DE3732076C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Prüfung oder
Inspektion des Stabprofils, und insbesondere eine
Einrichtung zu einer derartigen Inspektion des Profils
jedes Stabes eines
Stabbündels, wie sie in Druckwasserreaktoren als
Regel- und Steuerstäbe verwendet werden.
Zum Regeln oder Steuern der reaktorinternen Kernreaktion
und der Neutronenflußdichteverteilung werden in den mei
sten in Leistungsreaktoren neuerdings
genutzten Druckwasserreaktoren Regel- und Steuerstäbe
verwendet. Diese Steuerstäbe sind gebildet aus einer
Vielzahl von länglich ausgebildeten Neutronenabsorber
stäben, die über eine obere Spinne zusammengefaßt
sind und in sowie aus einem Langführungsrohr im zusammen
gefaßten Kernbrennstoff unabhängig eingeführt oder
herausgezogen werden. Sie werden als Absorberstab
vom Typ "Cluster" oder als Cluster-Absorberelement
oder Fingersteuerstab bezeichnet.
Der Steuerstab wird wie vorstehend beschrieben verwendet
und erfährt durch den Kontakt mit dem Führungsrohr
sowie den anderen Führungsträgern eine zunehmende
Abnutzung. Es hat sich bestätigt, daß die Abnutzung
nicht vernachlässigbar ist.
Dementsprechend wird das Aussehen des Steuerstabes
geprüft und inspiziert, wenn der Brennstoff des
Kernreaktors ausgetauscht wird. Der weitgehend abgenutzte
Steuerstab wird dabei entfernt.
Da insbesondere die im Reaktor verwendeten Steuerstäbe
bestrahlt worden sind und selbst eine intensive Strahlung
abgeben, darf die die Inspektion durchführende Person
sich den Steuerstäben nicht unmittelbar nähern. Demgemäß
wurden die Steuerstäbe in Wasser eingetaucht gehalten,
wobei deren äußeres Erscheinungsbild durch eine Unter
wasserkamera überprüft wurde. Der Betrag der Abnutzung
des Steuerstabes wird dabei nicht quantitativ gemessen;
es wird beurteilt, ob der Steuerstab noch weiter
verwendet werden kann oder nicht je nach der Erfahrung
und dem Erkennungsvermögen der inspizierenden Person
auf der Grundlage eben des äußeren Erscheinungsbil
des des Steuerstabes.
Wenn dagegen jedoch die Abnutzung im Hinblick darauf
quantitativ gemessen werden kann, ob der Steuerstab
weiter verwendbar ist oder nicht, dann ist
eine genaue Beurteilung erforderlich. In diesem Sinne sind
bereits verschiedene Versuche und Vorschläge gemacht
worden.
So ist zur Prüfung des Profils eines Einzelstabes aus DD 2 20 389 A1
ein Verfahren und eine Einrichtung bekannt, bei dem bzw. bei der eine
Halteeinrichtung zum Halten des Stabes und eine Meßfühlereinrichtung
zum Ermitteln des Profils mit einer zylinderförmigen Ummantelung, in
die der Stab einführbar ist, vorgesehen sind. In der Ummantelung sind
mehrere Meßfühler angeordnet, die mit dem Stab in Kontakt gebracht
werden. Ferner sind Drehantriebsmittel zum Drehen der Ummantelung um
den Stab sowie Gleitantriebsmittel zur axialen Verschiebung der Ummantelung
vorhanden.
Diese Lösung ist jedoch nur für Einzelstäbe ausgelegt und gibt keinen
Hinweis auf das Problem bei zu Bündeln zusammengefaßten Stäben.
In der japanischen Patent
anmeldung Nr. 2 93 976/85 der gleichen Anmelderin wird ein Abnutzungsmeß
fühler offenbart, bei dem ein Differentialübertrager
mit beweglichem Magnetkern verwendet wird.
Bei diesem Meßfühler wird der bewegliche Magnetkern
durch eine Feder an den zu inspizierenden Körper
gepreßt. Die Verschiebung des Megnetkerns in der
Veränderung nach der Form und Gestalt der äußeren
Fläche des Körpers wird als Spannung nachgewiesen,
so daß die Inspektion des Steuerstabes auf der Grund
lage der Spannung vorgenommen wird.
Hierbei weist die in dieser Patentanmeldung offenbarte
Vorrichtung eine zylinderförmige Ummantelung auf,
von der der Steuerstab aufgenommen wird. Die Ummantelung
ist mit einem als Dehnungsmesser ausgebildeten Meßfühler
versehen, der auf die Außenfläche des Steuerstabes
gedrückt wird. Die Ummantelung wird um den Steuerstab
in Drehbewegung herumgeführt, um Verformungen d.h.
den Betrag der Abnutzung der Außenfläche des Steuer
stabes auf der Grundlage des Meßfühlerausgangs zu
erfassen.
Die bekannte und oben erwähnte Prüf- oder Inspektions
vorrichtung, in der eine Unterwasserkamera verwendet
wird, kann den Betrag der Abnutzung nicht quantitativ
messen oder das äußere Erscheinungsbild des Steuerstabes
prüfen, das im toten Winkel der Kamera liegt, der
durch die Clusterstruktur der Steuerstäbe bedingt
ist.
Darüber hinaus leidet die Meßgenauigkeit sowie praktische
Anwendung, wenn der in der Inspektionsvorrichtung
eingebaute Differentialübertrager in Wasser verwendet
wird.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung
zur Prüfung und Inspektion des Stabprofils zu schaffen,
durch die der Betrag der Abnutzung auf einer Außen
fläche des Stabes wie eines Steuerstabes quantitativ
genau gemessen wird, um das Stabprofil zu untersuchen
und zu beobachten, und durch die der Profil- oder
Formquerschnitt des abgenutzten Stabes kontinuierlich
inspiziert wird.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist die erfindungsgemäße
Einrichtung entsprechend der Merkmale des Anspruchs 1 aufgebaut.
In den Unteransprüchen sind weitere zweckmäßige Ausgestaltungen angegeben.
Nach der Erfindung sind ein Profilabtaster-Meßfühler,
in den der einzelne zu inspizierende Stab einzuführen ist,
ein Halter, durch den die Stäbe gehalten werden und
der diese erforderlichenfalls in ihrer axialen
Richtung bewegt, ein Bezugselement, das eine Inspektions
bezugsstellung in der axialen Richtung des Stabes
anzeigt, und ein Fernsichtanzeigegerät zur Erfassung
der Bezugsstellung vorgesehen.
Hierbei umfaßt der Profilabtaster-Meßfühler eine
zylinderförmige Ummantelung, von der die Stäbe aufgenommen
werden, die normalerweise glatte und unterbrechungsfreie
Stäbe zylinderförmigen Querschnitts sind. Ein einzelner
als Dehnungsmesser ausgebildeter Blattfeder-Meßfühler
oder deren mehrere sind in der zylinderförmigen Umman
telung angeordnet und mit Kontaktvorsprüngen versehen.
Die Schwimmspitze des Meßfühlers wird mit der Stabaußen
fläche in Kontakt gebracht und reagierend auf die
Außenfläche des Stabes verlängert oder verkürzt.
Von dem Meßfühler wird auf eine Verschiebung des Kontakt
vorsprungs hin eine Übertragung oder Umwandlung durchge
führt, um gemäß der Unebenheit der Außenfläche des
Stabes ein Ausgangssignal zu liefern.
Es ist möglich, einen einzelnen als Dehnungsmesser
ausgebildeten Meßfühler oder deren mehrere zu verwenden,
wobei bei Zwischenräumen gleicher Winkel mehrere
Meßfühler eingesetzt werden. Bei der Drehung der
zylinderförmigen Ummantelung um den Stab erzeugen
die Meßfühler auf den Form- oder Profilquerschnitt
des Stabes hin Signale, die einer zentralen Datenver
arbeitungsanlage und einem Sichtanzeigegerät zugeführt
werden. Die Profilquerschnittsverarbeitung wird durchge
führt und numerisch oder figürlich auf dem Bildschirm
wiedergegeben.
Darüber hinaus werden die Kontaktstücke mehrerer
dieser Meßfühler in axialer Richtung des Stabes mit
gleichmäßigen Abständen verschoben, so daß die Meß
fühler in Übereinstimmung mit dem Profil auf allen
Punkten in der Längsrichtung des Stabes Signale liefern,
die der zentralen Datenverarbeitungsanlage sowie
dem Sichtanzeigegerät zugeführt werden, um das Profil
numerisch oder figürlich zu verarbeiten und darzustellen,
wenn die Ummantelung um den Stab herumgeführt wird.
Als Sichtanzeigegerät kann ein Kathodenstrahlröhre-Sicht
anzeiger,ein Drucker oder Plotter verwendet werden.
Zum Messen des Querschnittsprofils an mehreren Stellen
in Längsrichtung des Stabes ist eine Antriebseinheit,
die in Längsrichtung des Stabes gleitend verschiebbar
ist, zusammen mit der zylinderförmigen Ummantelung
und erforderlichenfalls mit deren Drehantriebseinheit
ausgebildet.
Wie bereits vorstehend beschrieben, kann der Betrag
der Abnutzung der als Cluster ausgebildeten Stäbe
nach der Erfindung quantitativ gemessen werden. Da
die zu inspizierenden Stäbe eingespannt sind und
die Unebenheit der Außenfläche der Stäbe durch als
Dehnungsmesser ausgebildete Blattfeder-Meßfühler
erfaßt wird, liegt die Zuverlässigkeit der quantitativ
gemessenen Daten äußerst hoch.
Da die Ummantelung des erfassenden Meßfühlers, in die
die Steuerstäbe eingeführt werden, so beschaffen
ist, daß die Dehnungsmesser-Meßfühler mit vorbestimmten
Zwischenräumen in peripheraler und axialer Richtung
der Ummantelung angeordnet sind und die Ummantelung
rotiert wird, läßt sich das Axial- und Querschnittsprofil
der zahlreichen Steuerstäbe in jeder beliebigen Stellung
quantitativ und unverzüglich prüfen und beobachten.
Darüber hinaus kann das Fernsichtanzeigegerät zur
üblichen quantitativen Beobachtung der äußeren Erscheinung
der Stäbe verwendet werden, wobei dann auch die Inspektion
des Teils des nicht abgenutzten Stabes nach schneller
Beurteilung im Hinblick darauf unterbleiben kann,
ob der Stab auf der Grundlage der Abnutzung bereits
benutzt worden ist oder nicht.
Die Erfindung wird anhand der nächstfolgenden Beschrei
bung mehrerer in den Zeichnungen dargestellter bevor
zugter Ausführungsformen näher erläutert. Hierbei
zeigt
Fig. 1 ein Gesamtsystemschema der ersten und der
zweiten Ausführungsform nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Längsschnitt eines Hauptteils der
ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Draufsicht des Hauptteils der ersten
Ausführungsform,
Fig. 4 eine teilweise vergrößerte Ansicht der
Fig. 2,
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Hauptteils der
zweiten Ausführungsform nach der Erfindung,
Fig. 6 eine Draufsicht des Haupteils der zweiten Ausführungsform
und
Fig. 7 eine teilweise vergrößerte Ansicht der Fig. 5.
Nachstehend wird eine Ausführungsform nach der Erfindung
beschrieben, die zur Inspektion des Betrags der Abnutzung
eines in Kernreaktoren verwendeten Steuerstabes angewendet
wird.
Die Fig. 1 stellt ein Systemschema dar, aus der
die Gesamtzusammensetzung der Anlage ersichtlich
ist. Die Fig. 2 bis 4 zeigen im einzelnen den
eigenlichen Aufbau. Ein Steuerstab 1 wird von einem
Handhabungswerzeug 10 fest- und im Wasser eingetaucht
gehalten. Darüber hinaus wird der Stab von diesem
Handhabungswerkzeug 10 nach oben und unten geführt.
Ein Klaviersaitendraht 20 wird als Bezugselement
in derselben horizontalen Ebene im Wasser in der
sich mit dem Steuerstab 1 schneidenden Richtung gespannt.
Zwei Unterwasserfernsehkameras 31, die in Entsprechung
zum Klaviersaitendraht angeordnet sind, liegen über
den Verbindungsleitungen 33 an den Regeleinrichtungen 35,
die außerhalb des Wassers liegen, und darüber hinaus
über den Kontrollbildempfängern 37 an den jeweiligen
Video-Bandaufnahmegeräten (VTR) 39. Die Unterwasser-Fern
sehkameras 31, die Regeleinrichtungen 35, die Kontroll
bildempfänger 37 sowie die Video-Bandaufnahmegeräte
39 bilden als Ganzes die optische Fernanzeige-Einheit 30.
Die Regeleinrichtungen 35 stellen den Brennpunkt und die
Bildqualität der Unterwasser-Fernsehkamera 31 ein.
Ein von der Kamera 31 aufgenommenes Bild kommt auf
dem Fernsehempfänger 37 zur Anzeige. Der Steuerstab
1 wird von dem Handhabungswerkzeug 10 derart nach
oben und unten bewegt, daß der Klaviersaitendraht
20 mit der Bezugsstellung des Steuerstabes 1 auf
dem Schirm des Fernsehempfängers 37 ausgerichtet
ist. Wenn dieser Draht 20 mit der Bezugsstellung
des Stabes 1 ausgerichtet ist, wird die Anzeige eines
(nicht dargestellten) Codierwerkes, das in dem Handhabungs
werkzeug 10 vorgesehen ist, auf Null gestellt. Die
Ausgangssignale des Codierwerkes werden von einem
Z-Achsen-Anzeiger 11 herausgenommen, um an die Schnitt
stelle 51 geliefert zu werden. Eine Z-Achsen-Höhenstellung,
die Steuerstabnummer, das Datum und dgl. können nach
Bedarf auf dem Fernsehempfänger 37 dargestellt und
zusammen mit dem Bild aufgezeichnet werden.
Ein hiernach noch näher zu beschreibender profiler
fassender Meßfühler 40 wird in Bezug zum Klaviersaiten
draht 20 und zur Unterwasser-Fernsehkamera 31 in
einer vorbestimmten Stellung gehalten. Die Winkelbewegung
des Meßfühlers wird von der Regeleinrichtung 41 geregelt.
Ein Ausgangssignal des Meßfühlers 40 wird in einem
Analog-Digital-Umsetzer 43 in ein Digitalsignal umge
wandelt und zusammen mit dem Z-Achsen-Stellungssignal
über die Schnittstelle 51 dem Rechner 53 zugeführt.
Die Tastatur 58 und ein Floppy-Disk 57 liegen am
Rechner 53. Ein Ausgang des Rechners 53 wird einem
besonderen Sichtanzeigegerät, d.h. einem oder zwei
Kathodenstrahlröhre-Anzeigegerät 54, einem Drucker
55 und einem XY-Plotter 56 zugeführt.
Ein Höhenstellung-Anzeigezähler 13 liegt in der Nähe
einer Bedienungskonsole des Handhabungswerkzeugs
10 für den Steuerstab und zeigt der Bedienungsperson
die Z-Achsenstellung an.
Nachstehend wird der Aufbau eines Meßabschnitts der
Profilinspektionsvorrichtung anhand der Fig. 2
(Aufriß) und der Fig. 3 (Draufsicht) beschrieben.
Ein mit einem Fenster versehener Kamerakasten 69,
in dem ein Klaviersaitendraht 20 horizontal gespannt
ist, ist hängend auf der unteren Fläche einer Hebeplatte
62 eingesetzt, auf der die Führungsrahmen 61 ortsfest
stehen. Dieser Meßabschnitt sitzt normalerweise in
einer mit Wasser gefüllten Vertiefung (Abstellplatz). Die Hebehaken
eines Krans werden, wie später noch näher beschrieben
wird, in die Augbolzen 63 eingeführt.
Die Führungsrahmen 61 dienen den Führungsgliedern
zum Einstellen der Stabbündel (Cluster). Die in der
Nähe der Mitte von der Hebeplatte 62 angeordneten
Führungsstangen 65 bewerkstelligen die endgültige
Positionierung.
Eine Grundplatte 67 steht auf einem nicht dargestellten
Gestell (das ein in der Vertiefung oder Grube angeordne
ter Bock zum Speichern des verwendeten Kernbrennstoffs
sein kann) und ist über den Kamerakasten 69 mit der
Hebeplatte 62 verbunden.
Die beiden Unterwasser-Fernsehkameras 31, die über
die Klammer 71 auf der Hebeplatte 62 sitzen, liegen
dem im Fenster des Kasten 69 gespannten Klaviersaiten
draht 20 gegenüber, so daß die Kameras 31 ein Bild
von dem Klaviersaitendraht 20 sowie den Steuerstäben
1 machen können, wenn die als Stabbündel vorhandenen
Steuerstäbe in den Kasten 69 eingeführt werden. Eine
Beleuchtungslampe 32 ist an der Seite der Kamera
31 vorgesehen.
Der Meßfühler 40 ist entsprechend den Löchern 73
auf der Hebeplatte 62 angeordnet, in die die Steuerstäbe
1 eingeführt werden. Anhand der Fig. 4 wird hier
im einzelnen noch darauf eingegegangen.
ln der Fig. 4 ist durch eine Führungsstange 75 unter
und parallel mit der Grundplatte 67 eine Trägerplatte
77 eingesetzt. Eine Führungsmuffe 83 liegt nach dieser
Fig. 4 ortsfest an einer beweglichen Trägerplatte
81 des das Profil erfassenden Meßfühlers 40 und ist
an dieser Führungsstange 75 verschiebbar angebracht.
Hierbei weist die Ummantelung 85, die drehbar an
der beweglichen Trägerplatte 81 angebracht ist, an
ihrem oberen und unteren Abschnitt die Zylinder 87
und 89 auf, wobei auf der Außenfläche des zentralen
Abschnitts der Ummantelung 85 ein Getriebe 91 ausgebildet
ist. Ein Getriebe 95 ist auf der Abtriebswelle der
beweglichen Antriebseinheit eingesetzt, d.h. über
das Getriebe 97 kommt ein Schrittmotor 93 mit dem
Getriebe 91 in Radeingriff. Somit wird bei Betrieb
des Schrittmotors 93 die Ummantelung 85 um den Steuer
stab 1 gedreht.
Der obere Zylinder 101, der an der Grundplatte 67
mit der Ummantelung 85 ausgerichtet verankert ist,
besitzt einen Klemmgummi 105 in der Endmuffe 103.
Diese Endmuffe 103 ist in den Zylinder 87 der Um
mantelung drehbar und verschiebbar eingepaßt.
Ein Kolben 107 des oberen Zylinders 101 wird durch
eine Druckflüssigkeit (in der Figur) nach oben und
unten bewegt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens
107, drückt der Kolben 107 den Klemmgummi 105 axial
zusammen, so daß sich dieser radial ausdehnt und
den eingeführten Steuerstab 1 hält.
Ganz ähnlich ist die Endmuffe 111 des mit der Träger
platte 77 in Ausrichtung mit der Ummantelung 85 befestig
ten unteren Zylinders 109 in dem Zylinder 89 der
Ummantelung 85 gleitend beweglich, wobei die Endmuffe
111 den Zylinder 89 drehbar hält. Der Kolben 113
im unteren Zylinder 109 wird (in der Figur) nach
oben bewegt, um den Klemmgummi 115 sich ausbreiten
zu lassen, so daß er den Steuerstab 1 festhält.
Löcher, die den Löchern 74 in der Grundplatte 67
entsprechen, sind in der Trägerplatte 77 ausgebildet.
Von ihnen wird die Trägerplatte 81 durch den oberen
Zylinder 101, die Ummantelung 85, den unteren Zylinder
109 und dgl. beweglich gehalten, wobei die verschiedenen
zu inspizierenden Steuerstäbe in diese Löcher eingeführt
werden.
Ein als Dehnungsmesser ausgebildeter Blattfeder-Meßfühler
117, der an der Außenfläche der Ummantelung 85 durch
eine Schraube befestigt ist, besitzt einen auf seiner
Spitze ausgebildeten Vorsprung 119, der durch Federkraft
mit der Außenfläche des Steuerstabes in Kontakt
gebracht wird.
Um den Meßfühler 117 zu veranlassen, genau den Unebenhei
ten der Außenfläche des Steuerstabes 1 zu folgen,
kann auf der gegenüberliegenden Seite des Meßfühlers
117 ein Halter eingesetzt werden. Der Meßfühler 117
umfaßt eine in ihm zusammengebaute Wheatstonebrücken
schaltung, die eine Verformung des Meßfühlers 117
als Spannungsschwankung nachweist, wobei ein Ausgangs
signal erzeugt wird.
Es können in dem begrenzten verfügbaren Raum mehrere
Ummantelungen 85 vorgesehen werden. Die Getriebe
98 und 99 bewirken das Drehen einer weiteren Ummantelung,
die jedoch nicht dargestellt ist. Hierbei liegt der
Drehwinkel der Ummantelung für einen einzigen Meßfühler
bei zumindest 360 Grad. Sind mehrere Meßfühler 117
mit Intervallen gleichen Winkels vorgesehen, kann
der Drehwinkel jeder Ummantelung dementsprechend
klein sein.
Der Schrittmotor 121 für die Auf- und Abbewegung,
der an der unteren Fläche der Trägerplatte 77 befestigt
ist, besitzt eine Abtriebswelle, die durch eine vertikal
bewegliche Schraube 123 mit einer feststehenden Schrau
be 125 verbunden ist.
Die Schraube 125 ist an der unteren Fläche der beweglichen
Trägerplatte 81 fest eingesetzt, und die bewegliche Träger
platte 81, die Ummantelung 85 und der Meßfühler 117
kann auf die Drehung des Schrittmotors 121 hin innerhalb
des begrenzten Hubs nach oben oder nach unten bewegt
werden.
Eine Führungsplatte 127 ist herabhängend an der unteren
Fläche der äußeren Peripherie der Grundplatte 67
befestigt.
Das die Verformung nachweisende Ausgangssignal des
Meßfühlers 117 wird dem A-D-Umsetzer 43 zugeführt.
Die Steuerung der Schrittmotoren 93 und 121 sowie
der Antrieb der Kolben 107 und 113 wird von Regelein
richtung 41 durchgeführt.
Vorstehend wurde der Aufbau und die Funktion der
Ausführungsform einzeln beschrieben. Nachstehend wird
der Inspektionsvorgang des Stabprofils mit der Inspektions
vorrichtung in seiner Folge beschrieben.
Zunächst kommt ein Kran zur Anwendung, um den Meßab
schnitt durch die Augbolzen 63 aufzuhängen und auf eine
Grundlage, beispielshalber ein (nicht dargestelltes)
Gestell in einer Vertiefung für benutzten Kernbrennstoff
zu stellen. Die Führung beim Setzen erfolgt durch
die Führungsplatte 127, die auch den das Profil
erfassenden Meßfühler 40 vor einem Zusammenstoß oder
einer während dieser Bewegung auftretenden Störung
schützt.
Hiernach werden die zu inspizierenden Steuerstäbe
eingehängt und von dem Handhabungswerkzeug 10 verschoben.
Befinden sich die Steuerstäbe 1 unmittelbar über
dem Meßabschnitt, werden die Steuerstäbe 1 langsam
abgesenkt. Da die äußere Gestalt der Steuerstäbe
1 vorher bestimmt ist, werden die Steuerstäbe 1 zum
Führungsrahmen 61 beim Absenken der Stäbe hingeführt, wo
bei jede Spitze der Steuerstäbe 1 in das Loch 73
der Hebeplatte 62 eingeführt wird.
Bei weiterem Absenken des Steuerstabes 1 nimmt die
Spitze des Steuerstabes 1 dieselbe Stellung in der
Höhe ein wie der Klaviersaitendraht 20. Diese Stellung
wird von der Unterwasser-Fernsehkamera 31 ermittelt
und sie wird als Bezugsstellung eingestellt. Zu diesem
Zeitpunkt wird die Anzeige des Anzeigegeräts 11 der
Z-Achsenstellung auf Null eingestellt. Falls eine
Markierung auf der Außenfläche des Steuerstabes
1 als Bezugsstellung gebildet wird, kann anstelle
der Spitze des Steuerstabes 1 das Zusammenfallen
der Markierung und des Klaviersaitendrahtes 20 ermittelt
werden. Läßt sich im Bildkontrollempfänger 37 kein
klares Bild gewinnen, wird die Regeleinrichtung 35
genutzt, um die vorstehend beschriebene Einstellung
durchzuführen.
Die Entfernung zwischen dem als Dehnungsmesser ausgebilde
ten Meßfühler 117 des Profilmeßfühlers 40 und dem Klavier
saitendraht 20 wird vorher festgelegt. Wenn dementspre
chend dann der Steuerstab 1 um die Entfernung abgesenkt
wird, erreicht die Spitze des Steuerstabes 1 die
Stellung des Meßfühlers 117.
Die Außenfläche des Steuerstabes 1 wird zunächst
von der Unterwasser-Fernsehkamera 31 über die gesamte
Länge des Steuerstabes 1 beobachtet. Somit läßt sich
der abgenutzte Teil der Außenfläche des Steuerstabes
ermitteln und die Entfernung zwischen dem Teil und
der Bezugsstellung bestimmen.
Hiernach wird der Steuerstab 1 nach oben und nach
unten bewegt, so daß der quantitativ zu messende
Teil auf die Stellung des Vorsprungs 119 des als
Dehnungsmesser ausgebildeten Meßfühlers 117 gebracht
wird. Nachdem dies geschehen ist, werden die Kolben
107 und 113 bewegt, um die Klemmgummis 105 und 115
in Längsrichtung zusammenzudrücken und sie radial
expandieren zu lassen, so daß der Steuerstab 1 durch
die Klemmgummis fixiert ist.
Falls der Steuerstab 1 in Längsrichtung nicht genau
in Stellung gebracht werden kann, wird der Steuerstab
1 in der Nähe der genauen Stellung durch die Klemm
gummis 105, 115 fixiert, worauf der Schrittmotor 121
dann verwendet wird, um die Feineinstellung der Senkrecht
stellung der Ummantelung 85 vorzunehmen.
Nach Beendigung der genauen Positonierung (in Längsrich
tung) geht der Schrittmotor 93 in Betrieb, um die
Ummantelung 85 und somit den Dehnungsmesser-Meßfühler
117 um den Steuerstab 1 herum zu drehen.
Der Meßfühler 117 folgt einer auf der Außenfläche
des Steuerstabes 1 durch Abnutzung ausgebildeten
Aushöhlung und führt in Übereinstimmung mit dieser
Aushöhlung eine Übertragung oder Umwandlung durch,
um ein Ausgangssignal zu liefern, das dem A/D-Umwand
ler 43 zugeführt wird. Gleichzeitig wird auch das
Z-Achsenpositionssignal, das die Stellung zeigt,
in der die Abnutzung gemessen worden ist, dem A/D-Umwand
ler 44 zugeführt und digital umgesetzt. Die Digital
signale werden über die Schnittstelle 51 in den Rechner
53 gegeben und dort weiter verarbeitet. Das Ergeb
nis daraus wird auf dem Floppy-Disk 57 aufgezeichnet
und erscheint später auf dem Anzeigegerät 54 oder
dgl.
Es versteht sich von selbst, daß das auf dem Disk
57 aufgezeichnete Ergebnis später über die Tastatur
58 zur Anzeige gebracht werden kann.
Da die Ummantelung innerhalb des vorbestimmten Hubes
bewegt werden kann, während der Steuerstab 1 festge
klemmt ist, wird der Schrittmotor 121 in Betrieb
gesetzt, um die vertikal bewegliche Schraube 123
zu drehen und die mit der ortsfesten Schraube 125
und der Ummantelung 85 verbundene bewegliche Träger
platte 81 zu verschieben, so daß der Betrag der Abnutzung
an einer benachbarten Stelle auf dieselbe Art wie
oben gemessen werden kann.
Demgemäß läßt sich mit der Ausführungsform nach der
Erfindung aufgrund der Tatsache, daß der Meßfühler
40 an vertikal benachbarte Stellen geführt werden
kann, während der zu inspizierende Stab unbeweglich
festgeklemmt ist, das Profil an dem sich in einer
Ebene erstreckenden, Abnutzung zeigenden Abschnitt
leicht ermitteln.
Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform beschrieben,
die erfindungsgemäß zum Inspizieren des Betrags der
Abnutzung der in Kernreaktoren verwendeten Steuerstäbe
verwendet wird.
Da die Fig. 1 anhand der ersten Ausführungsform be
schrieben wurde, wird hier auf die diesbezügliche
Beschreibung verzichtet.
Der Aufbau der Meßabschnitte der Vorrichtung zum
Inspizieren des Profils wird nachstehend anhand der
Fig. 5 (Aufriß) und der Fig. 6 (Draufsicht) beschrieben.
An vier Ecken der Hebeplatte 262, auf der die Führungs
rahmen ortsfest stehen, sind die Augbolzen 263 befestigt.
Die Meßabschnitte liegen normalerweise in einer mit
Wasser gefüllten Vertiefung. Es werden dann die Hebe
haken eines Krans in die Augenbolzen 263 eingeführt.
Die Führungsrahmen 261 dienen beim Ausrichten der
als Bündel oder Cluster zusammengefaßten Steuerstäbe
als Führungen. Die auf der Peripherie des mittleren
Abschnitts der Hebeplatte 262 angeordneten Führungsstangen
265 bewirken die endgültige Positionierung der Steuer
stäbe.
Eine Grundplatte 267 wird auf ein (nicht dargestelltes)
Gestell (ein Brennelementgestell im Abstellplatz)
gebracht und durch (an den vier Ecken angeordnete)
Halter 269 mit der Hebeplatte 262 verbunden.
Zwei mit Klammern 271 an der Hebeplatte 262 einge
setzte Unterwasser-Fernsehkameras 231 liegen einem
Klaviersaitendraht 220 gegenüber, der zwischen den
Haltern 269 gespannt ist, und nehmen ein Bild sowohl
der Steuerstäbe als auch des Klaviersaitendrahtes
220 auf, wenn die als Bündel oder Cluster zusammengefaßten
Steuerstäbe zwischen die Halter 269 eingeführt werden.
Auf der Seite der Kamera 231 ist eine Beleuchtungslampe
232 befestigt.
Es sind entsprechend den in der Hebeplatte 262 ausge
bildeten Löchern 273 (20 Löcher in dieser Ausführungsform)
Meßfühler 240 zum Erfassen des Profils vorgesehen,
wobei die Steuerstäbe 201 in die jeweiligen Löcher
eingeführt werden, was im einzelnen noch anhand der
Fig. 7 nachstehend beschrieben wird. Auch ist ein
Schrittmotor 245, der von der Regeleinrichtung 41
gesteuert wird, zum Drehen der Meßfühler vorgesehen.
Die Fig. 7 zeigt eine Trägerplatte 277, die über
Trägerstangen 275 unter der Grundplatte 267 parallel zu
ihr eingesetzt ist. Ein Kragen einer zylinderförmigen,
den Metallbeschlag 247 haltenden Ummantelung wird
in ein (in derselben Stellung wie Loch 273 angeordneten
Stellung) Loch 274 der Grundplatte 267 eingeführt.
Ein Grundabschnitt der Ummantelung 248 einschließlich
eines oberen Endes, das drehbar in den Metallbeschlag
247 eingeführt ist, wird drehbar von den Platten
277 und 279 getragen. Ein Getriebe 249 ist integral
im Grundabschnitt der Ummantelung 248 ausgebildet.
Ein aus Harz gefertigter Kranz 281 ist in das Halteteil
247 eingepaßt, um den eingeführten Steuerstab 201
gleichmäßig, fehlerlos und konzentrisch zu halten.
Die Ummantelung 248 weist acht Dehnungsmeßfühler
283 auf, die in gleichwinkeligen Intervallen angeordnet
sind. Hierbei drücken die Meßfühler nachgiebig gegen
die äußeren Enden der Kontaktstücke 285, die in gleich
winkeligen lntervallen und gleicher axialer Entfernung angeordnet
sind. Der Meßfühler 283 ist ziemlich klein ausgebildet und besitzt
in seinem Innern eine Wheatstonebrückenschaltung.
Von dem Meßfühler wird in seinem Körper der Betrag
einer Verformung ermittelt und in eine Spannungsverän
derung umgewandelt.
Die Abtriebswelle des Schrittmotors 245 ist in eine
Antriebswelle 289 eingepaßt, die an der äußeren Peri
pherie des unteren Abschnitts mit einem Getriebe
287 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 289 versetzt
die Ummantelung 248 über das Getriebe 291 in Drehung.
Mehrere Kontaktstücke 285 rotieren auf die Drehung
hin in Umfangrichtung des Steuerstabes 1, während
sie mit der Außenfläche des Steuerstabes 201 in
Kontakt sind. Die Meßfühler 283 erzeugen Ausgangssignale
in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Kontaktstücke
285, d.h. in Übereinstimmung mit der Unebenheit der
Außenfläche des Steuerstabes 1. Anstelle der Drehung
der Ummantelung 248 darf nur der Steuerstab 1 abwärts
bewegt werden, und wenn die Ausgänge der Meßfühler
283 dem A/D-Umwandler 43 zugeführt werden, können
Veränderungen in der Gestalt der äußeren Erscheinung
(des Profils) an acht Stellen des Steuerstabes 1
in axialer Richtung gemessen werden.
Der Aufbau und die Arbeitsweise der Ausführungsform
ist getrennt beschrieben worden. Nachstehend wird
das Verfahren zum Inspizieren des Steuerstabprofils
unter Verwendung der Vorrichtung beschrieben.
Ein Kran oder Hebezeug hebt den Meßteil mittels der
Augbolzen an und setzt ihn auf einen vorbestimmten
Abstellplatz ab, wie dies anhand der ersten Ausführungs
form bereits beschrieben wurde. Hiernach wird der
zu inspizierende Steuerstab 201 am Meßteil festgemacht.
Die Spitze oder Bezugsstellung des Steuerstabes 201
wird mit dem Klaviersaitendraht 220 ausgerichtet,
indem die Unterwasser-Fernsehkamera 231 eingesetzt
wird, so daß die Bezugsstellung eingestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Anzeige des Z-Achsen-
Stellungsanzeigers 11 auf Null gestellt.
Da die Entfernung zwischen den Kontaktstücken 285
des Profilmeßfühlers 240 und des Klaviersaitendrahtes
220 vorher (mit etwa 230 mm bei der Ausführungsform)
festgelegt ist, wird der Steuerstab 201 um diese
Entfernung herabgesenkt, so daß die Spitze des Steuer
stabes 201 durch die Kontaktstücke 285 inspiziert
werden kann.
Wenn der Steuerstab 201, wie geschehen, abgesenkt
ist, erzeugt der Meßfühler 283 Verschiebungssignale,
in denen das Profil in axialer Richtung mit Intervallen
von 45 Grad am äußeren Umfang jedes Steuerstabes
201 ausgedrückt wird. Die Signale werden im A/D-Umwandler
43 digital umgesetzt und zusammen mit den Z-Achsen-Stel
lungssignalen der Schnittstelle 51 zugeführt. Der
Rechner 53 führt die Verarbeitung auf der Grundlage
der digitalen Verschiebungssignale (gemessene Daten)
und der Z-Achsen-Stellungssignale durch. Die Ergebnisse
werden auf das Floppy-Disk 57 gegeben und auf eine
Anzeige mit Kathodenstrahlröhre und dgl. sichtbar
gemacht. Selbstverständlich können diese Ergebnisse
vom Floppy-Disk über die Tastatur 58 abgerufen und
auf den Bildschirm gegeben werden.
Der Steuerstab 201 wird an einer vorher bestimmten
Höhe auf der Grundlage des Meßergebnisses des Profils
darüber in axialer Richtung oder unabhängig gehalten
und die Ummantelung 248 wird rotiert.
Somit werden von den Meßfühlern 283 Verschiebungssignale
erzeugt, die die Querschnittsgestalt des Steuerstabes
201 in acht Axialstellung in Intervallen beliebiger
Kanalabstände ausdrücken, und an den A/D-Umwandler
43 gegeben.
Die Z-Achsen-Stellungssignale werden während der
Drehung der Ummantelung an die Schnittstelle 51 gegeben.
Der Rechner 53 errechnet die Verschiebung der Außenfläche
(Durchmesserschwankung) nach Maßgabe der Drehwinkel
und läßt Figuren auf der Anzeige mit Kathodenstrahlröhre
54 oder dem XY-Plotter erscheinen oder läßt die errechne
ten Daten auf dem Drucker 55 ausdrucken.
Der A/D-Umwandler 43 liegt insgesamt an 20 Meßfühlern
283 und kann Daten im Echtzeit-Betrieb aus acht Stellen
auf den 20 Steuerstäben 201 verarbeiten.
Während das aus 20 Steuerstäben 201 bestehende Stabbündel
in der vorstehenden Ausführungsform sofortig inspiziert
wird, können beispielshalber 16 Steuerstäbe inspiziert
werden, wobei die Anordnung der Löcher 273 und 274
und die Ummantelung 283 festgelegt werden kann, um
auch anwendbar zu sein mit mehreren Arten von Steuerstab
bündeln, die eine andere Gestaltung der Steuerstäbe
201 aufweisen.
Claims (4)
1. Einrichtung zur Prüfung der Profile einer Mehrzahl von Stäben
eines Stabbündels zur Erkennung von Erhebungen und Abflachungen
im Profil der Stäbe mit
- a) einer Halterung (62, 67, 77, 81) zur gleichzeitigen Aufnahme der Mehrzahl von Stäben (1),
- b) einer Mehrzahl von zylindrischen Hülsen (85), in die die Stäbe (1) jeweils einführbar sind und die wenigstens je einen auf der Staboberfläche aufliegenden Dehnungsmesser (117) als Sensor aufweisen,
- c) einem Drehantriebsmittel (93, 95, 97, 98, 99) zum gleichzeitigen Drehen der zylindrischen Hülsen (85) um jeden Stab (1),
- d) einem Vorschubantrieb (121) zum Bewegen der zylindrischen Hülsen (85) in Längsrichtung der Stäbe (1),
- e) einem Bezugspositionsmittel (20) mit einer Fernanzeige (31) zur Definition einer Bezugsposition in Längsrichtung der Stäbe (1),
- f) einem Positionsgeber (11) zur Erzeugung von Positionssignalen entsprechend der jeweiligen Prüfposition der Stäbe (1) in Längsrichtung relativ zur Bezugsposition und
- g) Mittel (35, 37, 39, 51, 53, 54, 55, 56, 57) zur Verarbeitung und Anzeige der Positionssignale und der von den Dehnungsmessern (117) erzeugten Signale.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen
Hülsen (85) jeweils mehrere in gleichen Winkelabständen um
die Stäbe herum angeordnete Dehnungsmesser (117) enthalten.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebsmittel
(93, 95, 97, 98, 99) und der Vorschubantrieb (121) durch
Befehlssignale einer Regeleinrichtung angetrieben werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
zylindrischen Hülsen (85) jeweils mehrere in gleichen Winkelabständen
und gleichen Axialabständen um die Stäbe herum angeordnete
Dehnungsmesser (117) enthalten.
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