DE2164193A1

DE2164193A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Endverschlüssen an Brennstäben

Info

Publication number: DE2164193A1
Application number: DE19712164193
Authority: DE
Inventors: Edmond J. Lynchburg; Moore Claude A. Appomattox; Va. Silk (V.StA.). P
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1971-01-12
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1972-08-03
Also published as: NL168074B; IT944352B; FR2167247A1; AU462858B2; GB1373180A; LU64583A1; AU3689771A; NL168074C; DE2164193B2; NL7117415A; FR2167247B1; US3828518A; CA949137A; CH549263A; JPS5127836B1; ES398202A1; BE777700A

Description

\Dift-b~ll>ng4 sOe. CZoee/tacel t/Canatecbt

PATENTANWALT

22. Dezember 1971 Anw.-Akte: 27.24

PATENTANMELDUNG

Anmelderin: The Babcock & Wilcox Company,

161 East 42nd Street, Hew York, N.Y. 10017

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Endverschlüssen an Brennstäben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Endverschlüssen an Brennstäben, die radioaktiven Brennstoff enthalten, in einem unter Druck stehenden Inertgas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Fertigung von Kernbrennstäben müssen Verschlüsse an dem Ende von verhältnismäßig langen, schlanken Stäben, die radioaktiven Brennstoff enthalten, in einem unter Druck stehenden Inertgas befestigt werden.

Ein bekanntes Verfahren für die Befestigung solcher Endverschlüsse an Brennstäben verwendet große und komplizierte Evakuierungskammern mit einer übermäßigen Auspumpzeit, wodurch geringe Produktionsleistungen, hohe Kapitalkosten und ein sehr großer Raumbedarf für die Anordnung der Verschließvorrichtung entstanden.

- 2 20983 2/0638

In der Technik ist jedoch ein Verfahren erforderlich, das es ermöglicht, die äußere Verbindung zwischen dem Endverschluß und dem Brennstab in horizontaler Lage zu verschließen, da das Schweißen der 3 bis 4 Meter langen Rohre in vertikaler Lage hohe innere Arbeitsbühnen oder wahlweise verhältnismäßig tiefe Gruben erfordern würde. Es ist auch notwendig, die Verschließvorrichtung zu drehen und nicht das lange Rohr, damit dessen Unterstützungen nicht gedreht zu werden brauchen und damit eine eventuelle Beschädigung des radioaktiven Materials vermieden wird. Auch * sollte die für das Verschließen zum Einsatz kommende Umhüllung so klein wie möglich sein, um die Auspumpzeit und den Inertgasverbrauch zu mindern und die Gesamtverfahrenszeit auf ein Geringstmaß herabzusetzen. Das letztgenannte Ziel sollte auch dadurch angestrebt werden, daß nur ein kurzes Stück der schlanken Stäbe effektiv in die Kammer eintritt. Die Gesamtverfahrenszeit von der Einführung des Brennstabs in die Umhüllung über die Evakuierung und die Schaffung der gewünschten Atmosphäre bis zum Abkühlen sollte nicht einen Bruchteil der Zeit überschreiten, die konventionelle Verfahren benötigen.

Die vorliegende Erfindung erfüllt den Bedarf der Technik unter besonderer Betonung der Erzielung eines insgesamt wirkungsvollen Verfahrens mit optimalem Wirkungsgrad in der kürzest möglichen Zeit unter Vermeidung der zuvor genannten technischen Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Bedingungen bei einem Verfahren für die Befestigung eines Endverschlusses an einem verhältnismäßig langen, schlanken Kern-

209832/0638

brennstab zu erfüllen und eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig "bei dem Verfahren zur Befestigung des Endverschlusses dadurch gelöst, daß der Brennstab zunächst in einer bestimmten Länge in eine Umhüllung eingeführt wird, die eine kontrollierte Atmosphäre enthält und in bezug auf den Umfang in einer Verschließvorrichtung gehaltert wird. Anschließend erfolgt das Verschließen der äußeren Verbindung zwischen dem Endverschluß und dem Brennstab sowie das Herausziehen des Brennstabes im geschlossenen Zustand aus der Umhüllung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Kammer auf, die axial ausgerichtete Öffnungen mit Verschließvorrichtungen besitzen, die für den Durchtritt der Brennstäbe eingerichtet sind. Weiterhin ist die Kammer mit Vorrichtungen ausgestattet, um evakuiert und mit einem unter Druck stehenden Inertgas beaufschlagt zu werden, wobei die Verschließvorrichtungen für die Aufrechterhaltung eines Vakuums oder einer Druckgasatmosphäre eingerichtet sind. Zusätzlich ist eine Welle angeordnet, die drehbar innerhalb der Kammer gelagert ist und einen Längsdurchlaß mit · offenen Enden in axialer Ausrichtung mit den Öffnungen aufweist. Auf einem Ende der Yfeile ist eine Platte aufgezogen, die eine Öffnung in axialer Ausrichtung mit einem Durchlaß besitzt, wobei die Platte drehbar ist. Eine Schweißvorrichtung ist auf dem Umfang der Platte montiert und so eingerichtet, daß sie herauslösbar in eine bestimmte Bahn um den Umfang des Stabes eintritt, um den Endver-" schluß daran zu befestigen, sowie eine Halterung, um die

- 4 209832/0638

Längsbewegung des Stabes im Hinblick auf die bestimmte Bahn der Schweißvorrichtung einzurichten und einzuhalten.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, den Bedarf der Technik unter besonderer Betonung der Erzielung eines insgesamt wirkungsvollen Verfahrens mit optimalem Wirkungsgrad in der kürzest möglichen Zeit unter Vermeidung der bisher bekannten technischen Schwierigkeiten zu erfüllen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 1 im Schnitt,

Fig. 3 eine Frontansicht der gleichen Vorrichtung im Schnitt.

Gleiche Ziffern beziehen sich auf gleiche Teile innerhalb der verschiedenen Figuren.

Die Erfindung betrifft den Längseinsatz eines linearen Werkstücks des Kernbrennstabs mit Endverschluß in eine bestimmte Stellung in einer Umhüllung mit einem kontrollierten, unter Druck stehenden Inertgas, die Halterung eines solchen Werkstücks in bezug auf die Umfangsbahn einer Verschließvorrichtung in Schweißausführung;, danach das Verschließen der äußeren Verbindung zwischen einem

— ^r) 209832/0638 ^BAD ORIGINAL

solchen Verschluß und einem solchen Brennstab sowie schließlich das Herausziehen eines solchen verschlossenen Kernbrennstabs, der nunmehr zum Einsatz in dem Gore eines Kernreaktors bereit ist.

Bei der in Fig. 1-3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Einsatz bei dem vorliegenden Verfahren mit einer Umhüllung oder Kammer 10 ausgestattet, die eine Vorrichtung aufweist, um die darin herrschende Atmosphäre zu kontrollieren. Die letztgenannte Vorrichtung hat die Form einer Öffnung 11 in der unteren Fläche der Kammer; diese Öffnung steht wechselweise entweder mit einer Evakuierungspumpe 12 oder einer unter Druck stehenden Grasquelle 13 unter dem Einfluß einer Steuerung in betrieblicher Verbindung. Die Stirnseiten der Kammer sind je mit einer Durchtrittsöffnung versehen, wobei diese Öffnungen zueinander axial ausgerichtet sind. Die öffnungen 14 und 15 sind je mit einer Verschlußvorrichtung 16 und 17 in konventioneller Ausführung verseilen, um die gewünschte Atmosphäre innerhalb der Kammer •iifrechtzuerhalten. Die Eintrittsöffnung 14 ist eingerichtet, um ein Ende des ßrennstabs 18 aufzunehmen, während lic Austrittsöffnung 15 so eingerichtet ist, um zu gewährleisten, daß ein solcher Brennstab 18 durch ein verüohloyuenea Anschluß Leihmgsnetz in einen nicht darge- ;jteLltHji äußoron Handschuhkasten nach Durchquerung der Kammer treten kann, wie nachstehend noch klarer beschrieben ti ι el.

JLfJ i'-cAiiwic I'j L.Ή mit ^fiinü-: isolierten Grundplatte 21 ausgestattet, die einen ,Händer 22 hat, in weLchem eine" zy-

209832/0638 ^BAD

lindrische Welle 23 drehbar gelagert ist, die einen Längsdurchlaß 24 besitzt, welcher offene Enden aufweist und mit den zuvor genannten Öffnungen 14 und 15 axial ausgerichtet ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 und 2 ist eine zylindrische Tragplatte 25 auf einem Ende der Welle aufgezogen und mit einer Öffnung 26 versehen, die mit dem Durchlaß 24 der Welle 23 axial ausgerichtet ist. Eine Verschließvorrichtung 27 in WIG-Schweißausführung ist haltbar auf dem Außenumfang der Platte 25 montiert, wie es aus Fig. 2 zu erkennen ist, und so angeordnet, daß ihr Kopf 28 in einem bestimmten Weg um den Umfang des Brennstabs 18 wandert, wenn die Welle 23 mit der daran befestigten Platte 25 innerhalb des Ständers 22 gedreht wird.

Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß elektrische Kontaktfinger 31 die Energie liefern, um die Schweißvorrichtung 27 zu betreiben, und zwar von einer nicht dargestellten Energiequelle aus; die Bewegung der Platte 25 um ihre Achse wird durch das Vorgelege 32 und 33 von einer Antriebsquelle 34 aus bewirkt. Auf diese Weise wird der arbeitende Schweißkopf 27 in einem Ringweg um den Umfang des Brennstabs 18 gedreht.

He in Fig. 1 dargestellt, ist eine zylindrische Knagge 36 in Knopfform auf dem Ständer 22 montiert zwecks lösbsrar Verbindung mit dem Gehäuse der Schweißvorrichtung 27 über einen Arm 37 während der Verarbeitung einer Vielzahl von Brennstäben 18. Die Knagge 36 ist mit einem doppelt wirkenden Luftzylinder ^9 verbunden, der elek-

- 7
209832/0638 bad original

trisch durch eine nicht dargestellte Energiequelle über eine bekannte Schaltung gesteuert wird, um zu bewirken, daß eine solche Knagge 36 bei Abschluß des Schweißvorgangs ausfährt und bei Beginn eines neuen Vorgangs einfährt. Dadurch wird die Möglichkeit ausgeschaltet, daß der Brennstab 18 beim Einsetzen oder Entfernen aus der Kammer 10 die Elektrode oder den Kopf 28 berührt und beschädigt.

Ein Arm 41 ist gelenkig auf der Grundplatte 21 durch eine Welle 42 über eine Unterstützung 43 befestigt und so konstruiert, daß er, wenn er betätigt wird, zu einer Stelle wandert, die den axialen Weg des Brennstabs 18 schneidet, wie in Fig. 2 dargestellt. Auf diese Weise wirkt der rückziehbare Arm 41 als Anschlag gegen eine weitere lineare Bewegung des Brennstabs 18, der dadurch eine bestimmte Stelle einnimmt, um wirkungsvoll die äußere Verbindung zwischen dem Endverschluß und dem Brennstab durch die Elektrode oder den Kopf 28 zu verschließen.

Wie es in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, wird der Arm 41 zu einer Schwenkbewegung durch einen Luftzylinder 44 der Schub-Zug-Ausführung über ein Gestänge 45 betätigt, das mit der Welle 42 in Verbindung steht. Der zweistufige Luftzylinder 44 ist so eingerichtet, daß er tätig wird, um das Gestänge 45 durch die Wirkung der Kraftquelle über eine konventionelle Schaltung aus- und einzufahren.

Wie es die Figuren zeigen, ist eine Halterung 51 in Klemmenausführung vorgesehen, um den Brennstab 18 zu ergreifen und in bezug auf den Weg der arbeitenden Elektrode

- 8 209832/0638 BAD ORIGINAL

in dem Schweißkopf festzuhalten. Die Kleimnflächen 52 und der Halterung 51 sind mit einer Öffnung 54 versehen, die mit dem Weg des Brennstabs 18 axial ausgerichtet ist, wenn dieser durch die Eintrittsöffnung läuft, und die so eingerichtet ist, daß sie den Brennstab 18 bei seiner Durchquerung der Klammer 10 aufnimmt. Die Klemme 51 ist in Schraubstockart und wird durch einen bekannten Luftzylinder 55 der Schub-Zug-Ausführung über ein Gestänge 56 bei Energiezuführung durch die zuvor genannte Energiequelle betätigt.

Im Betrieb wird das offene Ende des leeren Brennstabs in der langen, schlanken Ausführung in die Eintrittsöffnung 14 eingesteckt und durch die lineare Öffnung 54 der Halterung 51 in den Längsdurchlaß 24 der Welle 23 geleitet und dann durch die Austrittsöffnung 15 aus der Kammer 10 heraus. Dabei γ/erden eine !leihe von nicht dargestellten Verarbeitungsstationen von dem Brennstab passiert, um mit radioaktivem Material unter einer Inertgasatmosphäre beschickt und um mit einem Verschluß 61 an seinem offenen Ende versehen zu werden. Es sollte darauf hingewiesen wer-

^ den, daß an einer Stelle vor oder während dieses anfänglichen Stadiums die Umhüllung 10 durch die Pumpe 12 evakuiert wird und daß die gewünschte Gasatmosnhäre unter einem bestimmten Druck von einer Gasquelle 13 in die Umhüllung 10 eingebracht wird, bic der gewünschte Zustand erreicht ist.

Der beschickte Frennstab 1ö wird dann durch die A.ι:.' iri ttooffmm£ 15 zurückgezogen, Ms er den Durch]:¹/? 24 freigibt und räumlich an der Innenfläche der Halterung ^!; 1 anlieft. Zu diesem Zeitnmld, wird der ....ii-ft:,; i-ulrr M von einer

209837/0638 _BAD ORIGINAL

nicht dargestellten Energiequelle beaufschlagt, und der zurückziehbare Arm 41 wird über ein Gestänge 45 und die Welle 42 in eine Lage geschwenkt, in der er sich in dem axialen .ieg des Brennstabs 18 befindet. Das mit dem Endverschluß versehene Ende des letztgenannten Stabs wird dann in eine lösbare Verbindung mit dem Arm 41 geschoben, der als Ansciilag wirkt, um die v/oitere lineare Vorwärtsbewegung des 3tabs zu begrenzen und die Verbindung zwischen dem Endver-3chlu3 61 und dem Brennstab 13 wirkungsvoll in den Bereich des rotierenden 3chweißko"<fs 28 zu bringen. Im Anschluß daran wird der Luftzylinder 55 durch die Kraftquelle beaufschlagt und der Brennstab 18 durch die Schließwirkung der Halterung 51 geklemmt. Der Luftzylinder 44 wird dann tätig, um das j-e stange 45 zurückzuziehen und den Arm 41 aus der Verbindung mit dem Ende des Brennstabs 18 durch die Wirkung der //eile 42 herauszuschwenken.

Die Drehbewegung wird dann der Platte 25 durch eine Triebkraft 34 über ein Vorgelege 32 und 33 verliehen, wodurch die Schweißvorrichtung 27 und die Elektrode 28 in eine Drehbewegung um den Umfang der zuvor genannten äußeren Verbindung zwischen dem Endverschluß 61 und dem Brennstab 16 versetzt werden. Die Schließwirkung des Schweißkopfs 27 wird erreicht, wenn Energie durch die nicht dargestellte zentrale Energiequelle über die elektrische iCoritakt: inger""-'r; richtung 31 .^liefert wird. Infolgedessen •/•erschließt die unter Spannung genetzte Schweißelektrode 'Ά Hu 7/jv(jt genannte Verbindung.

Am Ende des Uchwfc ißvor'^m^s wird der Luftzylinder 39 be— tätigt und führt die f.migrv % vor; durch die Mitwirkung

- 10 20983^/0638 ^BAD ORIGINAL

des Arms 37 wird der Schweißkopf 27 aus seinem Umfangsweg herausgefahren, wodurch er sich γοη der beschriebenen Verbindung des Endverschlusses 61 und Brennstabs 18 löst.

Die Klemmwirkung der Halterung 51 auf den Körper des Brennstabs 18 wird dann durch die Eückziehwirkung des ' Luftzylinders 55 über das Gestänge 56 aufgehoben. Durch dieses Schließverfahren ist der Endverschluß 61 fest an den Körper des Brennstabs geschweißt, der nunmehr aus der Hülle oder Kammer entfernt werden kann und fertig ist zum Einsatz im Core des Kernreaktors.

- 11 209837/0638

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1/ Verfahren zum Befestigen eines EndverSchlusses an einen langen, schlanken Brennstab, der radioaktiven Kernbrennstoff enthält, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennstab zunächst in einer bestimmten Länge in eine Umhüllung eingeführt wird, die eine kontrollierte Atmosphäre enthält und in bezug auf den Umfang in einer Verschließvorrichtung gehaltert wird; anschließend erfolgt das Verschließen der äußeren Verbindung zwischen dem Endverschluß und dem Brennstab sowie das Herausziehen des Brennstabs im verschlossenen Zustand aus der Umhüllung.
2. Vorrichtung zum Einsatz bei der Befestigung von Endverschlüssen an Kernbrennstäben, die radioaktiven Brennstoff enthalten, und zwar in einem unter Druck stehenden Inertgas, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kammer aufweist, die axial ausgerichtete Öffnungen mit Verschließvorrichtungen besitzen, die für den Durchtritt der Brennstäbe eingerichtet sind und die auch mit Vorrichtungen ausgestattet ist, um evakuiert und mit einem unter Druck . stehenden Inertgas beaufschlagt zu werden, wobei die Verschließvorrichtungen für die Aufrechterhaltung eines Vakuums oder einer Druckgasatmosphäre eingerichtet sind und einer felle, die drehbar innerhalb der Kämmer geJagert ist und einen Längsdurchlaß mit

- 12 209832/0638 BAD ORIGINAL

offenen Enden in axialer Ausrichtung mit den Öffnungen aufweist,sowie eine Platte, die auf einem Ende der Welle aufgezogen ist und eine Öffnung in axialer Ausrichtung mit einem Durchlaß besitzt, wobei die Platte durch eine Antriebsvorrichtung drehbar ist, und eine Schweißvorrichtung, die auf dem Umfang der Platte montiert und so eingerichtet ist, daß sie herauslösbar in eine bestimmte Bahn um den Umfang des Stabs eintritt, um den Endverschluß daran zu befestigen,sowie eine Halterung, um die Längsbewegung des Stabs in bezug auf die be-" stimmte Bahn der Schweißvorrichtung einzurichten und einzuhalten.

209837/0638

Leerseite