DE2164193A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Endverschlüssen an Brennstäben - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Endverschlüssen an BrennstäbenInfo
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Description
\Dift-b~ll>ng4 sOe. CZoee/tacel t/Canatecbt
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.
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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-
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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
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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
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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-
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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-
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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
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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
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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 (2)
- PATENTANSPRÜCHE1/ 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 ORIGINALoffenen 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.209837/0638Leerseite
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BE777700A (fr) | 1972-07-05 |
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