WO2023001813A1 - Verfahren zum lastabhängigen entladen und/oder beladen eines brennelements aus einem bzw. in einen brennelementbehälter - Google Patents

Verfahren zum lastabhängigen entladen und/oder beladen eines brennelements aus einem bzw. in einen brennelementbehälter Download PDF

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WO2023001813A1
WO2023001813A1 PCT/EP2022/070183 EP2022070183W WO2023001813A1 WO 2023001813 A1 WO2023001813 A1 WO 2023001813A1 EP 2022070183 W EP2022070183 W EP 2022070183W WO 2023001813 A1 WO2023001813 A1 WO 2023001813A1
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load
fuel assembly
fuel
lifting
lowering
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PCT/EP2022/070183
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Christian Ledermann
Bruno Zimmermann
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Kernkraftwerk Gösgen-Däniken Ag
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/02—Details of handling arrangements
    • G21C19/10—Lifting devices or pulling devices adapted for co-operation with fuel elements or with control elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a method for load-dependent unloading and/or loading of a fuel assembly from or into a fuel assembly container, for example from or into a reactor pressure vessel.
  • fuel elements are exchanged at regular intervals between work cycles of a nuclear reactor for revision.
  • the fuel elements must be unloaded and loaded from a reactor pressure vessel using an appropriate loading device.
  • the fuel elements are typically at a small distance from each other perpendicularly in the reactor pressure vessel.
  • the respective fuel element is lifted out of the reactor pressure vessel by means of the loading device or lowered into the reactor pressure vessel at the designated position.
  • a gripper of the loading device grips the fuel element at the upper end and the fuel element is guided vertically out of or into the reactor pressure vessel.
  • the fuel elements themselves consist of bundles of fuel rods that are held together in the bundle by means of suitable spacers.
  • the spacers fulfill the purpose that the individual fuel rods are clamped, are positioned correctly at a distance from one another and do not bend. Due to the conditions in the reactor pressure vessel, in particular due to radiation-induced creep under the prevailing thermo-hydraulic forces and temperatures in the reactor pressure vessel, deformations - such as curvature and torsion - can nevertheless occur in the fuel elements. In combination with the design of the spacers, this can lead to the fuel elements touching or catching on the spacers during loading and/or unloading due to the small distance between them, which in turn can lead to damage to the fuel elements.
  • the fuel rods are therefore usually lowered into the fuel assembly container or lifted out of the fuel assembly container at a low speed manually adjusted by the operator of the corresponding loading device, which is associated with a correspondingly high expenditure of time.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for unloading and/or loading one or more fuel assemblies from or into a fuel assembly container, which makes it possible to reduce the risk of damage to the fuel assemblies during the loading and unloading process and to relieve the operator while reducing the time required for unloading and loading.
  • a method is proposed which is used for load-dependent unloading and/or loading of one or more fuel assemblies from or into a fuel assembly container, in particular from or into a reactor pressure container, by means of a loading device.
  • the loading device is designed to lift a fuel assembly out of the fuel assembly container or lower it into the fuel assembly container along a travel path at a variable driving speed.
  • the travel path in the area of the fuel element container is preferably straight, in particular essentially exclusively straight in the vertical direction.
  • the loading device has a load measuring device for online measurement of a dynamic load and/or load change currently acting on the loading device when the fuel assembly is raised or lowered along the travel path.
  • the driving speed when raising or lowering the fuel assembly is regulated as a function of the currently measured load and/or load change.
  • the fuel element cask in the sense of the present invention can be, inter alia, a reactor pressure vessel, a fuel element compact storage facility, a wet storage facility, a transport cask or a transport and storage cask.
  • the other vessels mentioned can Have fuel element frame or a fuel element basket.
  • the method according to the invention can also be used for monitoring the aging of the fuel element racks, baskets or containers.
  • the travel path is in an area in which the fuel element to be lifted or lowered is still located next to other fuel elements present in the fuel element cask, in particular the travel path in the area of the fuel element cask, i.e. the travel path as long as the fuel element to be lifted or lowered is located in the fuel element container, preferably in a straight line, in particular exclusively in a straight line, particularly preferably essentially in a vertical straight line, very particularly preferably exclusively in a essentially vertical straight line.
  • "Exclusively straight” means a route without an offset, i.e. a route without an offset.
  • "exclusively essentially vertically straight” is understood to mean a vertical route without a horizontal offset, i.e. a route without a vertical offset.
  • the above-mentioned route can preferably relate exclusively to the route in an area in which the fuel element to be lifted or lowered is still located next to other fuel elements present in the fuel element cask, in particular to the route in the area of the fuel element cask, i.e. the route , as long as the fuel assembly to be lifted or lowered is in the fuel assembly cask.
  • a load change is understood to mean an increase or decrease over time in the dynamic load acting on the loading device when the fuel element is raised or lowered along the travel path. In particular, it can be a load gradient.
  • bending or bending of the fuel assemblies during lifting or lowering can lead to slowly increasing friction between the fuel assembly to be lifted or lowered and parts of the fuel assembly cask and/or one or more in the fuel assembly cask located adjacent fuel assemblies. This causes an increased load when lifting and a reduced load when lowering.
  • rapidly increasing load peaks can sometimes occur along the route as a result of the bending/curving of the fuel assemblies, namely in particular where one or more spacers of the fuel assembly to be lifted or lowered, with which the fuel rods forming the fuel assembly are held in position in the fuel assembly are, with one or more spacers of one or more adjacent fuel assemblies, which are located in the fuel assembly cask, are located substantially at the same height along the guideway next to one another and slide over one another.
  • the load peaks caused by the spacers sliding over one another are often correlated with a previously slowly increasing load when lifting or a slowly decreasing load when lowering, since they can be traced back to the same cause.
  • an automatic adjustment by means of a regulation via a feedback loop proves to be advantageous here. If the loading device is controlled by an operator, this is relieved by the method according to the invention. Compared to the previously exclusively manual control by the operator without online measurement of the dynamic load and/or load change, automatic control of the driving speed depending on the dynamic load and/or load change enables a faster reaction to any problems during the loading and unloading process. As described above, this applies in particular to moderately increasing dynamic loads or to moderate load changes that allow the control system to reduce the driving speed in good time.
  • the fact that the driving speed when raising or lowering the fuel assembly is controlled as a function of the currently measured load and/or load change can significantly reduce the time required for unloading and/or loading a fuel assembly from or into a fuel assembly cask. By this time saving when unloading and loading can profitably reduce the inspection time of a nuclear power plant.
  • a (dynamic) load within the meaning of the present invention is understood to mean the total load acting on the loading device during lifting and lowering, which is recorded by the load measuring device as the total weight force.
  • the total load or the total weight consists on the one hand of the basic load and on the other hand of any forces caused by friction (through or touching) and/or the fuel assemblies getting caught when lifting or lowering.
  • the basic load corresponds to the weight, which corresponds to the mass of the fuel assembly to be lifted or lowered and the mass of the parts of the loading device located between the load measuring device and the fuel assembly. These parts can be, for example, a gripper of the loading device.
  • the mass of any centering bell that may be present for centering the fuel elements during loading and unloading to a predefined position can preferably be disregarded when determining the basic load as part of the loading device if it is on a side stop on a part of the fuel assembly container when determining the basic load (e.g. the fuel assembly frame in fuel pools) or on adjacent fuel assemblies in the fuel assembly container (e.g. in reactor pressure vessels). This is typically the case when raising and lowering a fuel assembly from the fuel assembly cask during the critical phase where friction (by touching) and snagging could occur. Only when the fuel assembly is completely lifted out of the problematic area is the centering bell raised in this configuration and would then have to be taken into account in terms of mass when determining the base load as part of the loading device.
  • the dynamic load acting on the loading device and measured by the load measuring device essentially corresponds to the basic load, i.e. the weight of the mass of the fuel assembly to be lifted or lowered and corresponds to the mass of the parts of the loading device located between the load measuring device and the fuel element. If friction (through contact) and/or snagging occurs during lifting, the dynamic load acting on the loading device and measured by the load measuring device increases above the basic load by essentially the amount of the forces caused by friction and/or snagging.
  • the dynamic load acting on the loading device and measured by the load measuring device falls below the basic load by essentially the amount caused by friction and Interlocking forces.
  • the basic load can preferably be determined by means of the load measuring device of the loading device, for example before the fuel assembly is lowered into the fuel assembly container or when the fuel assembly is tightened at the beginning of the lifting movement.
  • the loading device can be designed to determine the basic load, for example by determining the load acting on the loading device before lowering the fuel assembly into the fuel assembly container or when tightening the fuel assembly at the beginning of the lifting movement. If a centering bell is present, as described above, the basic load is preferably determined when the centering bell is lifted before it is lifted and when it is lowered after the centering bell has been put in place.
  • the loading device can also be designed to determine the overload or underload that deviates from the previously determined basic load and to output it as a value, for example by subtracting the basic load from the currently measured total weight force.
  • the driving speed during lifting is regulated according to a predefined lifting speed-load profile. This offers the advantage that the lifting speed can be controlled depending on the load according to a known lifting speed-load profile.
  • the driving speed is regulated during lowering according to a predefined lowering speed/load profile.
  • a lowering speed-load profile offers the same advantages for the loading process described above, with the only difference that the lowering speed is controlled depending on the load according to a known lowering speed-load profile will.
  • the lifting along the route takes place at a first lifting speed if the currently measured load is less than or equal to a predefined upper load limit value and/or if the currently measured load change is less than or equal to a predefined load change Limit is, and with respect to the first lifting speed reduced, in particular different from zero second Lifting speed when the current measured load is greater than the predefined upper load limit and/or when the current measured load change is greater than the predefined load change limit.
  • the first lifting speed can be 3 m/min and the second lifting speed, which is reduced compared to the first lifting speed, can be 0.7 m/min.
  • the use of a predefined upper load limit value or load change limit value, from which the speed is reduced has the advantage that from a load that can announce a possible problem during unloading, the speed is reduced in order to prevent the unloading process from being stopped to simplify, especially in the event that the load continues to increase during the discharge process. Furthermore, less damage would be expected in the event of touching or snagging of adjacent fuel elements at a lower driving speed.
  • a limit value for an overload or additional load above the base load can be between 500 N and 1000 N, in particular between 600 N and 800 N.
  • the lifting is stopped when the load currently measured during lifting is greater than a predefined maximum load.
  • the introduction of another limit value namely that for the maximum load at which lifting is not only slowed down but stopped, has the advantage that empirical values can be used above which there is a high probability that problems with the lifting process will occur. Compared to reducing the travel speed in increments from the predefined upper load limit, stopping the lifting from a maximum load offers the advantage of a faster reaction to a possible problem.
  • the maximum load is between 700 N and 1500 N, in particular between 800 N and 1200 N, above the base load.
  • the lowering along the route takes place at a first lowering speed if the currently measured load is greater than or equal to a predefined lower load limit value and/or if the currently measured load change is less than or equal to a predefined load change limit value, and at a second lowering speed that is reduced compared to the first lowering speed, in particular different from zero, if the currently measured load is less than the predefined lower load limit value and/or or if the current measured load change is greater than the predefined load change limit.
  • the lower load limit value can be given by the base load minus an amount between 500 N and 1000 N, in particular between 600 N and 800 N.
  • a limit value for an underload below the base load can be between 500 N and 1000 N, in particular between 600 N and 800 N.
  • the first lowering speed can be 3 m/min and the second lowering speed, which is reduced compared to the first lowering speed, can be 0.7 m/min.
  • the lowering is stopped when the currently measured load is less than a predefined minimum load.
  • introducing another limit, namely that for the minimum load at which lifting is not only slowed down but stopped, offers the analogous advantages of introducing the maximum load at which lifting is not only slowed down but stopped.
  • this minimum load can be between 700 N and 1500 N, in particular between 800 N and 1200 N, below the base load.
  • the currently measured load is measured during lifting and/or lowering as a function of the position of the fuel assembly along the route.
  • the unloading or loading sequence ie the order in which the individual fuel elements are loaded, can be recorded during lifting and/or lowering.
  • the measurement of the currently measured load during lifting and/or lowering depending on the position of the fuel assembly along the route and unloading or loading sequences (sequence) has the advantage that empirical values can be collected that can be used for future lifting and Lowering processes can serve as a reference. In particular, it is to be expected that any snagging or touching of the spacers or fuel assemblies will occur at designated positions along the track that can be identified with this type of measurement.
  • the predefined lifting speed/load profile or the predefined lowering speed/load profile can be optimized on the basis of known information in such a way that any damage when lifting the load can be avoided.
  • the lifting speed-load profile and the lowering speed-load profile can be optimized in particular by introducing previous experience, calculations or similar information such that the travel speed is adjusted in the case of load values that suggest snagging or touching of adjacent fuel elements.
  • other known parameters can be taken into account in the lifting speed/load profile and the lowering speed/load profile, such as the position of the fuel assembly in the fuel assembly cask and/or any curvature and torsion of the fuel assembly determined.
  • the lifting and/or lowering in a safety area around a previously known potential collision area along the route in which a collision of the fuel assembly to be lifted or lowered with parts of the fuel assembly cask and/or one or more in the fuel assembly cask located, adjacent fuel elements can potentially occur, with a lifting speed or a lowering speed, in particular with a reduced third lifting speed or a reduced third lowering speed, which is reduced compared to a lifting speed or a lowering speed outside the safety area.
  • the raising or lowering outside the previously known potential collision area can take place at a greater raising or lowering speed.
  • the lifting speed outside the previously known potential collision area may preferably correspond to the above-mentioned first lifting speed for a currently measured load less than or equal to the predefined upper load limit.
  • the lowering speed outside the previously known potential collision area can preferably be the above mentioned first lowering speed for a currently measured load greater than or equal to the predefined lower load limit value.
  • the reduced third lifting speed can preferably correspond to the above-mentioned reduced second lifting speed for a current measured load greater than the predefined upper load limit.
  • the reduced third rate of lowering may correspond to the above reduced second rate of lowering for a current measured load less than the predefined lower load limit.
  • the reduced third lifting speed and the reduced third lowering speed can be 0.7 m/min.
  • the one or more previously known potential collision areas can in particular - at least partially - be given by one or more positions along the travel path at which one or more spacers of the fuel assembly to be raised or lowered, with which the fuel rods forming the fuel assembly in the fuel assembly are held in position, are located next to one another with one or more corresponding spacers of one or more adjacent fuel assemblies which are (still or already) in the fuel assembly cask, at essentially the same height along the guideway and slide over one another during lifting and lowering.
  • the respectively determined maximum value of the measured load or overload during lifting can also be shown in a diagram that shows the arrangement of the fuel assemblies in the fuel assembly cask at a corresponding position of the respective fuel assembly.
  • a curvature of the fuel assembly transverse to a longitudinal axis of the fuel assembly and/or a torsion of the fuel assembly about a longitudinal axis of the fuel assembly is determined for each fuel assembly discharged or to be loaded.
  • the curvature and/or torsion of the fuel assembly favor touching or snagging of the fuel assemblies during the loading/unloading process.
  • the deformation of the fuel element determined in this way can then—preferably together with other data—form the basis for an optimized charging and discharging scheme. For example, in combination with the values for the maximum values of the load or overload along the track, the relationship between the maximum value of the load or overload and the deformation of the fuel assembly can be established.
  • a position to be occupied in the fuel assembly container and/or a sequence is determined for a new loading and/or unloading of the fuel assembly container on the basis of the maximum values of the load or overload determined for each unloaded fuel assembly, in which the fuel assemblies are loaded into and unloaded from the fuel assembly cask.
  • the curvature and/or torsion is determined by optically measuring the position of reference points on the outside of the fuel assembly, the reference points being distributed around the circumference and along the longitudinal axis of the fuel assembly.
  • the reference points lie on at least one spacer of the fuel assembly, with which the fuel rods forming the fuel assembly are held in position in the fuel assembly.
  • the reference points are advantageously attached directly to one of the critical points of the fuel assemblies for loading and unloading, namely the spacers. These may touch or snag one of the spacers of an adjacent fuel assembly, particularly due to deformation of the fuel assembly.
  • a position to be occupied in the fuel assembly container and/or a sequence is determined for a new loading and/or unloading of a fuel assembly into or out of the fuel assembly container on the basis of the curvature and/or torsion determined for the fuel assembly is, in which the fuel elements are loaded into or discharged from the fuel assembly cask.
  • a lowering speed/travel path profile for reloading the fuel element into the fuel element cask is determined on the basis of the load currently measured as a function of the position of the fuel assembly along the travel path.
  • the load along the travel path during loading and unloading of the fuel assembly depends on factors such as the deformation of the fuel assembly to be loaded or unloaded and the adjacent fuel assemblies and the position of the spacers on the fuel assembly.
  • the fuel assembly is checked for any occurring during unloading damage examined.
  • This offers the advantage that the inspection of the fuel assembly for any damage is specifically directed to the locations of the fuel assembly where damage to the fuel assembly is most likely. Typically, these are places that cause an increased load during unloading and places that have a pronounced deformation. This allows the inspection of the fuel assembly to be optimized, which in turn saves time.
  • the fuel element cask in particular if it is a fuel element compact storage facility, wet storage facility, a transport cask or a transport and storage cask, can be lifted based on the load currently measured as a function of the position of the fuel element along the travel route and/or on the basis of the curvature and/or torsion determined for the fuel assembly, are examined for any damage that has occurred during unloading.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the unloading or loading of a fuel element from or into a reactor pressure vessel according to the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view of the unloading or loading process according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a diagram of a load-dependent speed adaptation during the unloading process according to an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • 4 shows a schematic representation of an arrangement of the fuel assemblies in the reactor pressure vessel with an associated maximum value of a measured overload when lifting a fuel assembly from the fuel assembly vessel.
  • FIG. 1 shows a process of unloading or loading a fuel assembly 20 from or into a fuel assembly container 30 according to an exemplary embodiment of the method according to the invention, the fuel assembly container 30 being a reactor pressure vessel 30 .
  • FIG. 2 shows the detail V marked with a broken line in FIG. 1 in an enlarged view.
  • the reactor pressure vessel 30 contains a plurality of fuel assemblies
  • each of the fuel bundles consists of bundles of fuel rods 24 which are held together in the bundle by means of spacers 21.
  • the spacers 21 are typically attached at a number of locations along the length of the fuel assembly 20 . The number and exact location of spacers on fuel assembly 20 may vary.
  • the curvature may cause the spacers 21 to be offset relative to the longitudinal axis 22 of the fuel bundle 20 .
  • Torsion of the fuel bundle 20 can cause the top and bottom ends of the fuel bundles 20 to be twisted relative to one another.
  • the lateral ends of the spacers 21 from the longitudinal axis 22 of the fuel assembly 20 further protrude than intended, as a result of which the total space requirement of a fuel element 20 in the transverse direction (perpendicular to the longitudinal axis) can increase.
  • the distance between the fuel elements 20 to one another is reduced in certain areas of the fuel element 20, in particular in the area of the spacers 21, or that adjacent fuel elements 20 even touch one another in some cases.
  • the fuel assemblies 20 are unloaded from the reactor pressure vessel 30 and loaded.
  • the fuel element 20 is lowered by means of the loading device 10 to the position provided for this in the reactor pressure vessel 30 .
  • a fuel assembly 20 is gripped at its upper end by means of a gripping arm 11 and brought into the intended position in the reactor pressure vessel 30 by the loading device 10 and lowered by the gripping arm 11 . Due to deformations of the fuel assemblies 20, it may be that the fuel assemblies 20 are not located at a predetermined distance from one another in all locations along the longitudinal direction of the fuel assemblies 20, despite correct positioning.
  • the fuel assembly 20 which is in the intended position in the reactor pressure vessel 30, is grasped with the gripping arm 11 and lifted out of the reactor pressure vessel 30. Due to deformations, mainly torsion and curvature, the spacers 21 can also get caught during the unloading process. In this case, touching or snagging leads to an increase in the total load on the loading device 10.
  • the loading device 10 is equipped with a load measuring device that determines the dynamic load along the route.
  • the dynamic load acting vertically downwards is preferably essentially continuously recorded by the load measuring device (in order to possibly initiate an overload shutdown) and recorded and stored at short intervals, for example with 3 measured values per millimeter lifting or lowering movement.
  • the distances between the measuring points are small enough to provide sufficient data for to have available an analysis of any problems during unloading or loading, in particular for the detection of peak loads.
  • the load measuring device is a force sensor which uses the measured force to determine the dynamic load and/or load change acting on the loading device 10 .
  • the measured load and/or load change is immediately displayed to the operator and passed on to a feedback loop for controlling the driving speed. Furthermore, the measured load is saved together with the route covered at any given time.
  • the load and/or load change on the loading device is measured along the vertical direction during the unloading or loading process.
  • the driving speed i.e. the speed at which the fuel assembly 10 is moved vertically by the lifting and lowering device, can be regulated as a function of the measured load, controlled manually or by the feedback loop.
  • FIG 3 shows a diagram of the dynamic load (curve 42) during unloading as a function of the lift.
  • the stroke is shown on the x-axis 45 (in mm) in an area where the spacer fuel bundles 20 can touch.
  • the travel speed (curve 41) adapted to the load in m/min during the lifting of the fuel assembly (axis 43) and the load as a function of the lift (axis 44) are also drawn into the diagram.
  • the value corresponding to a weight in kg is displayed for the load. If the load is above a predefined upper load limit value for the load, the lifting speed is reduced from a first value to a second lifting speed, which is reduced compared to the first lifting speed. Accordingly, the lifting speed is increased again when the measured load falls below the upper load limit again.
  • the diagram also shows how the lifting speed is reduced with increased load values and correspondingly increased with lower load values.
  • the upper load limit is between 500 N and 1000 N, in particular between 600 N and 800 N, above the base load, i.e. above the weight of the mass of the fuel assembly to be lifted or lowered and the mass of the between the load measuring device and Fuel element located parts of the loading device corresponds.
  • the method can also be expanded to the effect that when lifting, the driving speed is not only reduced from a maximum load, but stopped completely will.
  • the maximum load is, for example, between 700 N and 1500 N, in particular between 800 N and 1200 N, above the base load.
  • the method can also be used accordingly for loading.
  • the spacers 21 of adjacent fuel assemblies 20 touch or catch, the force acting on the loading device is reduced instead of being increased—as is the case during unloading.
  • the lowering takes place at a second lowering speed, which is reduced compared to a first lowering speed, if the load falls below a lower load limit value.
  • the lower load limit is, for example, between 500 N and 1000 N, in particular between 600 N and 800 N below the base load.
  • a limit value can also be introduced during the loading process, from which the lowering is stopped. This limit value is, for example, between 700 N and 1500 N, in particular between 800 N and 1200 N below the base load.
  • a lowering speed/travel path profile can be created on the basis of the load measured during lifting along the travel path, which profile can advantageously be used for reloading the fuel assembly 20 into the reactor pressure vessel 30 . Since the problems during unloading are mainly caused by deformations of the fuel assemblies 20, it is to be expected that during the loading process corresponding problems will occur at the same positions along the track as during the unloading process. Consequently, the load measured during lifting along the travel path can also be used for a corresponding lowering speed/travel path profile for lowering the fuel assembly 20 .
  • the lifting and/or lowering in a safety area around a previously known potential collision area along the route in which a collision between the spacers of the fuel assembly to be lifted or lowered and the spacers of the (already or still) adjacent fuel assemblies located in the fuel assembly cask can potentially occur at a reduced third lifting speed or a reduced third lowering speed.
  • lifting or lowering outside of the previously known potential collision area with a greater lifting or lowering speed. This is illustrated in FIG. 3, where it can be seen how the speed curve 41 during lifting alternates between the first and third lifting speeds according to the positions of the spacers and the occurrence of the potential collision zones, respectively.
  • a further possibility for optimizing the unloading process is based on creating a scheme for the load when unloading the fuel assemblies 20, the scheme reflecting the arrangement of the fuel assemblies 20 in the reactor pressure vessel 30.
  • a scheme 50 is shown in FIG.
  • the diagram shows the arrangement of the fuel elements 20 in the reactor pressure vessel 30 in a plan view.
  • Each of the squares 51 corresponds to the position of a fuel assembly 20.
  • the loads drawn correspond to the maximum overload on the loading device for the respective fuel assembly 20, i.e. the maximum amount by which the measured dynamic load exceeds the base load.
  • the maximum overload is represented as a weight equal to the force minus the mass of the fuel assembly 20 .
  • a corresponding scheme can also be created for the loading process, in which the maximum underload, i.e.
  • the maximum amount by which the measured dynamic load falls below the base load is drawn in for the respective fuel element 20 at its position in the reactor pressure vessel.
  • Comparable schemes can be created not only for the measured maximum overload or underload along the route, but also for other relevant parameters, such as the torsion or curvature of the fuel element.
  • future loading and unloading processes can be adjusted accordingly, for example to the effect that in future loading processes the position of the fuel assembly 20 to be loaded in the reactor pressure vessel 30 and/or a sequence in which the fuel assemblies 20 are loaded into or out of the Fuel assembly containers 30 are loaded or unloaded. This can be avoided, for example, that, for example, two fuel assemblies 20 with relatively strong deformations next to each other in the Reactor pressure vessel 30 are or less likely to touch or snag on the spacers.
  • the torsion or curvature is determined by optically measuring the position of reference points on the outside of the fuel assembly 20 , the reference points being distributed around the circumference and along the longitudinal axis 22 of the fuel assembly 20 .
  • This so-called “straightness measurement” is typically carried out in an inspection stand with a camera system. Since the deformation of the fuel assembly in the area of the spacers 21 is of particular interest, it is advantageous if at least one of the reference points lies on at least one of the spacers 21.

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Abstract

Die vorliegende Erdfindung betrifft ein Verfahren zum lastabhängigen Entladen und/oder Beladen eines Brennelements (20) aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter (30), insbesondere Reaktordruckbehälter (30), mittels einer Ladevorrichtung (10). Die Ladevorrichtung ist dazu ausgebildet, ein Brennelement (20) mit variabler Fahrgeschwindigkeit entlang eines Fahrweges aus dem Brennelementbehälter (30) zu heben bzw. in den Brennelementbehälter (30) zu senken. Die Ladevorrichtung (10) weist eine Lastmesseinrichtung zum Online-Messen einer aktuell beim Heben bzw. Senken des Brennelements (20) entlang des Fahrweges an der Ladevorrichtung (10) angreifenden dynamischen Last und/oder Laständerung auf, wobei die Fahrgeschwindigkeit beim Heben bzw. Senken des Brennelements (20) in Abhängigkeit der aktuell gemessenen Last und/oder Laständerung geregelt wird.

Description

Verfahren zum lastabhängigen Entladen und/oder Beladen eines Brennelements aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum lastabhängigen Entladen und/oder Beladen eines Brennelements aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter, beispielsweise aus einem bzw. in einen Reaktordruckbehälter.
In Kernkraftwerken werden Brennelemente in regelmässigen Abständen zwischen Arbeitszyklen eines Kernreaktors zur Revision ausgetauscht. Dazu müssen die Brennelemente aus einem Reaktordruckbehälter mit einer entsprechenden Ladevorrichtung entladen und beladen werden. Die Brennelemente stehen typischerweise in geringem Abstand zueinander senkrecht im Reaktordruckbehälter. Beim Beladen und Entladen wird das jeweilige Brennelement mittels der Ladevorrichtung aus dem Reaktordruckbehälter herausgehoben bzw. an der dafür vorgesehenen Position in den Reaktordruckbehälter herabgesenkt. Hierfür greift ein Greifer der Ladevorrichtung das Brennelement am oberen Ende und das Brennelement wird senkrecht aus dem Reaktordruckbehälterheraus- oder hineingeführt.
Die Brennelemente selbst bestehen aus Bündeln von Brennstäben, die mittels geeigneter Abstandshalter im Bündel zusammengehalten werden. Die Abstandshalter erfüllen dabei den Zweck, dass die einzelnen Brennstäbe eingespannt sind, auf Abstand korrekt zueinander positioniert sind und sich nicht verbiegen. Aufgrund der Bedingungen im Reaktordruckbehälter, insbesondere aufgrund von strahlungsinduziertem Kriechen unter den im Reaktordruckbehälter vorherrschenden thermohydraulischen Kräften und Temperaturen, können dennoch Verformungen - wie Krümmung und Torsion - an den Brennelementen auftreten. In Kombination mit dem Design der Abstandshalter kann dies dazu führen, dass sich die Brennelemente aufgrund des geringen Abstands zueinander beim Beladen und/oder Entladen an den Abstandshaltern berühren oder verhaken, was wiederum zu Schäden an den Brennelementen führen kann.
Ausser bei Reaktordruckbehältern können ähnliche Probleme grundsätzlich auch beim Be- und Entladen von Brennelementen in bzw. aus anderen Brennelementbehälter auftreten, beispielsweise bei Brennelement-Kompaktlagern, Nasslagern, Transportbehältern oder Transport- und Lagerbehältern. Abgesehen vom Reaktordruckbehälter können die übrigen genannten Behälter ein Brennelementgestell oder einen Brennelementkorb aufweisen. Nachfolgend wird daher als Obergriff für derartige Behälter, bei denen die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann, der Ausdruck Brennelementbehälter verwendet.
Zur Vermeidung derartiger Schäden werden die Brennstäbe daher zumeist mit einer geringen, vom Operateur der entsprechenden Ladevorrichtung manuell angepassten Geschwindigkeit in den Brennelementbehälter abgesenkt bzw. aus dem Brennelementbehälter herausgehoben, was mit einem entsprechend hohen Zeitaufwand verbunden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Entladen und/oder Beladen eines oder mehrerer Brennelemente aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter bereitzustellen, das es ermöglicht, das Schadensrisiko an den Brennelementen beim Belade- und Entladevorgang zu verringern, den Operateur zu entlasten und gleichzeitig den Zeitaufwand für das Entladen und Beladen zu verringern.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäss dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, das zum lastabhängigen Entladen und/oder Beladen eines oder mehrerer Brennelemente aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter, insbesondere aus einem bzw. in einen Reaktordruckbehälter, mittels einer Ladevorrichtung dient. Die Ladevorrichtung ist dazu ausgebildet, ein Brennelement mit variabler Fahrgeschwindigkeit entlang eines Fahrweges aus dem Brennelementbehälter zu heben bzw. in den Brennelementbehälter zu senken. Dabei ist der Fahrweg im Bereich des Brennelementebehälters vorzugsweise geradlinig, insbesondere im Wesentlichen ausschliesslich vertikal geradlinig. Die Ladevorrichtung weist eine Lastmesseinrichtung zum Online-Messen einer aktuell beim Heben bzw. Senken des Brennelements entlang des Fahrweges an der Ladevorrichtung angreifenden dynamischen Last und/oder Laständerung auf. Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Fahrgeschwindigkeit beim Heben bzw. Senken des Brennelements in Abhängigkeit der aktuell gemessenen Last und/oder Laständerung geregelt.
Wie eingangs erwähnt, kann es sich bei dem Brennelementbehälter im Sinne der vorliegenden Erfindung u.a. um einen Reaktordruckbehälter, ein Brennelement-Kompaktlager, ein Nasslager, einen Transportbehälter oder einen Transport- und Lagerbehälter handeln. Abgesehen vom Reaktordruckbehälter können die übrigen genannten Behälter ein Brennelementgestell oder einen Brennelementkorb aufweisen. Bei den letzten genannten "Behältern" kann das erfindungsgemässe Verfahren auch für die Alterungsüberwachung der Brennelementgestelle, -körbe oder Behälter genutzt werden.
Dabei ist der Fahrweg in einem Bereich, in dem sich das zu hebende bzw. zu senkende Brennelement noch neben anderen im Brennelementebehälter vorhandenen Brennelementen befindet, insbesondere der Fahrweg im Bereich des Brennelementebehälters, d.h. der Fahrweg, solange sich das zu hebende bzw. zu senkende Brennelement im Brennelementebehälter befindet, vorzugsweise geradlinig, insbesondere ausschliesslich geradlinig, besonders bevorzugt im Wesentlichen vertikal geradlinig, ganz besonders bevorzugt ausschliesslich im Wesentlichen vertikal geradlinig. Unter "ausschliesslich geradlinig" wird ein Fahrweg ohne Versatz, d.h. ein versatzloser Fahrweg verstanden. Entsprechend wird unter " ausschliesslich im Wesentlichen vertikal geradlinig" ein vertikaler Fahrweg ohne horizontalen Versatz, d.h. ein vertikal versatzloser Fahrweg verstanden.
Insbesondere kann sich der oben erwähnte Fahrweg vorzugsweise ausschliesslich auf den Fahrweg in einem Bereich, in dem sich das zu hebende bzw. zu senkende Brennelement noch neben anderen im Brennelementebehälter vorhandenen Brennelementen befindet, beziehen, insbesondere auf den Fahrweg im Bereich des Brennelementebehälters, d.h. den Fahrweg, solange sich das zu hebende bzw. zu senkende Brennelement im Brennelementebehälter befindet.
In erfindungsgemässer Weise wurde erkannt, dass sich bestimmte Probleme beim Belade- und Entladevorgang unmittelbar auf die dynamische Last bzw. Laständerung auswirken, welche durch Online-Messen der dynamischen Last und/oder Laständerung instantan erkannt werden können, und dass im Weiteren durch Anpassen der Fahrgeschwindigkeit beim Heben und Senken des Brennelements an die aktuell gemessene Last und/oder Laständerung ein möglicher Schaden am Brennelement vermieden werden kann. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer Laständerung eine zeitliche Zunahme oder Abnahme der beim Heben bzw. Senken des Brennelements entlang des Fahrweges an der Ladevorrichtung angreifenden dynamischen Last verstanden. Insbesondere kann es sich um einen Lastgradienten handeln. Wie eingangs beschrieben, können Verbiegungen bzw. Krümmungen der Brennelemente beim Heben bzw. Senken zu einer langsam ansteigenden Reibung zwischen dem zu hebenden bzw. zu senkenden Brennelement und Teilen des Brennelementbehälters und/oder einem oder mehreren sich im Brennelementbehälter befindlichen, benachbarten Brennelementen führen. Dies bewirkt eine erhöhte Last beim Heben bzw. eine reduzierte Last beim Senken. Im Weiteren können entlang des Fahrwegs infolge der Verbiegungen/Krümmungen der Brennelemente mitunter schnell ansteigende Lastspitzen auftreten, nämlich insbesondere dort, wo sich ein oder mehrere Abstandshalter des zu hebenden bzw. zu senkenden Brennelements, mit welchem die das Brennelement bildenden Brennstäbe im Brennelement auf Position gehalten sind, mit einem oder mehreren Abstandshaltern eines oder mehrerer benachbarter Brennelemente, die sich im Brennelementbehälter befinden, im Wesentlichen auf gleicher Höhe entlang des Fahrweges nebeneinander befinden und übereinander gleiten. Die durch das Übereinandergleiten der Abstandshalter entstehenden Lastspitzen sind häufig mit einer zuvor langsam ansteigenden Last beim Heben bzw. langsam abfallenden Last beim Senken korreliert, da sie auf dieselbe Ursache zurückgehen. In diesen Fällen ist es möglich, schnell ansteigende Lastspitzen rechtzeitig durch Online-Messen der zuvor langsam ansteigenden Last beim Heben bzw. langsam abfallenden Last beim Senken zu erkennen und entsprechend die Fahrgeschwindigkeit beim Heben bzw. Senken des Brennelements in Abhängigkeit der aktuell gemessenen Last bzw. Laständerung zu reduzieren, um so das Risiko von Schäden an den Brennelementen zu verringern. Die Reduktion der Fahrgeschwindigkeit erlaubt es im Weiteren, die Hebe- oder Senkbewegung rascher zu stoppen, sollte etwa beim Heben eine vordefinierte Maximallast überschritten oder beim Senken eine vordefinierten Minimallast unterschritten werden.
Insbesondere eine automatische Anpassung mittels einer Regelung über eine Rückkoppelungsschleife (Feedback-Loop) erweist sich hier als vorteilhaft. Im Fall, dass die Ladevorrichtung durch einen Operateur gesteuert wird, wird dieser durch das erfindungsgemässe Verfahren entlastet. Im Vergleich zu der bisher ausschliesslich manuellen Steuerung durch den Operateur ohne Online-Messung der dynamischen Last und/oder Laständerung ermöglicht eine automatische Regelung der Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit der dynamischen Last und/oder Laständerung eine schnellere Reaktion auf etwaige Probleme beim Belade- und Entladevorgang. Dies gilt insbesondere - wie oben beschrieben - für moderat zunehmende dynamische Lasten bzw. für moderate Laständerungen, die es der Regelung erlauben, rechtzeitig die Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren. Dadurch, dass die Fahrgeschwindigkeit beim Heben bzw. Senken des Brennelements in Abhängigkeit der aktuell gemessenen Last und/oder Laständerung geregelt wird, lässt sich im Ergebnis der Zeitaufwand für das Entladen und/oder Beladen eines Brennelements aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter signifikant reduzieren. Durch diese Zeitersparnis beim Entladen und Beladen kann etwa die Revisionszeit eines Kernkraftwerks gewinnbringend reduziert werden.
Als (dynamische) Last im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die an der Ladevorrichtung angreifende Gesamtlast beim Heben und Senken verstanden, die als Gesamtgewichtskraft von der Lastmesseinrichtung erfasst wird. Die Gesamtlast bzw. die Gesamtgewichtskraft setzen sich einerseits aus der Grundlast und andererseits aus allfälligen Kräften durch Reibung (durch oder Berühren) und/oder Verhaken der Brennelemente beim Heben bzw. Senken zusammen. Dabei entspricht die Grundlast der Gewichtskraft, die der Masse des zu hebenden oder zu senkenden Brennelements und der Masse der sich zwischen Lastmesseinrichtung und Brennelement befindlichen Teile der Ladevorrichtung entspricht. Bei diesen Teilen kann es sich beispielsweise um einen Greifer der Ladevorrichtung handeln. Die Masse einer allfällig vorhandenen Zentrierglocke zum Zentrieren der Brennelemente beim Be- und Entladen auf eine vordefinierte Position kann vorzugsweise beim Bestimmen der Grundlast als Teil der Ladevorrichtung ausser Acht gelassen werden, wenn sie sich beim Bestimmen der Grundlast an einem Beistellanschlag, an einem Teil des Brennelementbehälters (etwa dem Brennelementgestell bei Brennelementbecken) oder an benachbarten Brennelementen im Brennelementbehälter (etwa bei Reaktordruckbehältern) abstützt. Dies ist in der Regel beim Heben und Senken eines Brennelements aus dem Brennelementbehälter während der kritischen Phase, in der Reibung (durch Berühren) und ein Verhaken auftreten könnten, der Fall. Erst wenn das Brennelement vollständig aus dem problematischen Bereich herausgehoben ist, wird die Zentrierglocke in dieser Konfiguration mitangehoben und wäre dann beim Bestimmen der Grundlast als Teil der Ladevorrichtung massenmässig mitzuberücksichtigen. Tritt beim Heben oder Senken keine Reibung (durch Berühren) und kein Verhaken auf, so entspricht die an der Ladevorrichtung angreifende und von der Lastmesseinrichtung gemessene dynamischen Last im Wesentlichen der Grundlast, d.h. der Gewichtskraft, die der Masse des zu hebenden oder zu senkenden Brennelements und der Masse der sich zwischen Lastmesseinrichtung und Brennelement befindlichen Teile der Ladevorrichtung entspricht. Tritt beim Heben Reibung (durch Berühren) und/oder Verhaken auf, so erhöht sich die an der Ladevorrichtung angreifende und von der Lastmesseinrichtung gemessene dynamischen Last über die Grundlast hinaus um im Wesentlichen den Betrag der durch Reibung und/oder Verhaken bedingten Kräften. Tritt umgekehrt beim Senken Reibung (durch Berühren) und/oder Verhaken auf, so unterschreitet die an der Ladevorrichtung angreifende und von der Lastmesseinrichtung gemessene dynamischen Last die Grundlast um im Wesentlichen den Betrag der durch Reibung und Verhaken bedingten Kräften. Die Grundlast kann vorzugsweise mittels der Lastmesseinrichtung der Ladevorrichtung bestimmt werden, etwa vor dem Absenken des Brennelements in den Brennelementbehälter oder beim Anziehen des Brennelements zu Beginn der Hebebewegung.
Entsprechend kann die Ladevorrichtung nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dazu ausgebildet sein, die Grundlast zu bestimmen, etwa durch Bestimmen der an der Ladevorrichtung angreifende Last vor dem Absenken des Brennelements in den Brennelementbehälter oder beim Anziehen des Brennelements zu Beginn der Hebebewegung. Ist eine Zentrierglocke vorhanden, wie zuvor beschrieben, so wird die Grundlast vorzugsweise beim Heben vordem Abheben der Zentrierglocke und beim Absenken nach dem Aufsetzten der Zentrierglocke bestimmt. Die Ladevorrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, die von der zuvor bestimmten Grundlast abweichende Überlast oder Unterlast zu bestimmen und als Wert auszugeben, etwa indem von der jeweils aktuell gemessenen Gesamtgewichtskraft die Grundlast abgezogen wird.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt das Regeln der Fahrgeschwindigkeit beim Heben nach einem vordefinierten Hebegeschwindigkeits-Last-Profil. Dies bietet den Vorteil, dass die Hebegeschwindigkeit in Abhängigkeit der Last nach einem bekannten Hebegeschwindigkeits-Last-Profil angesteuert werden kann.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt das Regeln der Fahrgeschwindigkeit beim Senken nach einem vordefinierten Senkgeschwindigkeits-Last-Profil erfolgt. Analog zum Entladevorgang mit einem vordefinierten Hebegeschwindigkeits-Last-Profil bietet die Verwendung eines Senkgeschwindigkeits-Last-Profils dieselben, zuvor beschriebenen Vorteile für den Beladevorgang, einzig mit dem Unterschied, dass die Senkgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Last nach einem bekannten Senkgeschwindigkeits-Last-Profil gesteuert wird.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt das Heben entlang des Fahrweges mit einer ersten Hebegeschwindigkeit, wenn die aktuell gemessene Last kleiner als oder gleich einem vordefinierten oberen Last-Grenzwert und/oder wenn die aktuell gemessene Laständerung kleiner als oder gleich einem vordefinierten Laständerungs-Grenzwert ist, und mit einer gegenüber der ersten Hebegeschwindigkeit reduzierten, insbesondere von Null verschiedenen zweiten Hebegeschwindigkeit, wenn die aktuelle gemessene Last grösser als der vordefinierte obere Last-Grenzwert ist und/oder wenn die aktuelle gemessene Laständerung grösser als der vordefinierte Laständerungs-Grenzwert ist. Beispielsweise kann die erste Hebegeschwindigkeit 3 m/min und die gegenüber der ersten Hebegeschwindigkeit reduzierte zweiten Hebegeschwindigkeit 0.7 m/min betragen.
Das Benutzen eines vordefinierten oberen Last-Grenzwerts bzw. Laständerungs-Grenzwerts, ab der die Geschwindigkeit reduziert wird, hat den Vorteil, dass ab einer Last, die ein etwaiges Problem beim Entladen ankündigen kann, die Geschwindigkeit reduziert wird, um ein etwaiges Stoppen des Entladevorgangs zu vereinfachen, insbesondere für den Fall, dass die Last während des Entladevorgangs weiter zunimmt. Weiterhin wäre im Fall des Berührens oder Verhakens benachbarter Brennelemente bei einer geringeren Fahrgeschwindigkeit ein geringerer Schaden zu erwarten. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt der obere Last-Grenzwert zwischen 500 N und 1000 N, insbesondere zwischen 600 N und 800 N über der Grundlast [=Gewichtskraft, die der Masse des zu hebenden oder zu senkenden Brennelements und der Masse der sich zwischen Lastmesseinrichtung und Brennelement befindlichen Teile der Ladevorrichtung entspricht]. Mit anderen Worten: ein Grenzwert für eine Überlast oder Mehrlast über der Grundlast kann zwischen 500 N und 1000 N, insbesondere zwischen 600 N und 800 N betragen.
Gemäss noch einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Heben gestoppt, wenn die beim Heben aktuell gemessene Last grösser als eine vordefinierte Maximallast ist.
Das Einführen eines weiteren Grenzwerts, nämlich den für die Maximallast, bei der das Heben nicht nur verlangsamt, sondern gestoppt wird, hat zum Vorteil, dass Erfahrungswerte benutzt werden können, ab denen mit hoher Wahrscheinlichkeit Probleme beim Hebevorgang auftreten. Im Vergleich zur inkrementeilen Reduktion der Fahrgeschwindigkeit ab dem vordefinierten oberen Last-Grenzwert bietet das Stoppen des Hebens ab einer Maximallast den Vorteil einer schnelleren Reaktion auf ein etwaiges Problem. Gemäss noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt die Maximallast zwischen 700 N und 1500 N, insbesondere zwischen 800 N und 1200 N über der Grundlast.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt das Senken entlang des Fahrweges mit einer ersten Senkgeschwindigkeit, wenn die aktuell gemessene Last grösser als oder gleich einem vordefinierten unteren Last-Grenzwert und/oder wenn die aktuell gemessene Laständerung kleiner als oder gleich einem vordefinierten Laständerungs-Grenzwert ist, und mit einer gegenüber der ersten Senkgeschwindigkeit reduzierten, insbesondere von Null verschiedenen zweiten Senkgeschwindigkeit, wenn die aktuelle gemessene Last kleiner als der vordefinierte untere Last-Grenzwert und/oder wenn die aktuelle gemessene Laständerung grösser als der vordefinierte Laständerungs-Grenzwert ist. Das Benutzen eines vordefinierten unteren Last- Grenzwerts bzw. Laständerungs-Grenzwerts beim Beladevorgang, ab der die Geschwindigkeit reduziert wird, bietet die analogen Vorteile zum Benutzen des vordefinierten oberen Last-Grenzwerts für die Last, ab der die Geschwindigkeit beim Entladevorgang reduziert wird. Anders als beim Entladevorgang würde beim Beladevorgang Reibung (durch Berühren) oder Verhaken benachbarter Brennelemente allerdings zu einer Reduktion der Last führen. Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens kann der untere Last-Grenzwert durch die Grundlast abzüglich eines Betrags zwischen 500 N und 1000 N, insbesondere zwischen 600 N und 800 N gegeben sein. Mit anderen Worten: ein Grenzwert für eine Unterlast unter der Grundlast kann zwischen 500 N und 1000 N, insbesondere zwischen 600 N und 800 N betragen. Analog zum Heben kann die erste Senkgeschwindigkeit 3 m/min und de gegenüber der ersten Senkgeschwindigkeit reduzierte zweiten Senkgeschwindigkeit 0.7 m/min betragen.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Senken gestoppt, wenn die aktuell gemessene Last kleiner als eine vordefinierte Minimallast ist. Das Einführen eines weiteren Grenzwerts, nämlich den für die Minimallast, bei der das Heben nicht nur verlangsamt, sondern gestoppt wird, bietet die analogen Vorteile der Einführung der Maximallast, bei der bei der das Heben nicht nur verlangsamt, sondern gestoppt wird. Gemäss noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens kann diese Minimallast zwischen 700 N und 1500 N, insbesondere zwischen 800 N und 1200 N unterhalb der Grundlast liegen.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die aktuell gemessene Last beim Heben und/oder Senken in Abhängigkeit der Position des Brennelementes entlang des Fahrweges gemessen. Zudem kann beim Heben und/oder Senken die Entlade- bzw. Beladereihenfolgen (Sequenz), d.h. die Reihenfolge, in der die einzelnen Brennelemente beladen werden, erfasst werden. Die Messung der aktuell gemessenen Last beim Heben und/oder Senken in Abhängigkeit der Position des Brennelementes entlang des Fahrweges und Entlade- bzw. Beladereihenfolgen (Sequenz) bringt den Vorteil mit sich, dass sich dadurch Erfahrungswerte sammeln lassen, die für die zukünftige Heb- und Senkvorgänge als Referenz dienen können. Insbesondere ist zu erwarten, dass ein eventuelles Verhaken oder Berühren der Abstandshalter oder Brennelemente an ausgezeichneten Positionen entlang des Fahrwegs auftritt, die mit dieser Art von Messung identifiziert werden können.
Entsprechend können das vordefinierte Hebegeschwindigkeits-Last-Profil bzw. das vordefinierte Senkgeschwindigkeits-Last-Profil aufgrund bekannter Informationen dahingehend optimiert werden, dass etwaige Schäden beim Heben der Last vermieden werden können. Das Hebegeschwindigkeits-Last-Profil und das Senkgeschwindigkeits-Last- Profil lassen sich insbesondre durch das Einbringen vorheriger Erfahrungen, Berechnungen oder ähnlicher Informationen dahingehend optimieren, dass bei Werten für die Last, die das Verhaken oder Berühren benachbarter Brennelemente nahelegen, die Fahrgeschwindigkeit angepasst wird. Weiterhin lassen sich in dem Hebegeschwindigkeits-Last-Profil und dem Senkgeschwindigkeits-Last-Profil weitere bekannte Parameter berücksichtigen, wie zum Beispiel die Position des Brennelements im Brennelementbehälter und/oder eine allfällig ermittelte Krümmung und Torsion des Brennelements.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Heben und/oder Senken in einem Sicherheitsbereich um einem vorbekannten potentiellen Kollisionsbereich entlang des Fahrweges, in dem eine Kollision des zu hebenden bzw. zu senkenden Brennelements mit Teilen des Brennelementbehälters und/oder einem oder mehreren sich im Brennelementbehälter befindlichen, benachbarten Brennelementen potentiell auftreten kann, mit einer Hebegeschwindigkeit bzw. einer Senkgeschwindigkeit, insbesondere mit einer reduzierten dritten Hebegeschwindigkeit bzw. einer reduzierten dritten Senkgeschwindigkeit erfolgt, die gegenüber einer Hebegeschwindigkeit bzw. einer Senkgeschwindigkeit ausserhalb des Sicherheitsbereichs reduziert ist. Demgegenüber kann das Heben bzw. Senken ausserhalb des vorbekannten potentiellen Kollisionsbereichs mit einer grösseren, Hebe- bzw. Senkgeschwindigkeit erfolgen. Die Hebegeschwindigkeit ausserhalb des vorbekannten potentiellen Kollisionsbereichs kann vorzugsweise der oben erwähnten ersten Hebegeschwindigkeit für eine aktuell gemessene Last kleiner als oder gleich dem vordefinierten oberen Last-Grenzwert entsprechen. Analog kann die Senkgeschwindigkeit ausserhalb des vorbekannten potentiellen Kollisionsbereichs vorzugsweise der oben erwähnten ersten Senkgeschwindigkeit für eine aktuell gemessene Last grösser als oder gleich dem vordefinierten unteren Last-Grenzwert entsprechen.
Darüber hinaus kann vorzugsweise die reduzierte dritte Hebegeschwindigkeit der oben genannten reduzierten zweiten Hebegeschwindigkeit für eine aktuelle gemessene Last grösser als dem vordefinierten oberen Last-Grenzwert entsprechen. In gleicher Weise kann die reduzierte dritte Senkgeschwindigkeit der oben genannten reduzierten zweiten Senkgeschwindigkeit für eine aktuelle gemessene Last kleiner als dem vordefinierten unteren Last-Grenzwert entsprechen. Beispielsweise können die reduzierte dritte Hebegeschwindigkeit und die reduzierte dritte Senkgeschwindigkeit 0.7 m/min betragen.
Der eine oder die mehreren vorbekannten potentiellen Kollisionsbereiche können insbesondere - zumindest teilweise - durch eine oder mehrere Positionen entlang des Fahrwegs gegeben sein, an denen ein oder mehrere Abstandshalter des zu hebenden bzw. zu senkenden Brennelements, mit welchem die das Brennelement bildenden Brennstäbe im Brennelement auf Position gehalten sind, sich mit einem oder mehreren entsprechenden Abstandshaltern eines oder mehrerer benachbarter Brennelemente, die sich (noch oder bereits) im Brennelementbehälter befinden, auf im Wesentlichen gleicher Höhe entlang des Fahrweges nebeneinander befinden und beim Heben und Senken übereinander gleiten.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird für jedes aus dem Brennelementbehälter entladene Brennelement aus der jeweils gemessenen Last entlang des Fahrweges ein Maximalwert der gemessenen Last oder ein Maximalwert einer Überlast bestimmt, d.h. ein Maxi mal betrag, um den die gemessene dynamische Last die Grundlast [=Gewichtskraft, die der Masse des zu hebenden oder zu senkenden Brennelements und der Masse der sich zwischen Lastmesseinrichtung und Brennelement befindlichen Teile der Ladevorrichtung entspricht] überschreitet. Der jeweils bestimmte Maximalwert der gemessenen Last oder Überlast beim Heben kann im Weiteren in einem Schema, das die Anordnung der Brennelemente im Brennelementbehälter wiedergibt, an einer entsprechenden Position des jeweiligen Brennelements dargestellt werden. Dies ermöglicht eine systematische, insbesondere online (sofort) verfügbare Erfassung der Positionen im Brennelementbehälter, bei denen es zu erhöhten Maximalwerten der Last oder Überlast und somit mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit zu Problemen während des Belade- /Entladevorgangs kommt. Da die Bedingungen im Brennelementbehälter an verschiedenen Positionen für die Brennelemente unterschiedlich sein können, kann auch eine Verformung (insbesondere Krümmung und/oder Torsion) der Brennelemente von der Position im Brennelementbehälter abhängen. Die Abhängigkeit der Verformung von der Position wird durch die Verteilung der Temperatur und der thermohydraulischen Kräfte im Brennelementbehälter während des Betriebs bestimmt. Die Darstellung in einem Schema ermöglicht weiterhin auf lange Frist eine Erfassung der Positionen, bei denen es vermehrt zu erhöhten Kräften kommt. Das Schema kann als Grundlage für künftige Verbesserungen der Anordnungen oder des Belade/Entladevorgangs dienen.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird für jedes entladene oder zu beladende Brennelement eine Krümmung des Brennelements quer zu einer Längsachse des Brennelements und/oder eine Torsion des Brennelements um eine Längsachse des Brennelements bestimmt. Die Krümmung und/oder Torsion des Brennelements begünstigen ein Berühren oder Verhaken der Brennelemente beim Belade/Entladevorgang. Die so bestimmte Verformung des Brennelements kann sodann - vorzugsweise zusammen mit anderen Daten - die Grundlage für eine optimiertes Belade- und Entladeschema bilden. Zum Beispiel lässt sich in Kombination mit den Werten für die Maximalwerte der Last oder Überlast entlang des Fahrwegs der Zusammenhang zwischen dem Maximalwert der Last oder Überlast und der Verformung des Brennelements hersteilen.
Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es vorgesehen, dass für ein erneutes Beladen und/oder Entladen des Brennelementbehälters auf Basis der für jedes entladene Brennelement bestimmten Maximalwerte der Last oder Überlast eine zu besetzende Position im Brennelementbehälter und/oder eine Reihenfolge bestimmt wird, in der die Brennelemente in den bzw. aus dem Brennelementbehälter beladen bzw. entladen werden.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt das Bestimmen der Krümmung und/oder der Torsion durch optisches Positionsvermessen von Referenzpunkten an der Aussenseite des Brennelements, wobei die Referenzpunkte um den Umfang und entlang der Längsachse des Brennelements verteilt sind. Durch das Positionsvermessens mehrerer Referenzpunkte an den oben genannten Punkten lässt sich im Wesentlichen ein komplettes Bild der Krümmung und u. U. der Torsion des Brennelements erstellen, was wiederum in Kombination mit Erfahrungswerten für die dynamische Last entlang des Fahrwegs eine nützliche Information liefert, inwieweit und an welchen Stellen ein Brennelement verformt sein kann, so dass das problemlose Entladen oder Beladen noch möglich ist. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens liegen die Referenzpunkte auf wenigstens einem Abstandshalter des Brennelements, mit welchem die das Brennelement bildenden Brennstäbe im Brennelement auf Position gehalten sind. Dadurch sind in vorteilhafter Weise die Referenzpunkte direkt an einer der für das Beladen und Entladen kritischen Stelle der Brennelemente angebracht, nämlich den Abstandshaltern. Diese können einen der Abstandshalter eines benachbarten Brennelements berühren oder sich mit ihm verhaken, insbesondere aufgrund einer Verformung des Brennelements.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird für ein erneutes Beladen und/oder Entladen eines Brennelements in den bzw. aus dem Brennelementbehälter auf Basis der für das Brennelement bestimmten Krümmung und/oder Torsion eine zu besetzende Position im Brennelementbehälter und/oder eine Reihenfolge bestimmt wird, in der die Brennelemente in den bzw. aus dem Brennelementbehälter beladen bzw. entladen werden. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Brennelemente im Brennelementbehälter so anordnen lassen, dass sich benachbarte Brennelemente nach Möglichkeit nicht aufgrund ihrer Verformungen beim Entladen und Beladen berühren oder verhaken.
Gemäss noch einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird auf Basis der in Abhängigkeit der Position des Brennelementes entlang des Fahrweges aktuell gemessenen Last beim Heben ein Senkgeschwindigkeits-Fahrweg-Profil für ein erneutes Beladen des Brennelements in den Brennelementbehälter bestimmt. Typischerweise hängt die Last entlang des Fahrweges beim Beladen und Entladen des Brennelements von Gegebenheiten wie der Verformung des zu beladenden oder zu entladenden Brennelements und der benachbarten Brennelemente sowie der Position der Abstandshalter am Brennelement ab. Durch die Erstellung eines Senkgeschwindigkeits-Fahrweg-Profils für ein erneutes Beladen des Brennelements in den Brennelementbehälter lässt sich in vorteilhafterweise die Geschwindigkeit für das nächste Beladen bei den kritischen Positionen entlang des Fahrwegs entsprechend den Gegebenheiten anpassen.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird auf Basis der in Abhängigkeit der Position des Brennelementes entlang des Fahrweges aktuell gemessenen Last beim Heben und/oder auf Basis der für das Brennelement bestimmten Krümmung und/oder Torsion das Brennelement auf etwaige beim Entladen entstandene Beschädigungen untersucht. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Untersuchung des Brennelements auf etwaige Beschädigungen gezielt auf die Stellen des Brennelements richtet, wo eine Beschädigung des Brennelements am wahrscheinlichsten ist. Dies sind typsicherweise zum einen Stellen, die beim Entladen eine erhöhte Last verursachen, und zum anderen Stellen, die eine ausgeprägte Verformung aufweisen. Dadurch lässt sich die Untersuchung des Brennelements optimieren und somit wiederum Zeit einsparen.
In gleicherweise kann auch der Brennelementbehälter, insbesondere wenn es sich dabei um ein Brennelement-Kompaktlager, Nasslager, einen Transportbehälter oder einen Transport- und Lagerbehälter handelt, auf Basis der in Abhängigkeit der Position des Brennelementes entlang des Fahrweges aktuell gemessenen Last beim Heben und/oder auf Basis der für das Brennelement bestimmten Krümmung und/oder Torsion auf etwaige beim Entladen entstandene Beschädigungen untersucht werden.
Die in der Patentbeschreibung einschliesslich der Ansprüche verwendeten Singularformen „ein/eine“ sowie „der/die/das“ umfassen auch den entsprechenden Plural, falls nichts Gegenteiliges angemerkt wird. Wenn Merkmale der Erfindung mit dem Ausdruck „oder“ kombiniert werden, umfasst der Ausdruck „oder“ auch „und“ ausser es ist aus der Beschreibung offensichtlich, dass der Ausdruck „oder“ als ausschliessend aufgefasst werden muss.
Im Folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Entladens bzw. Beladens eines Brennelements aus einem bzw. in einen Reaktordruckbehälter gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren;
Fig. 2 eine Detailansicht des Entlade- bzw. Beladevorgangs gemäss Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm einer lastabhängigen Geschwindigkeitsanpassung während des Entladevorgangs nach einem Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens; und Fig. 4 schematische Darstellung einer Anordnung der Brennelemente im Reaktordruckbehälter mit einem zugehörigen Maximalwert einer gemessenen Überlast beim Heben eines Brennelements aus dem Brennelementbehälter.
Für die nachstehende Beschreibung gilt die folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen angegeben, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungsteil nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden oder nachfolgenden Beschreibungsteilen verwiesen. Umgekehrt sind zur Vermeidung zeichnerischer Überladung für das unmittelbare Verständnis weniger relevante Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Hierzu wird auf die jeweils übrigen Figuren verwiesen.
In Fig. 1 ist ein Entlade- oder Beladevorgang eines Brennelements 20 aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter 30 gemäss einer beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt, wobei es sich bei dem Brennelementbehälter 30 um einen Reaktordruckbehälter 30 handelt. Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 gestrichelt markierten Ausschnitt V in einer vergrösserten Ansicht.
Wie in Fig. 1 gezeigt, befinden sich in dem Reaktordruckbehälter 30 mehrere Brennelemente
20, die in geringem Abstand zueinander in aufrechter Position nebeneinander angeordnet sind. Wie in Fig. 2 im Detail gezeigt, besteht jedes der Brennelemente aus Bündeln von Brennstäben 24, die mittels Abstandshalter 21 im Bündel zusammengehalten werden. Die Abstandshalter 21 sind typischerweise an mehreren Stellen in Längsrichtung des Brennelements 20 angebracht. Die Zahl und die exakte Position der Abstandshalter am Brennelement 20 können variieren.
Im Reaktordruckbehälter 30 herrschen während des Betriebs sehr hohe Temperaturen, insbesondere in den Brennstäben 24, was zu einer Krümmung oder Torsion bezüglich einer Längsachse 22 der Brennelemente 20 führen kann. Die Krümmung kann bewirken, dass die Abstandshalter 21 relativ zur Längsachse 22 des Brennelements 20 versetzt sind. Eine Torsion des Brennelements 20 kann bewirken, dass das obere und das untere Ende der Brennelemente 20 relativ zueinander verdreht sind. Insbesondere können die Abstandshalter
21 , die in der Draufsicht ein im Wesentlichen rechteckiges Aussenprofil aufweisen, zueinander verdreht sein. Aufgrund der Torsion sowie der Krümmung der Brennelemente 20 können die seitlichen Enden der Abstandshalter 21 von der Längsachse 22 des Brennelements 20 weiter als vorgesehen überstehen, wodurch sich der gesamte Platzbedarf eines Brennelements 20 in transversaler Richtung (senkrecht zur Längsachse) erhöhen kann. Dadurch kann es sein, dass der Abstand der Brennelemente 20 zueinander in gewissen Bereichen des Brennelements 20, insbesondere im Bereich der Abstandshalter 21 verringert ist oder sich benachbarte Brennelemente 20 in manchen Fällen sogar berühren.
Für die Wartung oder einen Austausch der Brennelemente 20 werden die Brennelemente 20 aus dem Reaktordruckbehälter 30 entladen und beladen. Für den Beladevorgang wird das Brennelement 20 mittels der Ladevorrichtung 10 an der dafür vorgesehenen Position im Reaktordruckbehälter 30 abgesenkt. Dazu wird ein Brennelement 20 an dessen oberen Ende mittels eines Greifarms 11 gefasst und durch die Ladevorrichtung 10 in die vorgesehene Position im Reaktordruckbehälter 30 gebracht und durch den Greifarm 11 abgesenkt. Aufgrund von Verformungen der Brennelemente 20 kann es sein, dass die Brennelemente 20 sich trotz korrekter Positionierung nicht in allen Stellen entlang der Längsrichtung der Brennelemente 20 in einem vorbestimmten Abstand zueinander befinden. Insbesondere an den Stellen des Brennelements 20, an denen sich die Abstandshalter 21 befinden, kann es Vorkommen, dass der spezifizierte Abstand aufgrund besagter Verformung nicht eingehalten werden kann. Dadurch kann es beim Beladevorgang zu einem Berühren oder Verhaken benachbarter Brennelemente 20, insbesondere der Abstandshalter 21 kommen. Das Verhaken führt zu einem Verringern der Gesamtlast an der Ladevorrichtung 10 in vertikaler Richtung.
Entsprechend wird beim Entladevorgang das Brennelement 20, das sich auf der vorgesehenen Position im Reaktordruckbehälter 30 befindet, mit dem Greifarm 11 gefasst und aus dem Reaktordruckbehälter 30 herausgehoben. Aufgrund von Verformungen, hauptsächlich Torsion und Krümmung, kann es auch beim Entladevorgang zu einem Berühren Verhaken der Abstandshalter 21 kommen. In diesem Fall führt das Berühren oder Verhaken zu einer Erhöhung der Gesamtlast an der Ladevorrichtung 10.
Die Ladevorrichtung 10 ist mit einer Lastmesseinrichtung ausgestattet, die die dynamische Last entlang des Fahrwegs ermittelt. Die vertikal nach unten wirkende dynamische Last wird dazu von der Lastmesseinrichtung vorzugsweise im Wesentlichen kontinuierlich erfasst (um ggf. eine Überlastabschaltung einzuleiten) und in kurzen Abständen aufgezeichnet und gespeichert, beispielsweise mit 3 Messwerten pro Millimeter Hub- oder Senkbewegung. Die Abstände zwischen den Messpunkten sind klein genug gewählt, um ausreichend Daten für eine Analyse etwaiger Probleme beim Entladen oder Beladen, insbesondere für die Erkennung von Lastspitzen, zur Verfügung zu haben. Bei der Lastmesseinrichtung handelt es sich um einen Kraftsensor, der aus der gemessenen Kraft die an der Ladevorrichtung 10 angreifende dynamischen Last und/oder Laständerung ermittelt. Die gemessene Last und/oder Laständerung wird instantan dem Operateur angezeigt sowie an eine Feedback-Loop zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit weitergegeben. Des Weiteren wird die gemessene Last zusammen mit dem zu jedem Zeitpunkt zurückgelegten Fahrweg abgespeichert.
Das heisst beim Beladen und Entladen wird die Last und/oder Laständerung auf die Ladevorrichtung entlang der vertikalen Richtung während des Entlade- oder Beladevorgangs gemessen. Weiterhin lässt sich gemäss der Erfindung die Fahrgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit mit der das Brennelement 10 durch die Heb- und Senkvorrichtung in vertikaler Richtung bewegt wird, in Abhängigkeit der gemessenen Last regeln, manuell oder durch die Feedback-Loop kontrollieren.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm der dynamischen Last (Kurve 42) beim Entladen in Abhängigkeit des Hubs. Der Hub wird auf der x-Achse 45 (in mm) in einem Bereich, in dem sich die Abstandshalter Brennelemente 20 berühren können, dargestellt. Mit eingezeichnet in das Diagramm ist die der Last entsprechend angepasste Fahrgeschwindigkeit (Kurve 41) in m/min während des Hebens des Brennelements (Achse 43) und die Last in Abhängigkeit des Hubs (Achse 44). Bei der Last wird der einem Gewicht in kg entsprechende Wert dargestellt. Bei einer Last oberhalb eines vordefinierten oberen Last-Grenzwerts für die Last wird die Hebegeschwindigkeit von einem ersten Wert auf eine zweite, gegenüber der ersten Hebegeschwindigkeit reduzierten zweiten Hebegeschwindigkeit verringert. Entsprechend wird die Hebegeschwindigkeit wieder erhöht, wenn die gemessene Last den oberen Last- Grenzwert wieder unterschreitet.
Weiterhin lässt sich in dem Diagramm erkennen, wie die Hebegeschwindigkeit bei erhöhten Werten für die Last verringert wird und bei niedrigeren Werten für die Last entsprechend erhöht. Der obere Last-Grenzwert liegt im vorliegenden Beispiel zwischen 500 N und 1000 N, insbesondere zwischen 600 N und 800 N über der Grundlast, d.h. über der Gewichtskraft, die der Masse des zu hebenden oder zu senkenden Brennelements und der Masse der sich zwischen Lastmesseinrichtung und Brennelement befindlichen Teile der Ladevorrichtung entspricht. Das Verfahren lässt sich weiterhin dahingehend ausweiten, dass beim Heben die Fahrgeschwindigkeit ab einer Maximallast nicht nur verringert wird, sondern komplett gestoppt wird. Die Maximallast liegt beispielsweise zwischen 700 N und 1500 N, insbesondere zwischen 800 N und 1200 N über der Grundlast.
Das Verfahren lässt sich entsprechend auch auf das Beladen anwenden. Beim Beladen bewirkt ein Berühren oder Verhaken der Abstandshalter 21 benachbarter Brennelemente 20 jedoch, dass sich die auf die Ladevorrichtung wirkende Kraft verringert statt - wie beim Entladen - vergrössert. Entsprechend erfolgt das Senken mit einer zweiten, gegenüber einer ersten Senkgeschwindigkeit reduzierten Senkgeschwindigkeit, wenn die Last einen unteren Last-Grenzwert unterschreitet. Der untere Last-Grenzwert liegt beispielsweise zwischen 500 N und 1000 N, insbesondere zwischen 600 N und 800 N unterhalb der Grundlast. Entsprechend dem Entladevorgang lässt sich auch beim Beladevorgang ein Grenzwert einführen, ab dem das Senken gestoppt wird. Dieser Grenzwert liegt beispielsweise zwischen 700 N und 1500 N, insbesondere zwischen 800 N und 1200 N unterhalb der Grundlast.
Die Möglichkeit, die Last online zu messen und in Abhängigkeit der Position des Fahrweges ein Fahrgeschwindigkeits-Last-Profil zu erstellen, sowie das Anpassen der Fahrgeschwindigkeit an die aktuell gemessene Last erlaubt eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Optimierung des Entlade- und Beladeprozesses. In einem Ausführungsbeispiel lässt sich aufgrund der beim Heben gemessenen Last entlang des Fahrweges ein Senkgeschwindigkeits-Fahrweg-Profil erstellen, das in vorteilhafter Weise für ein erneutes Beladen des Brennelements 20 in den Reaktordruckbehälter 30 benutzt werden kann. Da die Probleme beim Entladen hauptsächlich durch Verformungen der Brennelemente 20 verursacht werden, ist zu erwarten, dass beim Beladevorgang entsprechende Probleme an den gleichen Positionen entlang des Fahrwegs auftreten wie beim Entladevorgang. Folglich lässt sich die beim Heben entlang des Fahrweges gemessene Last auch für ein entsprechendes Senkgeschwindigkeits-Fahrweg-Profil für das Senken des Brennelements 20 verwenden.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Heben und/oder Senken in einem Sicherheitsbereich um einem vorbekannten potentiellen Kollisionsbereich entlang des Fahrweges, in dem eine Kollision zwischen den Abstandshaltern des zu hebenden bzw. zu senkenden Brennelements und den Abstandshaltern der sich (schon oder noch) im Brennelementbehälter befindlichen, benachbarten Brennelementen potentiell auftreten kann, mit einer reduzierten dritten Hebegeschwindigkeit bzw. einer reduzierten dritten Senkgeschwindigkeit erfolgt. Demgegenüber kann das Heben bzw. Senken ausserhalb des vorbekannten potentiellen Kollisionsbereichs mit einer grösseren, Hebe- bzw. Senkgeschwindigkeit erfolgen. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, in der man erkennt, wie die Geschwindigkeitskurve 41 beim Heben zwischen der ersten und der dritten Hebegeschwindigkeit entsprechend der Positionen der Abstandshalter bzw. dem Auftreten der potentiellen Kollisionsbereich alterniert.
Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung des Entladeprozesses basiert auf dem Erstellen eines Schemas für die Last beim Entladen der Brennelemente 20, wobei das Schema die Anordnung der Brennelemente 20 im Reaktordruckbehälter 30 wiedergibt. Ein solches Schema 50 ist in Fig. 4 gezeigt. Das Schema zeigt dabei schematisch die Anordnung der Brennelemente 20 im Reaktordruckbehälter 30 in der Draufsicht. Jedes der Quadrate 51 entspricht der Position eines Brennelements 20. Die eingezeichneten Lasten entsprechen dabei der maximalen Überlast auf die Ladevorrichtung für das jeweilige Brennelement 20, d.h. dem Maximalbetrag, um den die gemessene dynamische Last die Grundlast überschreitet. Die maximale Überlast wird als einem der Kraft entsprechenden Gewicht abzüglich der Masse des Brennelements 20 dargestellt. Ein entsprechendes Schema lässt sich auch für den Beladevorgang erstellen, bei dem für das jeweilige Brennelement 20 an seiner Position im Reaktordruckbehälter die maximale Unterlast, d.h. der Maximalbetrag, um den die gemessene dynamische Last die Grundlast unterschreitet, eingezeichnet wird. Für ein erneutes Beladen und/oder Entladen des Brennelementbehälters können sodann auf Basis der für jedes entladene Brennelement 20 bestimmten Maximalwerte der Last oder Überlast eine zu besetzende Position im Brennelementbehälter 30 und/oder eine Reihenfolge bestimmt werden, in der die Brennelemente 20 in den bzw. aus dem Brennelementbehälter 30 beladen bzw. entladen werden.
Vergleichbare Schemas lassen sich nicht nur für die gemessene maximale Über- oder Unterlast entlang des Fahrwegs, sondern auch für weitere relevante Messgrössen, wie z.B. die Torsion oder Krümmung des Brennelements erstellen. Mit Hilfe dieser Schemas lassen sich zukünftige Belade- und Entladeprozesse entsprechend anpassen, beispielsweise dahingehend, dass bei künftigen Beladeprozessen die Position des zu beladenen Brennelements 20 im Reaktordruckbehälter 30 und/oder eine Reihenfolge bestimmt wird, in der die Brennelemente 20 in den bzw. aus dem Brennelementbehälter 30 beladen bzw. entladen werden. Dadurch kann beispielsweise vermieden werden, dass sich beispielsweise zwei Brennelemente 20 mit verhältnismässig starken Verformungen direkt nebeneinander im Reaktordruckbehälter 30 befinden oder weniger wahrscheinlich an den Abstandshaltern berühren oder verhaken.
Da die beschriebenen Schwierigkeiten hauptsächlich durch Verformungen der Brennelemente 20 hervorgerufen werden, ist es vorteilhaft, die Brennelemente 20 auf Verformungen hin zu vermessen. Hierzu wird die Torsion oder Krümmung durch optisches Positionsvermessen von Referenzpunkten an der Aussenseite des Brennelements 20 bestimmt, wobei die Referenzpunkte um den Umfang und entlang der Längsachse 22 des Brennelements 20 verteilt sind. Diese sogenannte "Geradheitsmessung" erfolgt typischerweise in einem Inspektionsstand mit einem Kamerasystem. Da die Verformung des Brennelements im Bereich der Abstandshalter 21 von besonderem Interesse ist, ist es vorteilhaft, wenn mindestens einer der Referenzpunkte auf wenigstens einem der Abstandshalter 21 liegt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum lastabhängigen Entladen und/oder Beladen eines Brennelements (20) aus einem bzw. in einen Brennelementbehälter (30), insbesondere Reaktordruckbehälter (30), mittels einer Ladevorrichtung (10), wobei die
Ladevorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, ein Brennelement (20) mit variabler Fahrgeschwindigkeit entlang eines Fahrweges aus dem Brennelementbehälter (30) zu heben bzw. in den Brennelementbehälter (30) zu senken, wobei die Ladevorrichtung (10) eine Lastmesseinrichtung zum Online-Messen einer aktuell beim Heben bzw. Senken des Brennelements (20) entlang des Fahrweges an der Ladevorrichtung (10) angreifenden dynamischen Last und/oder Laständerung aufweist, wobei die Fahrgeschwindigkeit beim Heben bzw. Senken des Brennelements (20) in Abhängigkeit der aktuell gemessenen Last und/oder Laständerung geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Regeln der Fahrgeschwindigkeit beim Heben nach einem vordefinierten Hebegeschwindigkeits-Last-Profil erfolgt, und/oder wobei das Regeln der Fahrgeschwindigkeit beim Senken nach einem vordefinierten Senkgeschwindigkeits-Last-Profil erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heben entlang des Fahrweges mit einer ersten Hebegeschwindigkeit erfolgt, wenn die aktuell gemessene Last kleiner als oder gleich einem vordefinierten oberen Last-Grenzwert ist und/oder wenn die aktuell gemessene Laständerung kleiner als oder gleich einem vordefinierten Laständerungs-Grenzwert ist, und mit einer gegenüber der ersten Hebegeschwindigkeit reduzierten zweiten Hebegeschwindigkeit, wenn die aktuelle gemessene Last grösser als der vordefinierte obere Last-Grenzwert ist und/oder wenn die aktuelle gemessene Laständerung grösser als der vordefinierte Laständerungs-Grenzwert ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Senken entlang des Fahrweges mit einer ersten Senkgeschwindigkeit erfolgt, wenn die aktuell gemessene Last grösser als oder gleich einem vordefinierten unteren Last-Grenzwert ist und/oder wenn die wenn die aktuell gemessene Laständerung kleiner als oder gleich einem vordefinierten Laständerungs-Grenzwert ist, und mit einer gegenüber der ersten Senkgeschwindigkeit reduzierten zweiten Senkgeschwindigkeit, wenn die aktuelle gemessene Last kleiner als der vordefinierte untere Last-Grenzwert ist und/oder wenn die aktuelle gemessene Laständerung grösser als der vordefinierte Laständerungs- Grenzwert ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heben gestoppt wird, wenn die beim Heben aktuell gemessene Last grösser als eine vordefinierte Maximallast ist; und/oder wobei das Senken gestoppt wird, wenn die aktuell gemessene Last kleiner als eine vordefinierte Minimallast ist.
6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Heben und/oder Senken in einem Sicherheitsbereich um einem vorbekannten potentiellen Kollisionsbereich entlang des Fahrweges, in dem eine Kollision des zu hebenden bzw. zu senkenden Brennelements (20) mit Teilen des Brennelementbehälters und/oder einem oder mehreren sich im Brennelementbehälter (30) befindlichen, benachbarten Brennelementen (20) potentiell auftreten kann, mit einer Hebegeschwindigkeit bzw. einer Senkgeschwindigkeit erfolgt, die gegenüber einer Hebegeschwindigkeit bzw. einer Senkgeschwindigkeit ausserhalb des Sicherheitsbereichs reduziert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein oder mehrere vorbekannten potentiellen Kollisionsbereiche zumindest teilweise durch eine oder mehrere Positionen entlang des Fahrwegs gegeben sind, an denen sich ein oder mehrere Abstandshalter (21) des zu hebenden bzw. zu senkenden Brennelements (20), mit welchem die das Brennelement (20) bildenden Brennstäbe im Brennelement (20) auf Position gehalten sind, mit einem oder mehreren entsprechenden Abstandshaltern (21) eines oder mehrerer sich im Brennelementbehälter (30) befindlichen, benachbarten Brennelementen (20) auf im Wesentlichen gleicher Höhe entlang des Fahrweges nebeneinander befinden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktuell gemessene Last beim Heben und/oder Senken in Abhängigkeit der Position des Brennelementes (20) entlang des Fahrweges gemessen wird.
9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei für jedes aus dem Brennelementbehälter (30) entladene Brennelement (20) aus der jeweils gemessenen Last entlang des Fahrweges ein Maximalwert der gemessenen Last oder ein Maximalwert einer Überlast bestimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der jeweils bestimmte Maximalwert der gemessenen Last oder der Maximalwert einer Überlast beim Heben in einem Schema (50), das die Anordnung der Brennelemente im Brennelementbehälter wiedergibt, an einer entsprechenden Position des jeweiligen Brennelements dargestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei für ein erneutes Beladen und/oder Entladen des Brennelementbehälters (30) auf Basis der für jedes entladene Brennelement (20) bestimmten Maximalwerte der Last oder Überlast eine zu besetzende Position im Brennelementbehälter (30) und/oder eine Reihenfolge bestimmt wird, in der die Brennelemente (20) in den bzw. aus dem Brennelementbehälter (30) beladen bzw. entladen werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für jedes entladene oder zu beladende Brennelement (20) eine Krümmung des Brennelements (20) quer zu einer Längsachse (22) des Brennelements (20) und/oder eine Torsion des Brennelements (20) um eine Längsachse (22) des Brennelements (20) bestimmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei für ein erneutes Beladen und/oder Entladen eines Brennelements (20) in den bzw. aus dem Brennelementbehälter (30) auf Basis der für das Brennelement (20) bestimmten Krümmung und/oder Torsion eine zu besetzende Position im Brennelementbehälter (30) und/oder eine Reihenfolge bestimmt wird, in der die Brennelemente (20) in den bzw. aus dem Brennelementbehälter (30) beladen bzw. entladen werden.
14. Verfahren nach Anspruch einem der vorgehenden Ansprüche, wobei auf Basis der in Abhängigkeit der Position des Brennelementes (20) beim Heben entlang des Fahrweges aktuell gemessenen Last ein Senkgeschwindigkeits-Fahrweg-Profil für ein erneutes Beladen des Brennelements (20) in den Brennelementbehälter (30) bestimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch einem der vorgehenden Ansprüche, wobei auf Basis der in Abhängigkeit der Position des Brennelementes (20) entlang des Fahrweges aktuell gemessenen Last beim Heben und/oder auf Basis der für das Brennelement (20) bestimmten Krümmung und/oder Torsion das Brennelement (20) auf etwaige beim Entladen entstandene Beschädigungen untersucht wird.
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