zu verwenden, die das Einsetzen der Brennelementanordnungen in den Kern des Kernreaktors erlauben zu beschleunigen.
Beispielsweise wurde vorgeschlagen, Führungskufen zu verwenden, die mit dem Ende von starren Stangen verbunden sind, die an dem Mast der Belademaschine befestigt sind. Es können von einer bis vier Haltekufen des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung verwendet werden gemäß dem Einsetztyp, in den die Brennelementanordnung eingesetzt wird, das heißt, gemäß der Anzahl der benachbarten Brennelementanordnungen, die den Ort umgeben. Derartige Kufenvorrichtungen ermöglichen die Eingriffs- und Einsetzbedingungen der Brennelementanordnung zu verbessern, erlauben jedoch nicht, eine wirksame Führung während der Endphase des Absetzens der Brennelementanordnung für den Eingriff der Positionierungsöffnungen des unteren Endstücks der Brennelementanordnung auf den Positionierzapfen der Kernstützplatte sicherzustellen.
Es wurden ebenfalls Vorrichtungen vorgeschlagen, die verlorene oder tote Anordnungen oder tote Endstücke von Brennelementanordnungen bilden, die auf die Kernstützplatte um einen Einsatzort gesetzt werden, in dem man das Absetzen einer Brennelementanordnung erzeugt. Derartige Vorrichtungen weisen geneigte Führungsabschnitte auf, die ermöglichen, das untere Endstück der Brennelementanordnung in eine zufriedenstellende Position zu setzen, in der die Öffnungen des Endstücks in Eingriff kommen können mit den Positionierzapfen. Diese Vorrichtungen ermöglichen insbesondere, das Einsetzen der verformten Brennelementanordnungen wesentlich zu verbessern. Jedoch ist der Nachteil derartiger Vorrichtungen der, daß sie am Boden des Beckens abgesetzt beziehungsweise wieder aufgenommen werden müssen vor beziehungsweise nach dem Einsetzen einer Brennelementanordnung.
Es sind ebenfalls komplexe Vorrichtungen bekannt, die seitlich an der Beladevorrichtung von Brennelementanordnungen befestigt sind und die Einrichtungen zum Führen und Bewegen des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung aufweisen, derart, daß sie mit der Bewegung des oberen Abschnitts synchronisiert sind. Derartige Vorrichtungen, die komplex und raumgreifend sind, sind nur schwer im Rahmen einer Wiederaufladung zu bedienen, die das Einsetzen von einer Vielzahl von Brennelementanordnungen einschließt.
Bei der gattungsbildenden US 5 737 377 A ist ein Führungspfahl an einem äußeren Mast befestigt, der unbeweglich ist. In dem Mast befindet sich ein beweglicher Mast und im Inneren des Führungspfahls bewegt sich ein Pfahl, der Führungsstifte trägt. Unter diesen Umständen ist es sehr schwierig, eine strenge Parallelität zwischen dem inneren Pfahl und dem beweglichen Mast herzustellen.
Die EP 0 220 117 B1 zeigt eine Beladevorrichtung mit einem Führungsorgan, welches Führungsstifte aufweist, die in Öffnungen im Reaktorboden fixiert werden können. Diese Führungsmittel sind ebenfalls nicht an dem mobilen Mast verbunden, so dass hier das zur US 5 737 377 A genannte entsprechend gilt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors vorzuschlagen, bestehend aus Brennelementanordnungen, die mit ihrem unteren Endabschnitt auf der Oberseite einer horizontalen Kernstützplatte im Inneren eines Behälters ruhen, mit Positionierzapfen für Brennelementanordnungen, die an ihrer Oberseite vorspringen und von Reaktorkühlwasser-Durchtrittsöffnungen durchquert sind, wobei die Beladungsvorrichtung einen vertikalen Mast aufweist, der mit beweglichen Befestigungseinrichtungen für den oberen Abschnitt einer Brennelementanordnung an ihrem unteren Abschnitt versehen ist, und mit Bewegungseinrichtungen des Mastes in horizontale Richtungen und in die vertikale Richtung, um eine Brennelementanordnung, die am Mast befestigt ist, auf der Kernstützplatte abzusetzen, ausgehend von dem oberen Niveau eines Reaktorbeckens, derart, daß zwei Positionierungsöffnungen eines unteren Endes der Brennelementanordnung in Eingriff kommen mit zwei Positionierzapfen, sowie mit wenigstens einer Führungseinrichtung, die von dem Mast getragen wird, wobei diese Vorrichtung einfach hergestellt und einfach verwendet werden kann und ermöglicht, eine wirksame Führung der Brennelementanordnung sicherzustellen bis zu seinem vollständigen Absetzen auf der Kernstützplatte und des Eingriffs der Öffnungen seines unteren Endstücks mit den Positionierzapfen der Kernstützplatte.
Hierzu ist die Führungseinrichtung aus wenigstens einem Pfahl gebildet, der in einer vertikalen Anordnung mit seinem oberen Ende auf gelenkige Weise aufgehängt ist an einer Bewegungseinrichtung des Pfahls zwischen einer Rückzugsposition und einer aktiven Position, in der ein Abschnitt des Pfahls in eine bezüglich des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung benachbarte Position kommt, wobei der Pfahl darüber hinaus ein unteres Ende aufweist, das vertikal bezüglich des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung nach unten in der aktiven Position des Pfahls vorspringt, gebildet aus wenigstens einem Führungszapfen, der mit geringem Spiel in eine Wasserdurchtrittsöffnung der Kernstützplatte eingeführt werden kann, wobei der Pfahl in seiner Betriebsstellung am Mast befestigt ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr beispielhaft und nicht einschränkend eine Beladungsvorrichtung gemäß der Erfindung und ihre Verwendung zum Beladen des Kerns eines Rückwasserkernreaktors beschrieben.
In den Zeichnungen zeigt:
1A eine Seitenansicht des oberen Abschnitts der Beladevorrichtung,
1B eine Seitenansicht des unteren Abschnitts der Beladevorrichtung, deren Führungseinrichtungen in Rückzugsposition sind,
2 eine schematische Ansicht des unteren Abschnitts der Beladevorrichtung und eines Führungsbalkens in Rückzugsposition,
3 eine schematische Seitenansicht, analog zu der Ansicht von 2, die den unteren Abschnitt der Beladevorrichtung und zwei Führungsbalken einer Brennelementanordnung zeigt, wobei einer ihrer Balken in Rückzugsposition und der andere in aktiver Position beziehungsweise Arbeitsposition ist,
4 eine Seitenansicht des unteren Endabschnitts einer Führungsvorrichtung und einer Brennelementanordnung während des Absetzens auf die Kernstützplatte des Kernreaktors, und
5 eine Ansicht auf eine herkömmliche Ebene des Kerns eines Druckwasser-Kernreaktors während des Beladens des Kerns unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den 1A und 1B sieht man eine Belademaschine oder -vorrichtung, die allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichnet ist, wobei sie auf dem oberen Rand von vertikalen Seitenwänden 3 aus Beton des Beckens 2 eines Kernreaktors ruht, in dessen Boden ein Beckenschacht mündet, welche den Reaktorbehälter umschließen. Die Beladungsvorrichtung 1 wird verwendet, um Brennelementanordnungen, die den Kern des Kernreaktors bilden, der sich im Inneren des Behälters befindet, anzuheben oder abzusetzen.
Die Beladungsvorgänge oder Wiederbeladungsvorgänge des Kernreaktors, die den Einsatz der Beladungsmaschine 1 benötigen, werden unter Wasser ausgeführt, wobei das Becken mit Wasser bis zum Niveau 4 gefüllt ist.
Die Beladevorrichtung 1 weist einen beweglichen Schlitten auf, der allgemein mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist, welcher die Bewegungen der Beladevorrichtung sicherstellt, um das Aufnehmen oder das Absetzen einer Brennelementanordnung in irgendeinem Platz des Kernreaktors im Inneren des Behälters durchzuführen.
Der Schlitten 12 weist einen ersten Schlitten 5 auf, der mittels Rädern 7 beweglich auf Schienen 6 angebracht ist. Die Schienen 6 sind ihrerseits auf einem zweiten Schlitten 8 befestigt, der beweglich auf Schienen 9 gesetzt ist, die auf dem oberen Abschnitt der Seitenwände des Beckens 2 ruhen und in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Schienen 6 angeordnet sind. Der Schlitten 12, der den ersten und zweiten Schlitten aufweist, bildet einen Schlitten mit gekreuzten Bewegungen, in zwei senkrechte Richtungen der horizontalen Ebene.
Der erste Schlitten 5 der Anordnung 12, die den Schlitten der Beladevorrichtung bildet, trägt den äußeren rohrförmigen Schaft 10 der Beladevorrichtung, der eine zylindrische Form und eine Achse 11 von vertikaler Richtung aufweist. Der Schaft 10 ruht auf dem Schlitten 5 mittels Führungseinrichtungen, die seine Drehbewegung und seine Ausrichtung um die Achse 11 auf dem ersten Schlitten 5 ermöglichen.
Im Inneren des äußeren Schafts 10 ist in einer koaxialen Anordnung und auf bewegliche Weise gemäß der Richtung der Achse 11 des äußeren Schafts ein innerer Mast 13 angebracht, der mittels Rollen oder Scheiben an Hebeseilen 14 einer Winde 15 befestigt ist. Der mobile oder bewegliche Mast 13 weist an seinem unteren Abschnitt Einrichtungen 16 auf, die das Anhängen einer Brennelementanordnung mittels ihres oberen Endes oder Endstücks ermöglichen.
Der bewegliche Schlitten 12 der Beladevorrichtung ermöglicht die Anordnung, gebildet aus dem äußeren Schaft 10 und dem inneren Mast 13 in zwei Richtungen der horizontalen Ebene durch gekreuzte Bewegungen zu bewegen. Auf diese Weise kann man den mobilen Mast 13 lotrecht zu irgendeiner Po sition im inneren des Kerns des Kernreaktors setzen, um die Aufnahme oder das Absetzen irgendeiner Brennelementanordnung 17 vorzunehmen.
Der äußere Schaft 10 weist Führungseinrichtungen in der axialen Richtung 11 des inneren Mastes 13 auf, der im Inneren des äußeren Schaftes 10 beweglich ist.
Der Mast 13 kann in axialer Richtung 11, die der vertikalen Richtung entspricht, während des Betriebs der Beladevorrichtung bewegt werden, dank der Winde 15, zwischen einer vollkommen angehobenen Position, dargestellt in 1 und einer niederen Position, in der die Anhängvorrichtung 16 des beweglichen Mastes 13 sich auf der Höhe des oberen Endstücks der Anordnungen des Kerns des Kernreaktors befindet. In dieser niederen oder unteren Position kann die Aufnahme oder das Absetzen einer Brennelementanordnung 17 des Kerns des Kernreaktors vorgenommen werden. In der oberen Position des beweglichen Mastes 13, wie in den 1A und 1B dargestellt, ist die Brennelementanordnung 17, die am unteren Ende des beweglichen Mastes mittels der Anhängvorrichtung 16 befestigt ist, vollkommen im Inneren des äußeren Schaftes 10, was den Schutz der Brennelementanordnung sicherstellt, aufgenommen, beispielsweise während der Bewegungen in die horizontalen Richtungen des Schlittens 12.
Wie in 1B ersichtlich, weist die Beladevorrichtung weiterhin wenigstens eine Führungseinrichtung des unteren Abschnitts 17a der Brennelementanordnung während ihres Absetzens auf die Kernstützplatte in dem Behälter des Kernreaktors auf.
Die Führungsvorrichtung 18 weist hauptsächlich einen Pfahl auf, der eine allgemeine vertikale Ausrichtung aufweist und mit einem seiner Enden 18b auf gelenkige Weise mit dem Ende einer Handhabungs- oder Betätigungsstange 19, welche im wesentlichen vertikal verläuft, verbunden ist, die mit einem Betätigungsstelltrieb 20 auf der Höhe des oberen Abschnitts des äußeren Schaftes 10 der Beladevorrichtung verbunden ist.
Darüber hinaus ist der Pfahl 18 mittels der Stange 19 mit einem zweiten Stelltrieb 21 verbunden, der ebenfalls an einem oberen Abschnitt des Schaftes 10 befestigt ist, dessen Achse im wesentlichen senkrecht zur Betätigungsachse des Stelltriebs 20 verläuft.
Wie es insbesondere aus den 2 und 3 ersichtlich, erlaubt der Stelltrieb 20 den Pfahl 18 zwischen einer hohen Rückzugsposition und einer tiefen Aktiv- oder Betriebsposition, im wesentlichen in vertikaler Richtung anzuheben und abzusenken.
Der Übertragungsstelltrieb 21 ermöglicht, die Betätigungsstange 19 des Pfahls 18 zu bewegen, um sein Anhängen und sein Verriegeln am oberen Ende 18b des Pfahls 18 mittels des Verriegelungsmechanismus 22 sicherzustellen, oder im Gegensatz, um die Betätigungsstange 18 von dem oberen Abschnitt 18b des Pfahls 18 zu entriegeln beziehungsweise lösen und zu trennen, wenn dieser sich in seiner Betriebsposition befindet, in der er auf Stützelementen 23 und 23' des Mastes 13 ruht.
Der Pfahl 18 weist ein unteres Ende 18a auf, das vorzugsweise zwei Zentrierungszapfen bildet, die dazu dienen, mit geringem Spiel in das Innere von zwei Wasserdurchtrittsöffnungen der Kernstützplatte des Kernreaktors einzugreifen, um das Einsetzen einer Brennelementanordnung sicherzustellen, die am Ende des Hebemastes 13 befestigt ist. Es werden die beiden benachbarten Wasserdurchtrittsöffnungen aus den vier Wasserdurchtrittsöffnungen verwendet, die allgemein die Platte gegenüber einer jeden Brennelementanordnung aufweist.
An dem Pfahl 18 sind zwei Stützelemente 24 und 24' befestigt, die dazu dienen, in Eingriff mit Stützen 23 beziehungsweise 23', die mit dem Mast 13 verbunden sind, in der Betriebsposition des Pfahls 18 zu kommen.
Der Pfahl 18 weist ebenfalls eine Walze 25 auf, die in ein Führungselement 26 eingreift, das mit dem Schaft der Beladevorrichtung verbunden ist. Die Walze 25, die in Eingriff ist mit dem Führungselement 26, bildet einen Schwenknocken des Pfahls 18 zwischen seiner Rückzugsposition, wie in den 1 und 2 oder in dem rechten Abschnitt der 3 dargestellt, und einer Betriebsposition, wie in dem linken Abschnitt der 3 dargestellt.
In Betriebsposition ruht der Pfahl 18 mittels seiner Anschlagelemente 24 und 24' auf den Stützelementen 23 und 23' des Mastes 13.
Wie in 3 dargestellt, ist es möglich, mehrere Führungseinrichtungen zu verwenden, die jeweils aus einem Pfahl 18 und Bewegungseinrichtungen und Stützeinrichtungen des Pfahls gebildet sind, um die Führung einer Brennelementanordnung bei ihrem Absetzen auf eine obere Platte des Kernreaktors sicherzustellen, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Beladevorrichtung. Es ist möglich, in dem Fall von Brennelementanordnungen mit prismatischer Form und quadratischem Querschnitt, vier Führungsvorrichtungen zu verwenden, die jeweils einen Pfahl 18 aufweisen.
Wie aus 1B und aus 3 ersichtlich, kann der Pfahl 18 zwei geradlinige, im wesentlichen parallele Abschnitte aufweisen, die untereinander durch einen Knickabschnitt verbunden sind, der bezüglich der Axialrichtung des Pfahls geneigt ist, derart, daß ein Einsetzen des unteren Abschnitts des Pfahls in der unmittelbaren Nachbarschaft des unteren Endstücks 17a der Brennelementanordnung 17 sichergestellt ist, und vorzugsweise, im wesentlichen in Be rührung mit diesem unteren Endstück in der Betriebsposition des Pfahls 18. Auf diese Weise befinden sich die unteren Abschnitte 18a der Pfähle 18, die in der Betriebsposition des Pfahls 18 in die vertikale Richtung und nach unten bezüglich des unteren Endstücks 17a der Brennelementanordnung, das an dem Mast 13 befestigt ist, vorspringen, in der Verlängerung des Endstücks und stellen ohne Schwierigkeit ein Einsetzen der Brennelementanordnung auf der Kernstützplatte sicher, wie es insbesondere unter Bezugnahme auf die 4 weiter unten beschrieben werden wird.
Wenn eine Brennelementanordnung eine Verformung aufweist, beispielsweise eine bogenförmige Verformung, ermöglicht das Einsetzen von Pfählen, deren unterer Abschnitt in Kontakt mit dem unteren Abschnitt der Brennelementanordnung kommt, gegebenenfalls eine gewisse Geradbiegung der Brennelementanordnung sicherzustellen.
Bemerkenswert ist, daß die Pfähle 18 der Führungsvorrichtungen in ihrer Betriebsposition an Elementen befestigt sind, die mit dem Mast 13 der Beladevorrichtung verbunden sind. Aufgrund dieser Tatsache sind die Pfähle perfekt parallel zur Achse des Belademastes 13 ausgerichtet, unabhängig von der geometrischen Form der Brennelementanordnung 17, die am Mast 13 befestigt ist.
Das in-Betriebsstellung-setzen der Pfähle 18 der Führungsvorrichtungen wird im Inneren des Schaftes 10 der Beladevorrichtung bewerkstelligt, oberhalb des oberen Niveaus des Beckens des Kernreaktors. Aufgrund dieser Tatsache kann dieser Vorgang leicht gesteuert und unterstützt werden.
Um das in-Betriebsstellung-setzen der Führungspfähle durchzuführen, wird das Aufnehmen einer Brennelementanordnung 17 unter Verwendung des Mastes 13 erzeugt, beispielsweise in dem Brennelementbecken des Kernreaktors. Man hebt sodann den Mast 13 der Beladevorrichtung an, an dem die Brennele mentanordnung 17 befestigt ist, derart, daß der Mast 13 und die Brennelementanordnung 17 sich in vollständig aus dem Inneren des Schaftes 10 der Beladevorrichtung herausgezogener Stellung befinden.
Es wird somit oberhalb des Reaktorbeckens das Setzen in Betriebsstellung der Pfähle 18 der Führungseinrichtungen der Beladevorrichtung erzeugt unter Betätigen der Stelltriebe 20 und 21, bis zu dem Moment, wo die Anschlagelemente 24 und 24' eines jeden Pfahls 18 in ihrer Position auf einem Stützelement 23 und 23' des Mastes 13 befestigt sind. Die Führungselemente 25 und 26 stellen eine perfekt geführte Bewegung des Pfahls 18 zwischen seiner Rückzugs- oder Herauszugsposition und seiner Betriebsposition sicher.
Wenn die Pfähle 18 in Betriebsposition gesetzt sind, sind die unteren Abschnitte der Pfähle in parallelen Richtungen zur Achse des Mastes 13 fixiert, wobei diese Positionen in der axialen Verlängerung von Wasserdurchtrittsöffnungen der Kernstützplatte liegen.
Es ist möglich, einen einzelnen Pfahl 18 zu verwenden, dessen unterer Abschnitt 18a zwei Zentrierungszapfen bildet, die in fluchtender Ausrichtung mit zwei Wasserdurchtrittsöffnungen der Kernstützplatte kommen oder auch zwei, drei oder vier Pfähle zu verwenden, die entsprechend gegenüber einer zugehörigen Seite der Brennelementanordnung angeordnet sind.
In 4 ist die Stützplatte 30 des Kerns des Kernreaktors dargestellt, deren obere Oberfläche Positionierzapfen 27 von Brennelementanordnungen, wie die Anordnungen 17, trägt, deren unteres Endstück 17a oder Fuß dazu dient, auf der oberen Oberfläche der Kernstützplatte 30 zu ruhen, Eingriffsöffnungen mit den Positionierzapfen 27 aufweist, die an der oberen Oberfläche der Kernstützplatte 30 vorspringen.
Die Kernstützplatte 30 wird über ihre gesamte Dicke durch Wasserdurchtrittsöffnungen 29 durchsetzt, die die Verteilung und Einführung von Kühlwasser in eine jede der Brennelementanordnungen 17 ermöglichen. Im Falle von Brennelementanordnungen mit quadratischem Querschnitt, die gemäß einem quadratischen Maschennetz auf der Kernstützplatte verteilt sind, wird die Positionierung der Brennelemente in dem Netz durch die Zapfen 27 sichergestellt, wobei die Kernstützplatte 30 von vier Wasserdurchtrittsöffnungen 29 auf der Höhe einer jeden der Positionen der Brennelementanordnungen durchsetzt ist.
In 4 ist eine Brennelementanordnung 17 bei der Endphase ihres Absetzens auf die Kernstützplatte 30 dargestellt. Es ist ebenfalls der untere Abschnitt eines Pfahls 18 einer Führungsvorrichtung der Beladevorrichtung dargestellt, an dem die Brennelementanordnung 17 angehängt ist. Der Pfahl 18 befindet sich in seiner Betriebsposition, wobei der untere Abschnitts des Pfahls 18, der parallel zur Bewegungsachse 31 des Mastes der Beladevorrichtung ist, in Anlage gegen das untere Endstück 17a der Brennelementanordnung 17 ist.
Das untere Ende 18a des Pfahls 18, das zwei Zentrierungszapfen bildet, befindet sich somit in axialer Ausrichtung mit Wasserdurchtrittsöffnungen 29, die sich lotrecht zur einer nicht besetzten Brennelementanordnungsposition befinden, benachbart zur Position, in der das Absetzen der Brennelementanordnungen 17 vorgenommen wird. Bei der Endphase des Absetzens der Brennelementanordnung 17 werden die Führungszapfen 18a, die einen kegeligen Eingriffsendabschnitt aufweisen, in die Wasserdurchtrittslöcher 29 eingeführt und stellen eine Führung des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung sicher, wobei diese erste Führung eine Vorpo sitionierung (oder Vorzentrierung) der Anordnung bildet. Die Endpositionierung wird durch die Positionierzapfen 27 bei deren Eingriff in die Öffnungen 28 sichergestellt.
Man bewerkstelligt das Einsetzen der Brennelementanordnung 17 in einer benachbarten Position bezüglich der Brennelementanordnung 17', die vorher auf der Kernstützplatte 30 abgesetzt worden war.
Im Falle einer nicht verformten Brennelementanordnung, befindet sich die Achse der Brennelementanordnung perfekt ausgerichtet mit der Bewegungsachse 31 des Mastes der Beladevorrichtung. In dem Fall einer verformten Brennelementanordnung, beispielsweise einer gebogenen, kann die Achse des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung einen gewissen Winkel mit der Bewegungsachse der Beladevorrichtung einschließen, oder leicht bezüglich dieser Achse versetzt sein.
Ein gewisses Geradebiegen oder Versetzen der Brennelementanordnung in eine zufriedenstellende Eingriffsposition kann durch den Pfahl oder die Pfähle 18 der Führungseinrichtung oder der Führungseinrichtungen der Beladevorrichtung sichergestellt werden. Darüber hinaus ist im Moment des Eingriffs der Brennelementanordnung eine gewisse Führung ebenfalls durch die benachbarte Brennelementanordnung in dem Kernreaktorkern, wie beispielsweise durch die Brennelementanordnung 17', sichergestellt.
In allen Fällen stellt der Eingriff der unteren Abschnitte 18a der Pfähle 18, die während der Bewegung der Brennelementanordnung 17 mit dieser verbunden sind, in die Wasserdurchtrittsöffnungen 29 der Kernstützplatte 30, eine Führung des Hinabsetzens der Brennelementanordnung sicher, derart, daß die Positionierungsöffnungen 28 des unteren Abschnitts 17a ohne Schwierigkeiten in Eingriff mit den entsprechenden Positionierzapfen 27 kommen. Der Eingriff der Führungszapfen 18a in die Wasserdurchtrittsöffnungen 29, deren Durchmesser im wesentlichen größer sind als die Durchmesser der Positionierzapfen 27, kann ohne Schwierigkeiten im Moment des Hinabsetzens der Brennelementanordnung in die Position bewerkstelligt werden, die ihr zugeordnet wurde und die durch die Koordinaten in dem Netz bestimmt ist, das von dem Querschnitt des Kernreaktorkerns gebildet wird.
In 5 ist der Querschnitt des Kerns 31 des Kernreaktors dargestellt, der auf einer Kernstützplatte 30 ruht.
Die Plätze mit quadratischem Querschnitt, die mit Brennelementen besetzt sind, sind durch Kreuze angegeben. Es wurden ebenfalls in den Zonen, die noch keine Brennelementanordnungen einschließen, Brennelementanordnung 17 dargestellt, bei denen man das Einsetzen und das Absetzen auf einem freien Platz des Kerns durchführt unter Verwendung der erfindungsgemäßen Beladevorrichtung, die mit Führungseinrichtungen der Brennelementanordnung ausgerüstet ist. Die Brennelementanordnungen 17, die sich in ihrem Absetzvorgang befinden, wurden durch A und B bezeichnet, entsprechend dem Platztyp (A oder B) in dem man das Absetzen bewerkstelligt.
Für das Einsetzen einer Brennelementanordnung 17 in einen freien Platz 32 vom Typ A, der an beiden Seiten durch Brennelementanordnungen umgeben ist, die vorher in den Kern eingesetzt wurden, setzt man gegen den unteren Abschnitt der Brennelementanordnung 17 zwei Pfähle 18 der Führungseinrichtungen der erfindungsgemäßen Beladevorrichtung ein. Die unteren Abschnitte der Pfähle 18 kommen in Anlage gegen den unteren Abschnitt der Brennelementanordnung 17 entlang zwei Seiten der Brennelementanordnung, die den Seiten der Anordnung gegenüberliegen, die in Kontakt mit den Brennelementanordnungen kommen sollen, die den freien Platz 32 begrenzen.
Die Brennelementanordnung wird durch die Beladevorrichtung mit großer Geschwindigkeit in die freie Zone der Brennelementanordnungen abgesenkt, die den freien Platz 32 gemäß der in 5 dargestellten Position aufweisen. Die Brennelementanordnung wird danach horizontal verschoben, um senkrecht über den freien Platz 32 zu kommen. Die Brennelementanordnung wird sodann in die vertikale Richtung verschoben, um auf den Platz 32 abgesetzt zu werden. Während des Absenkens der Brennelementanordnung kommen die Führungszapfen, die den unteren Abschnitt der Pfähle 18 bilden, in Eingriff mit vier Wasserdurchtrittsöffnungen von freien Plätzen benachbart zum Platz 32. Es wird somit eine Führung der Brennelementanordnung 17 bei ihrem Absetzen auf der Kernstützplatte 30 sichergestellt.
Im Falle eines freien Platzes, wie der Platz 33 vom Typ B, der von drei Seiten umgeben ist (im Falle des Platzes 33 durch eine Brennelementanordnung und durch zwei Begrenzungsplatten des Kerns), wird ein einziger Pfahl in Betriebsstellung gegen den unteren Abschnitt der Brennelementanordnung 17 gebracht, bei der man das Absetzen auf den freien Platz 33 sicherstellt.
Allgemein ist es möglich, in Betriebsposition gegen den unteren Abschnitt der Brennelementanordnung bei deren Absetzen auf die Kernstützplatte, einen, zwei, drei oder vier Pfähle der Führungseinrichtungen der Beladevorrichtung zu setzen.
In allen Fällen wird eine perfekte Führung des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung bei seinem Absetzen sichergestellt.
Die erfindungsgemäße Beladevorrichtung, die Führungseinrichtungen des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung aufweist, ist insbesondere nützlich, um das Einsetzen von verformten Brennelementanordnungen sicherzustellen. Jedoch ist diese Vorrichtung ebenfalls für das Einsetzen von nicht verformten Brennelementanordnungen von Interesse, da das präzise Einsetzen und Absetzen der Brennelementanordnung leichter und schneller vonstatten gehen kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise können die Führungseinrichtungen der Beladevorrichtung Pfähle aufweisen, die unterschiedliche Formen zu jenen aufweisen, die beschrieben wurden. Die Einrichtungen des Verschiebens, des Einsetzens und des Befestigens der Pfähle an dem Mast der Beladevorrichtung können ebenfalls unterschiedlich sein. Die Beladevorrichtung kann ausgerüstet sein, eine, zwei, drei oder vier Führungseinrichtungen aufzuweisen, in dem Fall von Brennelementanordnungen von prismatischer Form mit quadratischem Querschnitt.
Selbstverständlich können in dem Fall von Brennelementanordnungen einer anderen Form die Führungseinrichtungen sowohl in ihrer Form als auch in ihrer Anzahl verschieden sein.
Die Erfindung findet Anwendung in dem Fall des Beladens eines jeden Kernreaktors, der einen Kern aufweist, der aus Brennelementanordnungen gebildet ist, die mit ihrem unteren Endabschnitt auf einer Kernstützplatte ruhen.

Claims

Vorrichtung zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors, der aus Brennelementanordnungen (17) gebildet ist, die mit ihrem unteren Endabschnitt (17a) auf der Oberseite einer horizontalen Kernstützplatte (30) im Inneren eines Behälters ruhen, die Positionierzapfen (27) für Brennelementanordnungen (17) aufweist, die an der Oberseite der Kernstützplatte (30) vorspringen, und die von Reaktorkühlwasser-Durchtrittsöffnungen (29) durchsetzt ist, wobei die Beladevorrichtung (1) einen vertikalen Mast (13) aufweist, der mit beweglichen Befestigungseinrichtungen (16) für den oberen Abschnitt der Brennelementanordnung (17) an seinem unteren Abschnitt und Einrichtungen (12, 8, 15) zum Bewegen des Mastes in horizontale Richtungen und in die vertikale Richtung versehen ist, um eine am Mast (13) befestigte Brennelementanordnung (17) auf der Kernstützplatte (30) von der Oberseite eines Beckens (2) des Reaktors aus abzusetzen, derart, dass zwei Positionierungsöffnungen (28) eines unteren Endabschnitts (17a) der Brennelementanordnung (17) in Eingriff kommen mit zwei Positionierzapfen (27), sowie wenigstens eine Führungseinrichtung (18, 19, 20, 21) aufweist, die von dem Mast (13) getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (18, 19, 20, 21) durch wenigstens einen Pfahl (18) gebildet wird, der in einer vertikalen Position mit seinem oberen Ende (18b) auf gelenkige Weise mit einer Bewegungseinrichtung (19, 20, 21) des Pfahls (18) zwischen einer Rückzugsposition und einer Betriebsposition aufgehängt ist, in der ein Abschnitt des Pfahls (18) in eine benachbarte Position bezüglich des unteren Abschnitts (17a) der Brennelementanordnung (17) kommt, wobei der Pfahl (18) darüber hinaus ein unteres Ende (18a) aufweist, das vertikal nach unten bezüglich des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung (17) in der Betriebsposition des Pfahls (18) vorspringt, gebildet aus wenigstens einem Führungszapfen (18a), der mit geringem Spiel in eine Wasserdurchtrittsöffnung (29) der Kernstützplatte (30) eingeführt werden kann, wobei der Pfahl (18) in seiner Betriebsstellung am Mast (13) befestigt ist.
Beladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in seiner Betriebsposition der Pfahl (18) mittels wenigstens einer Anschlagvorrichtung (24, 24') auf einer Stützvorrichtung (23, 23'), die mit dem Mast (13) verbunden ist, ruht, und dass die Bewegungseinrichtungen des Pfahls (18) zwischen seiner Rückzugsposition und seiner Betriebsposition einen ersten Bewegungsstelltrieb (20) für eine Bewegung des Pfahls (18) in seiner vertikalen axialen Richtung, einen zweiten Bewegungsstelltrieb (21) für eine Bewegung quer zum Pfahl zwischen der Rückzugsposition und einer Position aufweist, in der wenigstens eine Anschlagvorrichtung (24) des Pfahls (18) senkrecht zu einer Stütze (23) des Mastes (13) der Beladevorrichtung liegt, sowie eine Führungseinrichtung (25, 26) aufweist, die den Pfahl (18) zwischen seiner Rückzugsposition und seiner Betriebsposition führt.
Beladevorrichtung nach Anspruch 2 mit einem Schaft (10), der mit horizontalen Bewegungseinrichtungen (12, 8) des Schaftes (10) oberhalb eines Beckens des Kernreaktors versehen ist, bei der der Mast (13) in der vertikalen Richtung beweglich angebracht ist, wobei die Führungseinrichtungen (25, 26) des Pfahls (18) eine Führungswalze (25) aufweisen, die an dem Pfahl (18) angebracht ist und einen Führungsweg (26) aufweisen, der mit dem Schaft (10) der Beladevorrichtung verbunden ist.
Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Führungszapfen (18a), der den unteren Endabschnitt des Pfahls (18) der Führungseinrichtung bildet, einen kegeligen Eingriffsabschnitt in eine Wasserdurchtrittsöffnung (29) der Kernstützplatte (30) aufweist.
Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (18) einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufweist, die im wesentlichen parallel und miteinander durch einen geknickten Abschnitt verbunden sind, der bezüglich einer Längsrichtung des Pfahls geneigt ist, derart, dass der untere Abschnitt des Pfahls (18) in eine benachbarte Position bezüglich des unteren Endabschnitts (17a) der Brennelementanordnung (17) in seiner Betriebsposition und bevorzugt in Kontakt mit dem unteren Abschnitt der Brennelementanordnung (17) in seiner Betriebsposition kommen kann.
Verfahren zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors, der von Brennelementanordnungen (17) gebildet wird, die mit ihrem unteren Endabschnitt (17a) auf der Oberseite einer horizontalen Kernstützplatte (30) im Inneren eines Behälters ruhen, wobei der Behälter des Reaktors offen ist und mit einem Becken (2) des Kernreaktors während des Beladens des Kerns in Verbindung steht, das von der Oberseite des Beckens (2) des Kernreaktors bewerkstelligt wird, unter Verwendung einer Beladevorrichtung (1) mit einem vertikalen Mast (13), der mit beweglichen Befestigungseinrichtungen für den oberen Abschnitt einer Brennelementanordnung (17) an seinem unteren Abschnitt und mit Bewegungseinrichtungen (12, 8, 15) des Mastes (13) in horizontale Richtungen und in die vertikale Richtung versehen ist, wobei für eine jede der Brennelementanordnungen (17) des Kerns, dessen Beladen man sicherstellt, aufeinanderfolgend die Befestigung der Brennelementanordnung (17) durch ihren oberen Abschnitt mit dem unteren Abschnitt des Mastes (13) der Beladevorrichtung (1), das Bewegen der Brennelementanordnung unter Verwendung der Beladevorrichtung zum Einführen in das Becken des Kernreaktors und das Absetzen der Brennelementanordnung (17) auf der Kernstützplatte (30) unter In-Eingriff-Bringen von Positionierungsöffnungen (28) eines unteren Endes (17a) der Brennelementanordnung (17) mit zwei Positionierzapfen (27), die an der Oberseite der Kernstützplatte (30) vorspringen, erfolgt dadurch gekennzeichnet, dass in eine benachbarte Position bezüglich des unteren Abschnitts (17a) einer Brennelementanordnung (17) ein Führungspfahl (18) der Brennelementanordnung gesetzt wird, der in seiner Betriebsstellung an dem Mast (13) befestigt ist und der einen unteren Endabschnitt (18a) aufweist, der nach unten an dem unteren Abschnitt (17a) der Brennelementanordnung (17) vorspringt, und dass durch Bewegen des Mastes (13) in die vertikale Richtung und nach unten die vertikale Bewegung der Brennelementanordnung bis zu ihrem Absetzen in einem freien Platz des Kernreaktorkerns bewerkstelligt wird, wobei die Brennelementanordnung durch den unteren Abschnitt (18a) des Pfahls (18) geführt wird, der wenigstens in eine Wasserdurchtrittsöffnung (29) der Kernstützplatte (30) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung, die den Pfahl (18) aufweist, in ihre, bezüglich des unteren Abschnitts der Brennelementanordung (17), benachbarte Position gebracht wird, während sich der Beladungsmast (13) und die Brennelementanordnung (17) oberhalb der Oberseite des Beckens (2) des Kernreaktors befinden.
Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtungen für eine Bewegung des Pfahls (18) zwischen seiner Rückzugsstellung und seiner Betriebsstellung Mittel zur Bewegung des oberen Teils (18b) des Pfahls (18), während sich dieser in seiner Betriebsstellung befindet, aufweisen.
Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtungen des Pfahls (18) diesen in seiner Betriebsstellung, in der er am Mast (18) befestigt ist, bis oberhalb des Reaktorbeckens bewegen können.