DE68906721T2 - Verfahren zum Verdichten des Skeletts einer nuklearen brennbaren Zusammenstellung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verringerung des Volumens, das die Bestandteile von nuklearen Brennelementkassetten einnehmen, die nach ihrem Einsatz im Reaktor verbraucht sind, im Hinblick auf ihre Lagerung.
• Solche Kassetten umfassen im allgemeinen ein Bündel Brennstäbe und ein Skelett, das aus zwei Stücken besteht, die durch Führungsrohre verbunden sind, sowie aus Gittern, die entlang der Führungsrohre verteilt sind und Rückhaltezellen für die Brennstäbe bilden.
• Es wurde bereits eine Anlage vorgeschlagen (FR-A- 2 586 854), mit der man eine Kassette durch Zerschneiden der Führungsrohre unter einem der Stücke und folgende Entnahme der Brennstäbe zerstören und das von diesen eingenommene Volumen verringern kann, indem man sie in einem "Bündel" nebeneinanderliegender Brennstäbe zusammenfaßt.
• Ebenso ist es wünschenswert, das vom Skelett eingenommenen Volumen im Hinblick auf die Lagerung während des für die Abklingung erforderlichen Zeitraums zu verringern.
• Hierfür sind Vorrichtungen bekannt, mit denen das Skelett seitlich zerstört wird.
• Ebenso ist eine Verdichtungsvorrichtung bekannt, die mit der Einleitung des Anspruchs 1 übereinstimmt.
• Die Kammer einer derartigen Vorrichtung, beschrieben im Dokument FR-A-2 538 939, ist vorgesehen, aufeinanderfolgende Stücke des Skeletts, die durch zerschneiden der Führungsrohre erhalten werden, aufzunehmen und zu verdichten. Jedes Stück wird jeweils gegen die bewegliche Vorrichtung gedrückt und zerquetscht, wobei diese Vorrichtung aus einem Metallschlitten besteht, der den Boden der Verdichtungskammer bildet. Dieser Schlitten wird entfernt, wenn einige Stücke vom Zylinder gegeneinandergedrückt und zusammengepreßt wurden, und das so verdichtete Skelett wird in einen Lagerbehälter gebracht.
• Diese bekannte Vorrichtung weist bestimmte Nachteile auf. Zur Verdichtung eines Skeletts sind mehrere aufeinanderfolgende Arbeitsschritte nötig (Einführen des Skeletts, Schneiden, um ein erstes Stück zu bilden, Verdichtung des Stücks, Schneiden und Verdichtung der nachfolgenden Stücke, Herausnahme des verdichteten Skeletts). Der Prozeß dauert lang. Die Arbeitsschritte sind komplex, da alle Stücke außer dem ersten auf dem oder den schon zusammengedrückten Stücken verdichtet werden müssen. Die Fernbedienung der in einem mit Wasser gefüllten Bunker angeordneten Vorrichtung ist komplex. Bei der Zerteilung in Teilstücke entstehen Splitter, Schrott und Feilspäne in erheblichem Umfang.
• Schließlich ist eine Vorrichtung (FR-A-2 600 202) bekannt, die dazu bestimmt ist, die Brennstäbe einer Kassette zusammenzufassen, indem man sie aus dem Skelett ausstößt und in Bündeln zusammenfaßt.
• Die Vorrichtung will eine Verdichtungsvorrichtung des oben genannten Typs liefern, die einen einfachen Aufbau hat und mit der man ein Skelett in einem Minimum an Arbeitsschritten verdichten kann, um die benötigte Zeit zu verringern und die Leistung zu erhöhen.
• In dieser Absicht schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, bei der die Verdichtungskammer lang genug ist, um eine nicht zerschnittene Kassette aufzunehmen, und am entgegengesetzten Ende zu dem Ende, das den Verdichtungszylinder trägt, mit einem beweglichen Organ ausgestattet ist, das einen Aufnahmebehälter aufweist, der dieses bewegliche Organ bildet, das quer zur Kammer verschiebbar ist, und zwar zwischen einer Stellung, in der ein Skelett in die Verdichtungskammer eingeführt werden kann, und einer Stellung, in der der Aufnahmebehälter mit der Verdichtungskammer ausgerichtet ist.
• Das bewegliche Organ ist in Richtung auf eine Position verschiebbar, in der der Aufnahmebehälter mit einer Aufnahme- bzw. Lagerungshülle ausgerichtet ist. Am Boden des Behälters befindet sich der Ausstoßzylinder für das zur Hülle hin verdichtete Skelett. Die Stellung, in der das bewegliche Organ den Ausstoß des Skeletts erlaubt, kann diejenige sein, in der ein neues Skeletts in die Verdichtungskammer eingeführt werden kann, wodurch gleichzeitig ein zusammengedrücktes Skelett ausgestoßen und ein neues, zu verdichtendes Skelett eingeführt werden können.
• Die Erfindung wird besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer Vorrichtung, die eine besondere Ausführungsart darstellt, die beispielhaft und nicht erschöpfend gegeben wird. Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Abbildungen.
• - Fig. 1 ist ein Aufriß und Teilschnitt einer Vorrichtung, deren bewegliches Organ in der Stellung dargestellt ist, in der die Kammer und der Verdichtungszylinder aufeinander ausgerichtet sind,
• - Fig. 2 und 3 zeigen die Vorrichtung der Fig. 1, jeweils in Draufsicht und im Schnitt entlang der Linie III- III,
• - Fig. 4A bis 4E sind schematische Schnittansichten gemäß einer senkrechten Ebene, die die aufeinanderfolgenden Stellungen zeigt, die die Bestandteile der Vorrichtung der Fig. 1 bei der Benutzung einnehmen.
• Die nachstehend beispielhaft beschriebene Vorrichtung ist dazu gedacht, Skelette 10 von Brennelementkassetten aus Druckwasserreaktoren zu verdichten, bei denen eines der Endstücke entfernt wurde, so daß sie nur noch ein Stück 12, Führungsrohre und Gitter 14 aufweisen. Die Führungsrohre bestehen im allgemeinen aus einer Legierung auf der Grundlage von Zirkon, ebenso wie die Gitter, mit Ausnahme des Gitters, das dem Reststück am nächsten liegt, das häufig aus einer widerstandsfähigen, sog. "INCONEL"-Legierung besteht.
• Die Verdichtungsvorrichtung ist vorgesehen, am Boden eines Abklingungsbeckens oder des Beschickbunkers eines Kernkraftwerks aufgestellt zu werden. Die auf Fig. 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung umfaßt ein Gestell 16 aus Profilen aus rostfreiem Stahl, das mit verstellbaren Füßen 18 zum Aufsetzen am Boden des Beckens versehen ist. An diesem Gestell sind eine Verdichtungskammer 20, ein Hydraulikverdichtungszylinder 22, die Bestandteile einer Filteranlage sowie Vorrichtungen zur Aufnahme einer Lagerungshülle 24 starr befestigt. Auf Schienen, die im oberen Bereich des Gestells vorgesehen sind, kann sich horizontal ein bewegliches Organ 26 bewegen. Diese einzelnen Bestandteile werden nun nacheinander beschrieben.
• Die Verdichtungskammer 20 besteht aus einem Rohr quadratischen Querschnitts aus rostfreiem Stahl und ist geringfügig länger als das zu verdichtende Skelett 10. Dieses Rohr ist durch Querstreben 28 auf seiner ganzen Länge verstärkt, damit es den Kräften standhält, die vom Skelett während des Verdichtens unter einer Längs spannung von etwa 30 000 DaN übertragen werden. Damit die Rohrwand beim Verdichten nicht abgekratzt wird, kann sie innen mit einer Schicht 30 einer Dicke von im allgemeinen 5 bis 15 mm aus einem Material versehen werden, das härter als das des Skeletts ist. Wenn eines oder mehrere dieser Elemente aus einer Eisen-Chrom-Nickel-Legierung, beispielsweise einer INCONEL-Legierung, und nicht aus einer Legierung auf der Grundlage von Zirkon bestehen, kann eine Schicht 30 aus INCONEL 718 großer Härte verwendet werden.
• Die Innenabmessungen der Kammer 20 müssen derart sein, daß die Gitter 14 beim Verdichten geführt werden: es wird weiter unten noch ausgeführt werden, daß die Verdichtung an einem Punkt gestoppt wird, bis zu dem die Gitter nur geringfügig verformt werden, während sich die Führungsrohre wie ein Akkordeon zusammenfalten. Die Länge des Skeletts kann während des Verdichtungsvorgangs von 3,70 bis 4,50 m auf 500 bis 600 mm ansteigen.
• Der Verdichtungszylinder 22 wird unter die Verdichtungskammer 20 gebracht und mit ihr ausgerichtet. Damit der Zylinder 22 herausgezogen und gewartet werden kann, ist dieser nicht direkt am Gestell 16 befestigt, sondern in einem Kasten bzw. Gehäuse 32 untergebracht, das um eine vertikale, am Gestell befestigte Spindel 34 drehbar ist (Fig. 3). Der Zylinder kann auf diese Weise in die Stellung gebracht werden, in der er sich herausziehen läßt, wie auf Fig. 3 schematisch in Strichpunkten dargestellt. Der Zylinderkolben trägt einen Stampfer 36, der auf dem unteren Teil des zu verdichtenden Skeletts aufliegen soll.
• Die Filteranlage, die dazu bestimmt ist, die beim Verdichten entstandenen Splitter zurückzuhalten, arbeitet in geschlossenem Kreislauf. Sie weist eine Pumpe 39 zum Ansaugen von Wasser aus der Filterkammer 40 auf, die unter der Verdichtungskammer 20 um die Kolbenstange des Verdichtungszylinders 22 herum gearbeitet ist. Dieses gefilterte Wasser wird in den oberen Teil der Kammer 38 gepumpt. Die Splitter, die sich beim Verdichten gelöst haben, bleiben im Filter 40, aus dem sie entfernt werden. Das in der Verdichtungskammer 20 enthaltene Wasser hat beim Verdichten des Skeletts 10 eine Schmierfunktion.
• Die Aufnahmevorrichtungen für die Lagerungshülle 24 weisen bei der auf Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsart einen unteren Sockel 42 und eine Führung 44 auf. Diese Vorrichtungen sind dazu da, eine Hülle 24 mit quadratischem Innenquerschnitt aufzunehmen, der geringfügig größer ist als der der Verdichtungskammer 20, damit es beim Einführen verdichteter Skelette, deren Gitter vielleicht verformt worden sind, keine Probleme gibt. Diese Hülle 24 besteht aus rostfreiem Stahl geringer Stärke, da auf sie keine Kräfte ausgeübt werden. Sie ist vorteilhafterweise genauso lang wie die Verdichtungskammer und ist neben dieser angeordnet: dadurch, daß ein Skelett beim Verdichten erheblich in seiner Länge verringert wird, kann jede Hülle 24 in der Regel 6 bis 10 Skelette aufnehmen.
• Das bewegliche Organ 26 umfaßt einen Schieber 46 mit genügender Steifigkeit, um die Druckkräfte auszuhalten. Am Schieber ist ein Aufnahmebehälter 48 bef estigt, dessen beiden Enden offen sind. Dieser Behälter, der länger ist als das verdichtete Skelett, kann einen Aufbau haben, der dem der Verdichtungskammer 20 vergleichbar ist. Er ist oben durch den Kolben eines Ausstoßzylinders 50 verschlossen, dessen Schaft am Schieber 46 befestigt ist. Seine Länge beträgt praktischerweise in der Regel zwischen 1/6 und 1/10 der Länge der Verdichtungskammer.
• Der Schieber 46 trägt ebenfalls die Führungsvorrichtungen für ein Skelett, die das Einführen eines Skeletts in die Verdichtungskammer 20 erleichtern sollen. Die auf Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen bestehen aus einer senkrechten, zum Behälter 48 parallelen Leitung 52. Der Abstand zwischen den Achsen der Leitung 52 und des Behälters 48 ist gleich dem Abstand zwischen den Achsen der Verdichtungskammer 20 und der Hülle 24. Auf diese Weise richtet sich der Behälter 48 mit der Hülle 24 aus, wenn sich der mit Rädern 54 versehene Wagen, der auf zum Gestell gehörenden Schienen rollt, aus der auf Fig. 1 gezeigten Stellung nach rechts bis zu einem Punkt bewegt, an dem die Leitung 52 mit der Verdichtungskammer 20 ausgerichtet ist.
• Das Rollen des Wagens zwischen diesen beiden Arbeitspositionen wird beispielsweise anhand von Zylindern 56 gesteuert.
• Die Benutzungsfolge der eben beschriebenen Vorrichtung kann so aussehen, wie sie auf Fig. 4A bis 4E schematisch dargestellt wurde.
• Ein zu verdichtendes Skelett 10 wird mit Hilfe eines Förderwerkzeugs 58 über die Verdichtungskammer 20 gebracht, wobei dieses Werkzeug beispielsweise aus einem Satz von drei Platten bestehen kann, die auf die oberen Enden der Führungsrohre gefügt werden und zueinander horizontal bewegt werden können, um diese einzuspannen. Wenn sich das bewegliche Organ 26 in der auf Fig. 4A gezeigten Stellung befindet, wird das Skelett 10 bis zu der in Strichpunkten dargestellten Position hinabgelassen, in der es auf dem Stampfer 36 des Verdichtungszylinders 22 aufliegt.
• Das bewegliche Organ 26 wird dann versetzt, um den Aufnahmebehälter 48 gegenüber der Verdichtungskammer 20 in Position zu bringen. In dieser Stellung kann eine Lagerungshülle 24 in das Gestell hinabgelassen werden (Fig. 4B).
• Der Verdichtungszylinder 22 wird in Gang gesetzt und drückt das Skelett komplett in den Aufnahmebehälter 48 angemessener Länge (Fig. 4C). Die in Druckwasserreaktoren derzeit am häufigsten eingesetzten Brennelementkassettenskelette können auf eine Länge von etwa 500 mm reduziert werden. Der Zylinderkolben wird wieder eingezogen, und das Aufnahmegehäuse wird gegenüber der Hülle 24 in Stellung gebracht (Fig. 4D). Der Ausstoßzylinder 50 wird betätigt und drückt das verdichtete Skelett 10a in die Hülle 24 (Fig. 4E). Dies wird mit 6 bis 10 verdichteten Skeletten wiederholt. Jedes Mal staucht der Zylinder 50 das verdichtete Skelett, indem er erforderlichenfalls die schon verdichteten Skelette zum Boden der Hülle 24 zurückdrückt. Anschließend wird die Lagerungshülle 24 entfernt und durch eine leere ersetzt.
• Die axiale Verdichtung eines Skeletts erfolgt somit in einem einzigen Arbeitsgang, was einen Zeitgewinn bedeutet. Da die Lagerungshülle neben der Verdichtungskammer angeordnet ist, werden die Bewegungsvorgänge auf ein Minimum reduziert. Die notwendigen Vorrichtungen beschränken sich auf den Verdichtungszylinder 22, das Ausstoßventil 50 und die Zylinder 56 zum Versetzen des beweglichen Organs. Die zum Einführen des Skeletts in die Verdichtungskammer und zum Einsetzen und Entfernen der Lagerungshülle erforderlichen Geräte können solche sein, die ohnehin für den Betrieb des Kraftwerks benötigt werden. Die Vorrichtung als Ganzes kann problemlos von einem Standort zum nächsten transportiert werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Verdichten eines Skeletts einer Brennelementkassette, aus der die Brennstäbe entfernt worden sind, mit einer vertikalen Verdichtungskammer (20), die einen Querschnitt aufweist, der dem einer Brennelementkassette entspricht, mit Mitteln zum Einführen des Skeletts und einem Kolben (22) zur longitudinalen Verdichtung und zur Quetschung des Skeletts gegen ein bewegliches Organ, das ein Ende der Kammer abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungskammer (20) eine ausreichende Länge hat, um ein nicht zerschnittenes Skelett aufzunehmen und an dem Ende, das dem mit dem Verdichtungskolben (22) versehenen Ende gegenüberliegt, eine Ausrüstung (26) aufweist, mit einem Aufnahmebehälter, der das bewegliche Organ bildet, das quer zur Achse der Kammer zwischen einer Stellung, die die Einführung eines Skeletts in die Verdichtungskammer ermöglicht und einer Stellung, in der der Aufnahmebehälter (48), der mit einem Ausstoßkolben (50) versehen ist, mit der Verdichtungskammer (20) ausgerichtet ist, verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Ausrüstung in eine Stellung verschiebbar ist, in der der Aufnahmebehälter mit einer Hülle (24) ausgerichtet ist, die zur permanenten Lagerung der vollständigen verdichteten Skelette dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel (42, 44) zur zeitweisen Aufnahme der Lagerungshülle (24) in einer Stellung, in der der Aufnahmebehälter (48) mit der Lagerungshülle (24) ausgerichtet ist, während die Mittel (52) zur Einführung der Skelette in die Verdichtungskammer, die von der beweglichen Ausrüstung getragen werden, zu der Verdichtungskammer (20) ausgerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungshülle (24) einen Querschnitt hat, der größer ist als der der Verdichtungskammer (20) und die im wesentlichen die gleiche Länge hat wie die Verdichtungskammer und dadurch, daß die Mittel (42, 44) zur Aufnahme der Hülle diese parallel zur Verdichtungskammer (20) an deren Seite haltern.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungskammer innen mit einer Schicht ausgekleidet ist, einer Härte, die größer ist als die der Elemente, aus denen das Skelett besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gestell (16), an dem die Verdichtungskammer (20) starr befestigt ist und das oberhalb der Kammer mit Schienen versehen ist, auf denen die bewegliche Ausrüstung (26) rollt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Gestell, auf dem abnehmbar der Verdichtungskolben (22) unterhalb der Kammer angebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Kasten (32) zur Aufnahme des Verdichtungskolbens (22), der auf dem Gestell derart angeordnet ist, daß er um eine vertikale Spindel (34) drehbar ist, zwischen einer Stellung, in der der Verdichtungskolben (22) mit der Verdichtungskammer (20) ausgerichtet ist und einer Stellung, in der sich der Kolben außerhalb des Gestells befindet.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Filteranlage mit einer Pumpe (39) zum Ansaugen von Wasser aus einer Kammer (38), die mit der Verdichtungskammer (20) über einen Filter (40) in Verbindung steht und die das gefilterte Wasser in den oberen Teil der Kammer abläßt.