DE3883621T2 - System zum Ausschieben und Kompaktieren von Brennstäben eines Kernbrennstabbündels. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung betrifft grundsätzlich ein System zum Herausnehmen der verbrauchten Brennstäbe aus einem Brennelement und zum Kompaktieren dieser Stäbe zu einer Anordnung maximaler Dichte in einem Speicherkasten.
Beschreibung des Standes der Technik
• Werkzeugsysteme zum Herausnehmen der Brennstäbe aus einem Kernbrennelement sind bekannter Stand der Technik. Solche Werkzeuge werden oftmals eingesetzt, um die verbrauchten Brennstäbe aus einem Brennelement herauszunehmen, so daß sie in einen Speicherkasten kompaktiert und schließlich in das Becken für verbrauchten Brennstoff der Kernkraftanlage eingesetzt werden können. Zu diesem Zweck weisen solche Werkzeugsysteme typischerweise einen Stabgreifmechanismus zum wahlweisen Ergreifen und Los lassen eines oder mehrerer Brennstäbe in einem Brennelement nach Abnehmen des Kopfstücks des Brennelements auf. Solche Stabgreifmechanismen sind mit einem kranartigen Mechanismus verbunden und dienen zum Anheben der Brennstäbe aus dem Brennelement durch Anwenden einer Zugkraft und Absenken der Stäbe in einen Speicherkasten. Ein Beispiel eines solchen Brennstabgreifmechanismus ist in der EP- A 0 146 808 beschrieben und beansprucht. Des weiteren beschreibt die US-A 4 619 808 ein System zum Kompaktieren von verbrauchtem Kernbrennstoff, wobei das System eine Stabausziehvorrichtung zum gleichzeitigen Ergreifen einer Mehrzahl von Brennstäben aufweist. Dieses Stabziehwerkzeug hebt demzufolge Gruppen von Brennstäben aus dem Brennelement heraus, befördert sie über eine Zwischenübergabestation, und führt sie abwärts in einen Brennstoffübergabekasten ein, der etwa trichterförmig ist, um die Anzahl der in etwa zwei Brennelementen enthaltenen Brennstäbe in den dem Querschnitt eines einzigen Brennelements entsprechenden Raum zu kompaktieren.
• Jedoch ist die Arbeitsweise von Werkzeugsystemen, welche die Brennstäbe aus den betreffenden Brennelementen durch Ergreifen und Herausziehen herausnehmen, nicht frei von Nachteilen.
• Die auf die verbrauchten Brennstäbe ausgeübten Zugkräfte beim kräftigen Herausziehen aus den Gittern des Brennelements kann das Brechen des verhältnismäßig spröden Außenrohres der Zirkaloyumhüllung verursachen, wodurch das Wasser in dem Becken für verbrauchten Brennstoff mit Tabletten aus radioaktivem Uranoxid kontaminiert wird. Des weiteren erfordert das vollständige Herausziehen der verbrauchten Brennstäbe aus dem Brennelement das Anheben dieser Stäbe innerhalb des Behälters für verbrauchten Brennstoffs um mindestens etwa 4,75 m. Falls irgendeiner der diese Stäbe haltenden Greifmechanismen an dieser Greifstelle durchrutschen sollte, könnten einer oder mehrere der Stäbe auf den Boden des Beckens fallen und brechen.
• Damit besteht natürlich ein Bedürfnis nach einem System zum Herausnehmen von Brennstäben aus einem Brennelement, das sowohl schneller als auch sicherer als herkömmliche Stabausziehsysteme ist.
• Die EP-A 128 236 beschreibt ein System zum Herausnehmen von Brennstäben aus einem Brennelement mittels eines Schiebemechanismus in einen Behälter mit einer Vielzahl von Brennstabaufnahmerohren. Der Schiebemechanismus kann so ausgelegt sein, daß er einzelne Brennstäbe oder Reihen von Brennstäben aus einem Brennelement in die Behälterrohre schiebt. Ein Koordinatenpositioniersystem dient zur relativen Positionierung des Schiebemechanismus und des Brennelements.
• Die EP-A 134 841 beschreibt ebenfalls ein System zum Herausnehmen von Brennstäben aus einem Brennelement mittels eines Schiebemechanismus. Dieser Schiebemechanismus weist eine Mehrzahl von axial beweglichen Schubstangen auf, die im gleichen Muster wie die Brennstäbe im Brennelement angeordnet sind. Die Schubstangen sind an Querstangen montiert, die zur Druckübertragung auf die Schubstangen dienen, und die Schubstangen sind in einer Führungsplatte mit Führungsbohrungen zur Führung der Schubstangen geführt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Schiebevorgang arbeitendes System zum Entfernen der Brennstäbe aus einem Brennelement zu schaffen, das an jede Größe oder Art der nun in kommerziellem Gebrauch befindlichen Brennelemente anpaßbar ist, und das mechanisch einfach und trotz der Größenunterschiede der einzelnen Brennstäbe extrem zuverlässig ist, so daß das Auftreten gebrochener Brennstäbe während des Brennstoffkompaktierungsvorgangs auf ein Minimum reduziert wird.
• Demgemäß besteht die Erfindung in einem System, wie es im Anspruch 1 und in weiteren Einzelheiten in den Unteransprüchen definiert ist.
• Dementsprechend liegt die Erfindung in einem System zum Entfernen von Brennstäben aus einem Brennelement der Bauart mit einer Mehrzahl von Gittern, die durch eine Mehrzahl von Führungsrohren miteinander verbunden sind, wobei jedes Gitter eine Anordnung von brennstabaufnehmenden Zellen aufweist und jede dieser Zellen einen Brennstaub aufnimmt und hält, wobei das System eine Schiebebaugruppe zum Ausschieben eines gewählten Brennstabs aus einer gewählten Brennstabaufnahmezelle des Systems, einen Positioniermechanismus auf einer horizontalen Grundplatte, der Mittel zum Wählen von X- und Y-Achsenkoordinaten zum Ausrichten der Schubstange auf einen nach unten auszustoßenden gewählten Brennstab umfaßt, und an der Schubstange vorgesehene Eingriffsmittel in Form einer Vertiefung zur Aufnahme des verjüngten Endes des Brennstabs aufweist. Zum Erleichtern des Einführens der Schubstange durch die Zellen der Gitter ist der Durchmesser der Schubstange vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des gewählten Brennstabs. Außerdem kann die Schubstange eine verhältnismäßig steifere Struktur als das Zirkaloy-Rohr haben, welches die Außenhülle eines Brennstabs bildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform findet eine Stange aus massivem rostfreiem Stahl Anwendung.
• Um die Schubstange wahlweise durch die Zellen der Gitter ausschieben und zurückziehen zu können, weist die Schiebebaugruppe einen Antrieb auf, der aus einer am distalen Ende der Schubstange gebildeten Zahnstange, einem mit der Zahnstange in Eingriff stehenden Ritzel, und einem umsteuerbaren Motor zum Antrieb des Ritzels gebildet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Motor ein luftgetriebener Standard- Mutternschrauber. Zum richtigen Positionieren der Schubstange über einem gewählten Brennstab kann die Schiebebaugruppe außerdem einen Indexer aufweisen, der einen X-Achsentisch und einen Y-Achsentisch aufweist, die mit Bezug auf eine Grundplatte verschiebbar sind. Der Indexer kann außerdem X- und Y- Positioniermechanismen aufweisen, die durch eine manuell drehbare Gewindespindel gebildet sind, die in eine Bohrung jedes Tisches so eingreift, daß die Tische nach Spindelmutterart zur genauen Positionierung der Schubstange beweglich sind. Das System nach der Erfindung kann außerdem einen Aufzug zum Anheben und Absenken eines Brennelements in eine zweckmäßige Arbeitsposition aufweisen. Dieser Aufzug weist vorzugsweise einen Schlitten mit einem daran drehbar montierten Korb zur Aufnahme und Halterung eines Brennelements sowie einen Umkehrmechanismus zum wahlweisen Umdrehen des Korb s auf, um einen leichten Zugang zum Kopfstück und Fußstück des Brennelements zu ermöglichen und damit deren Abnehmen zu erleichtern. Um zu verhindern, daß ausgeschobene Stäbe vollständig aus dem unteren Ende des Brennelements hindurchgleiten und auf den Boden des Beckens für verbrauchten Brennstoff fallen, weist das System außerdem einen Stabfänger in Form eines Gitters mit einer Mehrzahl von stabaufnehmenden Zellen auf, die jeweils Federklammern zum reibschlüssigen Ergreifen eines darin aufgenommenen Brennstabs enthalten.
• Zum kompakten Anordnen der ausgestoßenen Brennstäbe weist das System außerdem einen Übergangskasten auf, der die Stäbe trichterartig zu einer kompakten Anordnung zusammenfaßt. Der Übergangskasten weist vorzugsweise ein Einlaßende mit einer Mehrzahl von Stabführungsrohren, die mit den Zellen des den Stabfänger bildenden Gitters ausrichtbar sind, und ein Auslaßende auf, wo die Stabführungsrohre in einer engeren Anordnung zusammengefaßt sind. Die zusammengefaßten Enden können gepreßt sein, um sie in noch engerer Anlage miteinander bringen zu können. Zusätzlich können Führungsdrähte entlang der unteren Enden der Führungsrohre angeschweißt sein, um die Brennstäbe, die durch den Übergangskasten hindurchpassieren, in einer möglichst dicht gepackten Anordnung zu führen. Der Übergangskasten kann entweder einen Brennstab oder eine Mehrzahl solcher Brennstäbe gleichzeitig kompaktieren.
• Das untere Ende des Übergangskastens kann durch eine abnehmbare Ausrichteplatte gebildet sein, die mit der verjüngten Form des Übergangskastens zusammenwirkt, um die ausgeschobenen Stäbe zu einer dichtgepackten Anordnung zu kompaktieren. Diese Platte weist vorzugsweise eine Vielzahl von in dichter Anordnung gebildeten Aussparungen zur Aufnahme der verjüngten unteren Enden der ausgeschobenen Brennstäbe auf, wie sie durch die Führungsrohre des Übergangskastens geführt werden.
• Die Ausrichteplatte ist fluchtend über dem oberen offenen Ende eines Speicherkastens positioniert. Bei einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Ausrichteplatte vom unteren Ende des Übergangskastens abgenommen und in das offene obere Ende des Speicherkastens abgesenkt werden. Das Gewicht der Stäbe läßt diese zusammen mit der Ausrichteplatte abwärts gleiten, bis diese Platte am unteren Ende des Speicherkastens ankommt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform können elastische Rollen verwendet werden, um die am Umfang befindlichen Brennstäbe zu ergreifen und nach unten in den Speicherkasten zu drücken. Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind der Speicherkasten und der Übergangskasten auf einem vertikal beweglichen Ausrichterahmen montiert, während die Ausrichteplatte feststehend gehalten wird. Bei Anwendung dieser speziellen Ausführungsform kann das System außerdem mit einer Stabräumbaugruppe versehen sein, die aus einer Mehrzahl von Räumstangen gebildet ist, die zum Ausschieben irgendwelcher Brennstäbe dienen, die klemmen oder auf sonstige Weise im Übergangskasten stecken bleiben. Das Brennstabausschubsystem nach der Erfindung ist in der Lage, Brennstäbe aus einem Brennelement in sicherer und zuverlässigerer Weise als herkömmliche Ausziehwerkzeugsysteme auszuschieben und zu kompaktieren, da die Brennstäbe auf Druck beansprucht und nicht Zugkräften ausgesetzt werden, und da außerdem die Brennstäbe nicht an irgendeiner Stelle während der Tätigkeit des Systems angehoben, sondern kontinuierlich abwärts zum Boden des Beckens für verbrauchten Brennstoff hin geführt werden. Höchst wichtig ist, daß das System diese Brennstäbe mit größerer Geschwindigkeit als bekannte Systeme aus schiebt und kompaktiert und dadurch die Strahlenbelastung des Personals minimiert, sowie mittels eines mechanischen Systems betreibbar ist, das einfacher und zuverlässiger als herkömmliche Systeme ist.
Kurzbeschreibung der verschiedenen Figuren
• Ein detaillierteres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung beispielsweise angegebener und in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen zu studierender bevorzugter Ausführungsformen, wobei darstellt:
• Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Gesamtsystems einer Ausführungsform der Erfindung,
• Fig. 2A eine Frontansicht der Schiebebaugruppe des Systems,
• Fig. 2B eine vergrößerte Ansicht der staberfassenden Spitze der Schubstange der in Fig. 2A gezeigten Schiebebaugruppe,
• Fig. 2C eine Draufsicht des zum Positionieren der Schubstange über einem gewählten Brennstab in einem Brennelement dienenden Indexers,
• Fig. 3A eine perspektivische Teilansicht eines Brennelements, dessen Kopfstück und Fußstück abgenommen worden sind, wobei dargestellt ist, wie die Schubstange einen gewählten Brennstab aus dem Brennelement in das Stabfanggitter des Systems ausschiebt,
• Fig. 3B eine vergrößerte Draufsicht der gerundeten Ecke eines Stabfanggitters, wobei die Federklammern dargestellt sind, die in den einzelnen Stabrückhaltezellen des Gitters vorhanden sind,
• Fig. 4A eine Seitenansicht des Übergangskastens des Systems, die zeigt, wie die darin enthaltenen Führungsrohre die vom Stabfanggitter aufgenommenen Brennstäbe in die Ausrichteplatte des Systems führt,
• Fig. 4B eine obere Draufsicht des in Fig. 4A dargestellten Übergangskastens,
• Fig. 4C eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 4 dargestellten linken oberen Eckbereichs des Übergangskastens, wobei die oberen Enden der Führungsrohre des Kastens (ohne Brennstäbe) gezeigt sind,
• Fig. 4D eine Untersicht des Übergangskastens längs der Linie 4D-4D in Fig. 4A (ohne die Brennstäbe dargestellt),
• Fig. 4E eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 4D dargestellten linken oberen Ecke des Übergangskastens (ebenfalls ohne Brennstäbe dargestellt),
• Fig. 5A eine perspektivische Ansicht der Ausrichteplatte des Systems,
• Fig. 5B einen Längsschnitt der Ausrichteplatte nach Fig. 5 längs der Linie 5B-5B,
• Fig. 6A eine Frontansicht des Brennelementpositionierers des Systems, wobei gezeigt ist, wie die Körbe des Positionierers ein Brennelement über dem Stabfanggitter und dem Übergangskasten des Systems halten,
• Fig. 6B eine Seitenansicht des Brennelementspositionierers, des Stabfanggitters, des Übergangskastens und der Schiebebaugruppe des Systems,
• Fig. 6C das Laden der in den Übergangskasten eingebrachten Brennstäbe in einen Brennstabspeicherkasten gemäß einem Verfahren nach der Erfindung, wobei die abnehmbare Ausrichteplatte des Übergangskastens in einen Speicherkasten abgesenkt und zur Bildung des Bodens des Speicherkastens verwendet wird, und
• die Fig. 7A und 7B die Art und Weise, wie diese Brennstäbe gemäß einem zweiten bevorzugten Verfahren nach der Erfindung in einen Speicherkasten geladen werden können, wobei die Ausrichteplatte vom Übergangskasten gelöst und feststehend gehalten wird, während sowohl der Übergangskasten als auch der Speicherkasten gleichzeitig mittels eines Ausrichterahmens angehoben werden.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Allgemeine Beschreibung von Aufbau, Zweck und Verfahren nach der Erfindung
• Fig. 1 zeigt die Hauptkomponenten des Brennstabausschiebe- und Kompaktierungssystems 1 nach der bevorzugten Ausführungsform, wie es im Behälterladebereich eines Beckens 2 für verbrauchten Brennstoff in einer Kernkraftanlage installiert wäre. Dieses System 1 weist grundsätzlich eine Stabschiebebaugruppe 3 zum Ausschieben der Brennstäbe aus einem Brennelement, einen Brennelementpositionierer 12 zum vertikalen Positionieren eines Brennelements in einer zweckmäßigen Arbeitsposition mit Bezug auf die Stabschiebebaugruppe 3, ein Stabfanggitter 21 zum Auffangen der aus dem Brennelement ausgeschobenen Brennstäbe, und einen Übergangskasten 23 zum trichterartigen Einführen der Brennstäbe in einer kompaktierten Konfiguration in einen Speicherkasten 31 auf.
• Die Stabschiebebaugruppe 3 besteht aus einer Schubstange 5 (die einfach, doppelt oder mehrfach sein kann), einem motorisierten Antriebsmechanismus 7 zum wahlweisen Ausfahren oder Zurückziehen der Schubstange 5, und einem Indexer 8, der einen beweglichen X-Achsentisch 9, einen beweglichen Y- Achsentisch 10 und eine feststehende Grundplatte 11 umfaßt, um das stabergreifende Ende der Schubstange 5 über einen ausgewählten Brennstab in einem Brennelement zu plazieren.
• Der Brennelementpositionierer 12 weist einen Aufzug 13 mit einem vertikal beweglichen Schlitten auf, der wiederum zwei rechteckige Körbe 17a und 17b aufweist, die mittels einer Welle drehbar mit dem Schlitten 17 verbunden sind. Das rechteckige Innere jedes der Körbe 17a und 17b ist so bemessen, daß ein Brennelement mit minimalem Spiel aufgenommen werden kann. Der Brennelementpositionierer 12 weist außerdem einen Korbumdrehmechanismus 19 auf, der eine Getriebekette mit einer Schnecke aufweist, die mit einer (nicht dargestellten) Antriebsstange zum Drehen der drehbaren Welle verbunden ist, welche die Körbe 17a und 17b mit dem Schlitten 15 verbindet. Der Korbumdrehmechanismus 19 macht es möglich, die darin enthaltenen Brennelemente wahlweise umzudrehen. Wie nachstehend noch mehr im einzelnen beschrieben wird, erleichtert die Möglichkeit des Umdrehens der Brennelemente das Abnehmen der an beiden Enden der Brennelemente angeordneten Kopf- und Fußstücke wesentlich, um die dazwischen befindlichen Brennstäbe zugänglich zu machen.
• Das Stabfanggitter 21 ist lösbar mit dem unteren Ende eines oder beider Körbe 17a und 17b des Brennelementspositionierers 12 verbindbar, nachdem die Kopf- und Fußstücke von dem darin enthaltenen Brennelement abgenommen worden sind. Der Zweck des Stabfanggitters 21 ist die Ausübung einer Widerstandskraft auf diese Stäbe, wenn sie aus dem betreffenden Brennelement abwärts zum Boden des Beckens 2 für verbrauchten Brennstoff hin ausgeschoben werden, so daß sie nicht auf den harten Betonboden des Beckens 2 fallen und beschädigt werden. Zu diesem Zweck weist das Stabfanggitter eine Anordnung von stabaufnehmenden Zellen auf, in welchen jeweils eine oder mehrere Federklammern zum reibschlüssen Ergreifen eines Brennstabs bei dessen Schieben durch die Zelle hindurch enthalten.
• Der Übergangskasten 23 des Systems 1 weist ein Einlaßende 25 zur Aufnahme der aus den Brennelementen und durch das Stabfanggitter 21 ausgeschobenen Brennstäbe sowie ein Auslaßende 27 auf, das vorzugsweise von einer abnehmbaren Ausrichteplatte 29 zum trichterartigen Führen dieser Stäbe in einen Speicherkasten 31 in einer kompakten verdichteten Anordnung abgedeckt ist. Wie nachstehend mehr im einzelnen beschrieben ist, erreicht der Übergangskasten 23 seinen Zweck mittels einer konvergierenden Anordnung von Führungsrohren, deren obere offene Enden mit den Zellen des Stabfanggitters 21 fluchten.
• Um das Positionieren des Übergangskastens 23 während des Brennstabausschiebevorgangs zu erleichtern, weist das System 1 weiter einen Rahmen 32 mit oberen und unteren parallelen Schienen auf. Die unteren Schienen halten den Übergangskasten 23 während der Tätigkeit der Schiebebaugruppe 3 unter einem der Körbe 17a, 17b, und die oberen Schienen tragen den Kasten 23 über dem Speicherkasten 31, nachdem sämtliche Brennstäbe vollständig aus dem jeweiligen Brennelement ausgeschoben worden sind. Schließlich weist das System 1 eine Arbeitsplattform 33 zur Aufnahme eines Systembedieners auf. Die Plattform 33 hat vorzugsweise eine oder mehrere Handläufe 34, um zu verhindern, daß Arbeiter zufällig in das Becken 2 für verbrauchten Brennstoff fallen, sowie einen Laufkran 35 zum Positionieren des Brennelementpositionierers 12, des Kastens 23, des Speicherkastens 31 und des Rahmens 32 im Becken 2 während deren anfänglicher Installation.
• Der grundsätzliche Zweck des Systems 1 ist das Herausnehmen und Verdichten der verbrauchten Brennstäbe aus einem Brennelement 36 mittels eines Schiebevorgangs anstatt eines Zugvorgangs. Solche Brennelemente 36 weisen grundsätzlich ein Traggerüst auf, das ein Kopfstück 39 aufweist, das mittels einer Anordnung von Führungsrohren 43 mit einem Fußstück 41 verbunden ist. Mit gleichmäßigen Abständen entlang der Längsachsen der Führungsrohre 43 ist eine Mehrzahl von Gittern 45 angeordnet. Jedes Gitter 45 besteht wiederum aus einer Vielzahl von ineinandergreifenden rechteckigen Metallblechteilen, die in einem "Eierkisten"-Muster eine Gitteranordnung von brennstabaufnehmenden quadratischen Zellen bilden. Diese brennstabaufnehmenden Zellen dienen zum Abstützen und gleichförmigen Abstandhaltern der Brennstäbe 47 des Brennelements 36, die zwischen Kopfstück 39 und Fußstück 41 angeordnet sind.
• Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden die Kopfstücke 39 von zwei Brennelementen 36 abgenommen. Diese Brennelemente 36 werden dann vom Boden des Beckens 2 angehoben und in die Körbe 17a, 17b des Brennelementpositionierers 12 eingesetzt. Über den oberen Enden der Körbe 17a, 17b werden (in den Fig. 6A und 6B gezeigte) obere Deckel lösbar befestigt, und beide Körbe werden mittels des Korbumdrehmechanismus 19 um 180º gedreht. Die (in den Fig. 6A und 6B gezeigten) unteren Deckel werden dann entfernt, so daß der Systembediener Zugang zu den Fußstücken 41 jedes der Brennelemente 36 erlangt. Der Systembediener nimmt dann das Fußstück 41 von jedem Brennelement 35 mittels eines Schlüssels mit langem Griff ab. Sodann bringt er ein Stabfanggitter 21 lösbar über dem unteren Ende jedes Korbs 17a, 17b des Brennelements 36 an und bringt das Brennelement 36 durch Drehen der Körbe 17a, 17b über den Korbumdrehmechanismus 19 um 180º wieder in eine aufrechte Position. Als nächstes werden die oberen Deckel der Körbe 17a, 17b aufgeklappt, um Zugang zu den Brennstäben 47 jedes Brennelements 36 zu erhalten. Der Übergangskasten 23 wird dann in einer Position direkt unter dem Stabfanggitter 21 eines der Körbe 17a, 17b plaziert, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
• Nunmehr beginnt der Systembediener 1, die verbrauchten Brennstäbe 47 aus dem Brennelement 36 auszuschieben. Dies erfolgt dadurch, daß das distale Ende der Schubstange 5 über einem ausgewählten Brennstab plaziert wird, indem die Handgriffe am X-Achsentisch 9 und am Y-Achsentisch 10 des Indexers 8 gedreht werden. Nachdem die Schubstange 5 über einem gewählten Brennstab 47 plaziert worden ist, wird der Antriebsmechanismus 7 betätigt, um die Schubstange 5 abwärts auszufahren, wodurch der Brennstab 47 aus sämtlichen brennstabaufnehmenden Gitterzellen ausgeschoben wird, die ihn innerhalb des Brennelements 36 umschließen. Dabei gleitet der Brennstab durch das Stabfanggitter 21 und in ein offenes Ende eines Führungsrohrs, das sich im Einlaßende 25 des Übergangskastens 23 befindet, wo er schließlich abwärts zu dem verhältnismäßig kleineren Auslaßende 27 geführt wird.
• Das Verfahren wird wiederholt, bis sämtliche Brennstäbe 47 vollständig aus dem Traggerüst des Brennelements 36, das sich im Korb 17a befindet, ausgeschoben sind.
• Bei einem in Fig. 6C gezeigten Verfahren nach der Erfindung wird der Kran 35 dann benutzt, um den Übergangskasten 23 in die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Position anzuheben, wobei das Auslaßende 27 sich über dem oberen Ende eines Speicherkastens 31 befindet. Die Ausrichteplatte 29, welche das untere Ende des Übergangskastens 23 überdeckt hat, wird dann mittels eines Ausrichteplatten-Absenkmechanismus 194 (in Fig. 6C dargestellt) in das offene Ende des Speicherkastens 31 abgesenkt. Der Ausrichteplatten-Absenkmechanismus 194 weist vier orthogonal angeordnete elastische Rollen 208a, 208b und 208c (208d ist nicht dargestellt) auf, um die randständigen Stäbe zu ergreifen und nach unten zu drücken, während die Ausrichteplatte 29 abgesenkt wird, um zu verhindern, daß diese Brennstäbe sich während dieses Ladevorgangs verklemmen. Bei einem anderen Verfahren nach der Erfindung, das in den Fig. 7A und 7B dargestellt ist, dient der Kran 35 zum Anheben des Übergangskastens 23 in den oberen Teil eines Ausrichterahmens 210 über einen Speicherkasten 31. Die Ausrichteplatte 29 wird vom unteren Ende des Übergangskastens 23 abgenommen und an einer Tragsäule 220 befestigt. Der Ausrichterahmen 210 wird vertikal in die in Fig. 7B dargestellte Position angehoben, während die Ausrichteplatte 29 feststehend gehalten wird, um das offene Ende des Speicherkastens über die Brennstäbe 47 zu ziehen. Eine Stabräumbaugruppe 232 mit einer Mehrzahl von Räumstäben 234 kann über dem Übergangskasten 23 vorgesehen sein, um zu verhindern, daß irgendwelche Brennstäbe 47 klemmen oder sonstwie steckenbleiben.
• Bei beiden Verfahren wird die Ausrichteplatte 29 im Speicherkasten 31 belassen, um dessen Bodenplatte zu bilden und dadurch Zeit zu sparen. Während die Brennstäbe 47 aus dem Übergangskasten 23 in den Speicherkasten 31 geladen werden, wird vorzugsweise ein weiterer Übergangskasten (nicht dargestellt) unter dem Korb 17b plaziert, so daß der Systembediener den Ausschiebevorgang bei einem weiteren Brennelement 36 beginnen kann. Bei Beendigung des Verfahrens sind die verbrauchten Brennstäbe 47 beider Brennelemente in einem Speicherkasten 31 in einer kompakten Dreieckmusteranordnung verdichtet, die nur etwa halb so viel Volumen wie die Anordnung der Brennstäbe 47 in einem der Brennelemente 36 in Anspruch nimmt.
Besondere Beschreibung der Systemkomponenten und Verfahrensschritte nach der Erfindung
• Um nun auf die Fig. 2A, 2B und 2C Bezug zu nehmen, die Schiebebaugruppe 3 des Systems 1 weist ein proximales Ende 50, das sich oberhalb des Indexes 8 befindet, und ein distales Ende 52 auf, das sich unterhalb des Indexes 8 befindet. Der vorstehend erwähnte Antriebsmechanismus 7 weist eine Zahnstange 54 auf, die am proximalen Ende 50 der Stange 5 in Längsachsenrichtung angeschweißt oder auf andere Weise damit verbunden ist. Die Zahnstange 54 weist eine Vielzahl von Zähnen 56 mit gleichförmigen Abständen auf. Ein Ritzel 58 mit Zähnen 60, die mit den Zähnen 56 der Zahnstange 54 in Eingriff stehen, ist ebenfalls vorgesehen. Eine Achse 67 verläuft entlang der Drehachse des Ritzels 58. Die Achse 61 ist drehbar zwischen den Schenkeln eines U-förmigen Bügels 62 montiert. Der Bügel 62 ist wiederum mit einem Rohrgehäuse 63 verbunden, welches das proximale Ende der Schubstange 5 beherbergt. Das Rohrgehäuse 63 endigt an seinem oberen Ende in einer Schlaufe 64, die an den Haken eines Krans, beispielsweise des Krans 35, eingehängt werden kann. Das Gehäuse 63 weit außerdem eine obere und eine untere Führungsbuchse 65a, 65b zum Halten des proximalen Endes 50 der Stange 5 in konzentrischer Ausrichtung mit dem Gehäuse 63 auf. Ein umsteuerbarer Motor 66 ist mit dem Ritzel 58 gekuppelt, um die Schubstange 5 auszufahren und zurückzuziehen.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform kann der umsteuerbare Motor 66 einer aus einer Anzahl kommerziell verfügbarer Mutternschrauber sein, der eine Abtriebswelle 68, einen Luftmotor 70, einen Schlauch 72 zum Führen von Druckluft zum Motor 70, und einen Steuergriff 74 aufweist.
• Das distale Ende 52 der Schubstange 5 weist eine Aufnahmespitze 77 zum Erfassen des Endes eines gewählten Brennstabs 47 auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat die Erfassungsspitze 77 eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 79, deren Form komplementär zum konischen Ende 48 eines Brennstabs 47 ist. Das Vorsehen einer solchen komplementären Ausnehmung 79 verhindert, daß die Schubstange während des Schiebevorgangs vom Ende des Brennstabs 47 abgleitet. Außerdem ist der Durchmesser D1 des distalen Endes 52 der Schubstange 5 vorzugsweise kleiner als der Durchmesser D2 des Brennstabs, um zu verhindern, daß die Stange 5 an den Seiten der stabaufnehmenden Zellen der Brennelementgitter 45 scheuert. Schließlich ist die Schubstange 5 vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das wesentlich steifer als das Zirkaloy ist, aus welchem das Hüllrohr der meisten Brennstäbe 47 besteht, beispielsweise aus massivem rostfreiem Stahl Nr. 307. Eine aus einem solchen relativ steifen Material hergestellte Schubstange 5 widersteht einer seitlichen Ausbiegung während des Schiebevorgangs, die verursachen könnte, daß das distale Ende 52 der Schubstange 5 unnötigerweise an den stabaufnehmenden Zellen der Brennelementgitter 45 scheuert.
• Während zahlreiche Konfigurationen der Erfassungsspitze 77 möglich sind, stellt die Verwendung einer komplementären kegelstumpfförmigen Ausnehmung 79 eine Ausführung dar, die in der Lage ist, selbsttätig mit dem konischen Ende eines Brennstabs 47 während des Arbeitshubs des Schiebevorgangs in Eingriff zu kommen, aber sich von dem konischen Ende 48 selbsttätig vollständig abzukoppeln, wenn die Schubstange nach Beendigung des Schiebehubs zurückgezogen wird. Die glatte Spitze 77 hilft außerdem, ein Klemmen oder Scheuern an irgendeiner der stabaufnehmenden Zellen der Brennelementgitter 45 sowohl während des Schiebehubs als auch des Rückholhubs der Schubstange 5 zu verhindern. Die Schiebebaugruppe 3 kann zwei oder mehr Schubstangen 5 aufweisen, um den Stabausschiebevorgang des Brennstoffkompaktierungsverfahrens nach der Erfindung auszuführen. Bei einer solchen alternativen Ausführungsform der Schiebebaugruppe 3 können zwei oder mehr parallel angeordnete Schubstangen 5 mit einem einzigen Antriebsmechanismus 7 verbunden sein. Um die Stangen parallel zu halten, könnte eine (nicht dargestellte) Platte mit zwei oder mehr Führungsbohrungen mittels eines Halters unterhalb des X-Achsentisches 9 des Indexes 8 montiert werden.
• Fig. 2C stellt den Indexer 8 der Schiebebaugruppe 3 dar. Der X-Achsentisch 9 des Indexers 8 weist eine Montagehülse 85 zur Aufnahme des unteren Endes des Rohrgehäuses 63 des Antriebsmechanismus 7 auf. Ein Teleskop-Schiebesitz zwischen dem unteren Ende des Rohrgehäuses 63 und der Montagehülse 85 des Positionierers 8 wird aus zwei Gründen bevorzugt. Erstens hilft eine solche vertikal bewegliche Verbindung zwischen dem Antriebsmechanismus 7 und dem Indexer 8 zu verhindern, daß der umsteuerbare Motor 66 einen Brennstab 47 im Fall einer Fehlfluchtung zwischen der Stange 5 und dem Brennstab 47 unbeabsichtigt biegt und bricht. Normalerweise dient die Schwerkraft zur Sicherung des Antriebsmechanismus 7 in der Hülse 85 des Indexers 8. Falls aber die Stange 5 zu klemmen beginnt oder sonstwie einen übermäßigen Widerstand während des Schiebevorgangs entwickeln sollte, gleitet das untere Ende des Gehäuses 63 innerhalb der Hülse 85 aufwärts und zeigt den Systembediener eine Funktionsstörung an. Zweitens fördert und erleichtert die Verwendung einer solchen einfachen Teleskopverbindung zwischen diesen beiden Bauteilen des Systems 1 den anfänglichen Aufbau der Schiebebaugruppe 3 innerhalb des Beckens 2 für verbrauchten Brennstoff.
• Der X-Achsentisch 9 des Indexers 8 weist einen X-Achsenpositioniermechanismus 88 auf, der aus einer Gewindespindel 90 besteht, die in eine Gewindebohrung 92 in dem Tisch 9 eingreift. Diese Gewindespindel 90 ist mittels zweier Montagekörper 94a und 94b drehbar entlang der Längsachse des X- Achsentisches 9 montiert. An einem Ende der Gewindespindel 90 ist ein Griff 96 mit einem Schaft 98 angeordnet. Wenn der Systembediener den Schaft 98 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn dreht, wird der X-Achsentisch 9 über dem Y-Achsentisch 10 entweder zu dem Griff 96 oder von diesem weg verschoben. Um dem Systembediener das Verschieben des X- Achsentisches 9 von einer Gitterzelle zu einer anderen zu erleichtern, ist eine Skala mit Indexlinien entsprechend der Gitterzellenpositionen längs der unteren rechten Seite des Tisches 9 vorgesehen, wie dargestellt. Zum Sicherstellen einer weichen Schiebebewegung entlang der Längsachse des Y- Achsentisches 10 weist der X-Achsenpositioniermechanismus 88 außerdem eine Führungsstange 100 auf, die durch eine glatte Bohrung 102 im X-Achsentisch 9 verläuft, die parallel zur Gewindebohrung 92 verläuft. Die Führungsstange 100 ist über dem Y-Achsentisch 10 mittels Montagekörpern 104a, 104b montiert. Schließlich weist der X-Achsentisch 9 einen Führungsschlitz 106 auf, der direkt unter der Montagehülse 95 gelegen ist, um einen freien Durchgang der Schubstange 5 zu ermöglichen.
• Der Y-Achsentisch 10 weist in gleicher Weise einen Y-Achsenpositioniermechanismus auf, der in seinem Aufbau dem eben beschriebenen X-Achsenpositioniermechanismus 88 entspricht.
• Grundsätzlich besteht der Mechanismus 108 aus einer Gewindespindel 110, die in eine Gewindebohrung 112 eingreift, die orthogonal mit Bezug auf die Gewindespindel 90 des X-Achsenpositioniermechanismus 88 angeordnet ist. Diese Gewindespindel 110 ist in Montagekörpern 114a und 114b wie dargestellt, drehbar montiert und weist einen Griff 116 mit einem Schaft 118 auf. Der Systembediener kann den Y-Achsentisch 10 zum Griff 116 oder von diesem weg verschieben, in dem er den Schaft 118 im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn dreht. Um eine klemmfreie Schiebebewegung zwischen dem Y-Achsentisch 10 und der Grundplatte 11 sicherzustellen, sind zwei Führungsstangen 120 und 121 parallel zur Gewindespindel 110 vorgesehen. Diese Führungsstangen 120 und 121 verlaufen durch Bohrungen 122 und 123 hindurch, die an den im Y-Achsentisch 10 dargestellten Positionen angeordnet sind, und die Führungsstangen sind an der Grundplatte 11 mittels Haltern 124a, 124b bzw. 125a, 125b befestigt.
• Die Fig. 1, 6A und 6B zeigen den Brennelementpositionierer 12 des Systems 1. Wie oben erwähnt, weist der Brennelementpositionierer 12 einen Aufzug 13 zum vertikalen Bewegen eines Schlittens 15 auf, mit welchem zwei Körbe 17a, 17b verbunden sind. Der Aufzug 13 weist zwei parallele Führungsschienen 126a, 126b auf, die vertikal entlang einer der Wände der Behälterladevorrichtung montiert sind. Eine Motor- und Getriebeeinheit 127 ist am oberen Ende der parallelen Führungsschienen 126a, 126b gerade unterhalb der Arbeitsplattform 33 montiert. Die Abtriebswelle der Motor- und Getriebeeinheit 127 ist wiederum mechanisch mit einer Trommel 128 verbunden, die zum Auslassen oder Einholen zweier paralleler Seile 129a, 129b dient. Die Enden dieser beiden Seile 129a, 129b sind mit dem oberen Ende eines kastenartigen Rahmens 132 des Schlittens 15 verbunden. Der Schlittenrahmen 132 weist je ein Paar obere Rollen und untere Rollen 134a, 134b und 136a, 136b auf, die in den inneren Flanschen der parallelen Führungsschienen 126a, 126b des Aufzugs 13 geführt sind. Nahe dem unteren Ende des Schlittens 15 ist der oben erwähnte Korbumdrehmechanismus 19 montiert, von dem nur die drehbare Welle 142 gezeigt ist. Eine vollständige Beschreibung des Umdrehmechanismus 19 sowie zahlreicher weiterer Einzelheiten bezüglich des Aufzugs 13, des Schlittens 15 und der Körbe 17a, 17b finden sich in der EP-Patentanmeldung 87 113 619.8 vom 17. September 1987 mit der Bezeichnung "Improved Reconstitution and Repair System for Nuclear Fuel Rod - Assemblies", das auf Westinghouse Electric Corporation übertragen ist und auf dessen gesamte Beschreibung hiermit Bezug genommen wird. Die drehbare Welle 142 ist mittels einer Montageplatte 144 am hinteren Korb 17b montiert. Des weiteren weist jeder der Körbe 17a, 17b einen oberen Deckel 146 und einen unteren Deckel 148 (nur beim Korb 17b dargestellt) auf.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die oberen und unteren Deckel 146, 148 abnehmbar mit den Körben 17a, 17b verbunden. Zusätzlich weist der obere Deckel 146 eine axiale Klammer 150 zum vorteilhaften Beseitigen irgendwelchen Spiels auf, das an den oberen Enden der Körbe 17a, 17b auftreten kann, nachdem ein Brennelement 36 eingesetzt worden ist. Die Beseitigung solchen Spiels verhindert, daß das Brennelement innerhalb der Körbe 17a, 17b rutscht, wenn die Körbe umgedreht werden, um Zugang zu den Kopf- oder Fußstücken 39, 41 der Brennelemente 36 zu erhalten.
• Die Fig. 3A und 3B stellen beide den Aufbau und die Wirkungsweise des Stabfanggitters 21 des Systems 1 dar. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Stabfanggitter 21 im Aufbau sehr ähnlich den in den Brennelementen 36 verwendeten Gittern 45. In ihrem Inneren weisen diese Gitter eine Vielzahl von quadratischen stabaufnehmenden Zellen 153 auf. Jede der vier Wände der Zellen 153 enthält außerdem eine Federklammer 155a bis 155d zur Ausübung einer Zentrierkraft auf irgendeinen in eine Zelle 153 eingeführten Brennstab 47. Jedoch reichen die Federklammern 155a bis 155d des Stabfanggitters 21, anders als bei den Gittern 45, nahe genug zur Mitte der betreffenden Zelle, daß eine positive Widerstandskraft auf irgendeinen in einer der Zellen 153 befindlichen Brennstab 47 ausgeübt wird. Wenn also ein Brennstab 37 durch ein Brennelement 36 durchgeschoben wird, wie in Fig. 3A dargestellt ist, übt das Stabfanggitter 21 eine positive Rückhaltekraft auf den Stab 47 aus und stellt so sicher, daß dieser nicht herunterfällt und mit dem harten Betonboden des Beckens 2 für verbrauchten Brennstoff kollidiert. An der Außenseite weist das Stabfanggitter 21 zwei parallele Platten 156a, 156b zum lösbaren Montieren am unteren Ende der Körbe 17a, 17b auf.
• Die Fig. 4A, 4B, 4C, 4D und 4E zeigen den Übergangskasten 23 des Systems 1. Grundsätzlich besteht der Übergangskasten 23 aus einem Gehäuse 159, das einen quadratischen Querschnitt hat, der aber von seinem oberen Ende zu seinem unteren Ende schwach konisch zuläuft, so daß er eine sehr schwach konische Pyramidenform bildet. Zwei, einander gegenüberliegende Montageösen 161a und 161b sind vorzugsweise am oberen Ende des Gehäuses 159 in der dargestellten Position angebracht. Diese Montageösen 161a, 161b ermöglichen das Aufhängen des Kastens 23 zwischen parallelen Schienen des Rahmens 32 in der in Fig. 1 dargestellten Position. Gewünschtenfalls können kleine Rollen (nicht dargestellt),an den unteren Enden der Montageösen 161 angeordnet sein, um den Kasten 23 leicht entlang den Schienen des Rahmens 32 rollen zu können. Das untere Ende des Gehäuses 159 weist eine untere Öse 163 auf, die an den Haken des Krans 35 einhängbar ist. Wie in den Fig. 4A, 4B und 4C gezeigt ist, weist der Übergangskasten 23 eine Vielzahl von Stabführungsrohren 165 zum trichterartigen Zusammenführen der Brennstäbe 47, die vom Stabfanggitter 21 her kommen, zu einer kompakteren Anordnung auf. Am Einlaßende 25 des Kastens 23 sind diese Führungsrohre 165 in exakt der gleichen Konfiguration wie die Zellen 153 des Stabfanggitters 21 angeordnet. Um die oberen Enden der Führungsrohre 165 mit diesen Zellen 153 fluchtend zu halten, ist eine Gitterplatte 167 am oberen Einlaßende 25 des Kastens 23 vorgesehen. Diese Gitterplatte 167 weist eine Vielzahl von Bohrungen 168 zum Führen und Abstandhalten der oberen Enden der Führungsrohre 165 in der gewünschten Anordnung auf. Im Gegensatz dazu sind die unteren Enden der Führungsrohre 165 am Auslaßende 27 des Kastens 23 in der kompaktesten möglichen Anordnung zusammengefaßt, wie in den Fig. 4D und 4E dargestellt ist. Eine solche Anordnung ist durch das Merkmal gekennzeichnet, daß die Mittellinien von drei beliebigen benachbarten Rohrenden ein gleichzeitiges Dreieck T bilden, wie dargestellt. Um den Abstand zwischen den unteren Enden der Führungsrohre 165 minimal zu halten, können die unteren Enden jeweils in hexagonalem Muster abgeschrägt sein. Kurze längsverlaufende Führungsdrahtabschnitte 168 können an den unteren Enden dieser Führungsrohre 165 angeschweißt sein, um eine zusätzliche Führung für die Brennstäbe 47 herzustellen, die während des abschließenden Ladevorgangs durch die Rohre 165 gleiten.
• Die Fig. 5A und 5B zeigen die Ausrichteplatte 29 des Systems 1. Wie im Zusammenhang mit dem Verfahren nach der Erfindung noch im einzelnen beschrieben wird, bildet die Ausrichteplatte 29 zunächst den Boden des Übergangskastens 23, schließlich aber den Boden des Speicherkastens 31. In beiden Fällen ist die Hauptfunktion der Ausrichteplatte 29 die Anordnung und das Halten der verbrauchten Brennstäbe 47 in der dichtestmöglichen Konfiguration. Zu diesem Zweck weist die Ausrichteplatte 29 eine Vielzahl von kegelstumpfförmigen Ausnehmungen 170 auf, deren Form komplementär zu den konischen Enden 48 der Brennstäbe 47 ist. Diese Ausnehmungen 170 sind mit einer dreieckigen Teilung angeordnet, um sie mit den unteren Enden der Führungsrohre 165 ausrichtbar zu machen. Um die Zirkulation von Kühlwasser durch den Speicherkasten 31 zu ermöglichen, dessen Boden die Ausrichteplatte 29 gegebenenfalls bildet, ist eine Vielzahl von Kühlbohrungen 172 in der angedeuteten Weise vorgesehen. Zusätzlich ist die Platte 29 von einem Führungsflansch 174 umschrieben, um das Ausgerichtetbleiben der Platte 29 beim Einführen entweder in das untere Ende des Übergangskastens 29 oder durch das obere offene Ende des Speicherkastens 31 zu fördern. Der untere Rand der Platte 29 ist von einer Abschrägung 175 umgeben, um das Einführen der Platte 29 durch das offene Ende des Speicherkastens zu erleichtern.
• Die Fig. 1 und 6C zeigen den Speicherkasten 31, den Rahmen 32 und den Führungsplatten-Absenkmechanismus 194 des Systems 1.
• Der Speicherkasten 31 besteht im wesentlichen aus einem rechteckigen Gehäuse 176 mit quadratischem Querschnitt, dessen Innendurchmesser annähernd gleiche Größe hat wie das Auslaßende 27 des Übergangskastens 23. Um das obere Ende des rechteckigen Gehäuses herum verläuft ein Führungsflansch 178. Der Führungsflansch 178 wirkt mit dem oben erwähnten abgeschrägten Teil 175 der Ausrichteplatte 29 zusammen, um das Einführen der Platte 29 in das obere Ende des Kastens 31 zu erleichtern.
• Der Rahmen 32 des Systems 1 weist drei Gruppen von Ausrichtefüßen 82a, 82b, 83a, 83b und 84a, 84b auf. Jeder dieser Ausrichtefüße kann mit Bezug auf den übrigen Rahmen 32 angehoben oder abgesenkt werden, indem der Fuß im Uhrzeiger oder Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Der Rahmen 32 weist außerdem zwei untere Tragschienen 187a, 187b zum Unterstützen des Übergangskastens 23 in den in den Fig. 6A und 6B dargestellten Positionen auf. Der Abstand zwischen den parallelen Tragschienen 187a, 187b ist so gewählt, daß die oben beschriebenen oberen Montageösen 161 in der dargestellten Weise über diese Schienen überstehen. Der Rahmen 32 weist weiter zwei parallele obere Tragschienen 189a, 189b auf. Diese Schienen 189a, 189b sind in gleicher Weise wie die oben beschriebenen unteren Tragschienen 187a, 187b beabstandet, damit der Übergangskasten 23 überstehen kann, wie in Fig. 6C dargestellt. Die oberen Tragschienen 189a, 189b weisen außerdem zwei Ösenschlitze 191a, 191b zum Befestigen des Übergangskastens 23 an einer bestimmten Stelle mit Bezug auf den Führungsplatten-Absenkmechanismus 194 auf.
• Der Führungsplatten-Absenkmechanismus 194 besteht aus einer Doppelseilwinde 196 mit einer Achse und zwei Seiltrommeln 199a, 199b an deren beiden Enden. Die Achse 198 ist zwischen zwei L-förmigen Winkeln 200a, 200b drehbar montiert. Der Handgriff ist an einem Ende der drehbaren Achse 198 befestigt, wie dargestellt. Die Seiltrommeln 199a, 199b weisen jeweils ein darauf aufgewickeltes Seil 204a, 204b auf. Jedes dieser Seile 204a, 204b ist wiederum lösbar mit Seilscheibenanordnungen 206a, 206b verbunden, die mit gegenüberliegenden Stellen des Führungsflansches 174 der Ausrichteplatte 29 verbunden sind. Im Betrieb dreht der Systembediener die Handkurbel 202 des Führungsplattenabsenkmechanismus 194, nachdem das Auslaßende 27 des Übergangskastens 23 über dem oberen offenen Ende des Speicherkastens 31 plaziert ist. Dies wiederum bewirkt, daß sowohl die Ausrichteplatte 29 als auch die im Übergangskasten befindlichen Brennstäbe 47 in einer Konfiguration maximaler Dichte in den Speicherkasten 31 absinken. Die Abwärtsbewegung der Ausrichteplatte 29 wird beendet, wenn diese Platte 29 an den Plattenanschlägen 180a, 180b anstößt, wonach die Platte 29 zum Boden des Speicherkastens 31 wird. Um sicherzustellen, daß sämtliche außenständigen Brennstäbe 47 im Speicherkasten 31 glatt an Ort und Stelle gleiten, können vier Rollenanordnungen 208a bis 208d (von denen nur 208a, 208b und 208c gezeigt sind) um das Auslaßende 27 des Übergangskastens 23 herum an den dargestellten Positionen plaziert werden. Jede dieser Rollenanordnungen 208 weist eine federnde Rolle auf, die sich jeweils an eine der äußeren Reihen der Brennstäbe 47 anlegen können. Da die äußeren Reihen der Stäbe 47 am stärksten mit Bezug zur Normalen geneigt sind, klemmen diese am ehesten, und die federnde Rolle jeder der Rollenanordnungen 208a bis 208d verhindert ein solches Klemmen durch Anlage und Mitteilung einer Abwärtskraft an jeder äußeren Reihe der Stäbe 47 während des Ladevorgangs.
• Bezugnehmend auf die Fig. 7A und 7B kann das System 1 nach der Erfindung des weiteren einen Ausrichterahmen 210 aufweisen, der aus einer Mehrzahl von vertikalen Rahmenteil 212a, 212b gebildet ist, die von horizontalen Rahmenteilen 214a, 214b, 214c und 214d an Ort und Stelle gehalten werden. Dieser Ausrichterahmen 210 ist vertikal mit Bezug auf die Grundplatte 216 beweglich und kann auf der Grundplatte 226 stehen, wie in Fig. 7A dargestellt ist. An ihrer Unterseite weist die Grundplatte 216 Ausrichtefüße 218a, 218b (sowie zwei nicht dargestellte weitere) an jeder ihrer Ecken auf, um die Position der Grundplatte 216 mit Bezug auf die Horizontale einzustellen. An ihrer Oberseite weist die Grundplatte 216 in ihrer geometrischen Mitte eine Ausrichteplatten-Tragsäule 220 auf. Diese Säule 220 steht zwischen den vertikalen Rahmenteilen 212a, 212b des Ausrichterahmens 210, wie dargestellt. In den horizontalen Rahmenteilen 214a, 214b, 214c und 214d sind Öffnungen 221, 222, 223 und 224 vorgesehen, so daß die Säule 220 nicht mit irgendeinem Teil des Ausrichterahmens 210 kollidiert, wenn der Rahmen 210 vertikal mit Bezug auf die Grundplatte 216 bewegt wird. Im einzelnen sind die Öffnungen 221 und 222 so bemessen, daß sie das Einlaßende 25 und das Auslaßende 27 des Übergangskastens 23 aufnehmen können, während die Öffnungen 223 und 224 so bemessen sind, daß sie das obere Ende und das untere Ende eines Speicherkastens 31 aufnehmen können. In dieser letzteren Hinsicht ist anzumerken, daß die Öffnung 224 einen versetzten Teil 225 zum Abstützen der Unterkante des Speicherkastens 31 aufweist.
• Das System 1 kann des weiteren eine gesonderte Windenbaugruppe 227 mit zwei Seilrollen 229a, 229b zum Ausfahren und Zurückziehen zweier Seile 230a, 230b aufweisen, die mit den vertikalen Rahmenteilen 212a, 212b des Ausrichterahmens 210 verbunden sind. Bei einem der Verfahren nach der Erfindung dient diese Windenbaugruppe 227 zum vertikalen Anheben des Ausrichterahmens 210 in die in Fig. 7 dargestellte Position, wodurch das obere offene Ende des Speicherkastens 31 über die unteren Enden der Brennstäbe 47 gezogen wird, die durch den Übergangskasten 23 gleiten. Um sicherzustellen, daß keine Brennstäbe 47 klemmen oder sonst in dem betreffenden Führungsrohr in dem Übergangskasten 23 blockieren, kann das System 1 außerdem eine Stabräumbaugruppe 232 aufweisen, die an einer oberen Tragplatte 232 gebildet ist und eine Mehrzahl von unter dieser Platte hängende Räumstäbe 234 aufweist. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die Stabräumbaugruppe 232 einen Räumstab auf, der in jedes der Führungsrohre 165 des Übergangskastens 23 einführbar ist. Die gesamte Stabräumbaugruppe 232 ist in der Mitte der Windenbaugruppe 227 mittels einer Verbindungsstange 236 aufgehängt.
• Nunmehr wird wieder auf die Fig. 1, 6A und 6B Bezug genommen, wonach der erste Schritt des Verfahrens nach der Erfindung das Abnehmen des Kopfstücks 39 bei zwei auf dem Boden des Beckens 2 stehenden Brennelementen 36 umfaßt. Nachdem dies bewerkstelligt worden ist, wird der Schlitten 15 mittels des Aufzugs 13 in seine unterste Position abgesenkt. Die oberen Deckel 146 der Körbe 17a, 17b werden dann abgenommen. Sodann wird der Kran 35 eingesetzt, um ein kopfstückfreies Brennelement 36 anzuheben und in jeden der Körbe 17a, 17b abzulassen. Die oberen Deckel 146 werden wieder auf den betreffenden Körben 17a, 17b aufgesetzt, und der Aufzug 13 wird zum Anheben der Körbe 17a, 17b benutzt, so daß die oberen Enden sich nur etwa 5 Fuß unterhalb des Wasserspiegels im Becken 2 befinden. Die axiale Klammer 150 an jedem Deckel 146 wird so gedreht, daß sämtliches axiales Spiel in den Körben 17a, 17b beseitigt wird, und sodann werden die Körbe unter Verwendung des Korbumdrehmechanismus 19 gedreht, um sie auf den Kopf zu stellen.
• An dieser Stelle werden nun die unteren Deckel 148 von den Körben 17a, 17b abgenommen, so daß ein leichter Zugang zu den Fußstücken 41 der Brennelemente 36 geschaffen wird. Sodann werden die Fußstücke 41 durch Ausdrehen der (nicht dargestellten) Sechskantschrauben abgenommen, die typischerweise die Verbindung mit den Führungsrohren 43 der Brennelemente 36 herstellen. Die Fußstücke 41 werden dann aus den betreffenden Körben herausgenommen. Danach wird ein Stabfanggitter 21 lösbar am unteren Ende jedes Korbs 17a, 17b mit Hilfe der oben beschriebenen Halter 156a, 156b angebracht. Nachdem das Anbringen der Stabfanggitter 21 beendet worden ist, wird der Korbumdrehmechanismus 19 erneut betätigt, um die Körbe 17a, 17b um 180º zu drehen und sie dadurch wieder zurück in ihre ursprüngliche aufrechte Orientierung zu stellen. Der obere Deckel 146 jedes Korbs, der ein Brennelement enthält, wird wiederum abgenommen, wodurch man Zugang zu den oberen Enden der Brennstäbe 47 in dem Brennelement 36 erhält.
• Als nächstes installiert der Systembediener die Schiebebaugruppe 3 des Systems 1 auf der Arbeitsplattform 33 in der in den Fig. 1 und 6B dargestellten Position. Die X- und Y- Achsenpositioniermechanismen 88 und 108 des Indexers 8 werden dann in der oben beschriebenen Weise eingesetzt, um die Erfassungsspitze 77 der Schubstange 5 über einem gewünschten Brennstab 47 in dem im Korb 17a enthaltenen Brennelement zu positionieren. Der umsteuerbare Motor 66 der Schiebebaugruppe 3 wird sodann betätigt, um den gewählten Brennstab 47 in den Übergangskasten 23 auszuschieben und die Erfassungsspitze 77 zurück über die oberen Enden der Brennstäbe 47 zurückzuziehen. Diese Prozedur wird wiederholt, bis sämtliche Brennstäbe 47 eines Brennelements 36 in den Übergangskasten 23 ausgeschoben sind. Gewünschtenfalls können mehrere Schubstangen 5 vorgesehen sein, so daß jeweils mehr als ein Brennstab 47 durch die Gitter 45 des Brennelements 36 auf einmal ausgeschoben werden können, wodurch die für die Stabausschiebeoperation notwendige Zeit wesentlich verkürzt wird.
• Nachdem sämtliche Brennstäbe 47 aus dem Brennelement 36 im Korb 17a ausgeschoben worden sind, wird mittels des Krans 35 der Übergangskasten 23 von den unteren Tragschienen 187a, 187b auf die oberen Tragschienen 189a, 189b (siehe Fig. 1) angehoben. Die oberen Montageösen 161a, 161b werden in die Ösenschlitze 191a, 191b der oberen Tragschienen 189a, 189b eingeführt, wie in Fig. 6C gezeigt ist. Sobald der Kran den Übergangskasten 23 unter dem Korb 17a wegzubewegen beginnt, wird ein weiterer Übergangskasten 23 (nicht dargestellt) unter dem Korb 17b positioniert, der das Brennelement enthält, dessen Stäbe noch nicht ausgeschoben worden sind, so daß der Systembediener nun beginnen kann, die Stäbe aus dem Brennelement mittels der Schiebebaugruppe 3 auszuschieben. Die Verwendung zweier solcher Körbe 17a, 17b in der beschriebenen Weise kürzt den kritischen Weg bei dem Stabausschiebeverfahren ab, wenn die verbrauchten Brennstäbe von zwei oder mehr Brennelementen in einen Speicherkasten 31 überführt werden müssen.
• Bei dem in Fig. 6 dargestellten Verfahren nach der Erfindung wird die Ausrichteplatte 29, die bisher den Boden des Übergangskastens 23 gebildet hat, vom Kasten 23 abgenommen und mit den Seilscheibenanordnungen 206a, 206b verbunden. Der Systembediener dreht die Handkurbel 202 des Ausrichteplatten- Absenkmechanismus 194, bis die Platte 29 gegen die Plattenanschläge 180a, 180b läuft. Gleichzeitig werden die Rollenbaugruppen 208a, 208d betätigt, um sicherzustellen, daß sämtliche der äußersten Brennstäbe 47 glatt in den Speicherkasten 31 zu der oben beschriebenen kompakten Dreieckteilungsanordnung geladen werden. Schließlich wird die Ausrichteplatte 29 von den Seilscheibenanordnungen 206a, 206b getrennt und der Speicherkasten 31 wird in das Becken 2 für verbrauchte Brennstoff der Anlage plaziert. Bei dem in den Fig. 7A und 7B dargestellten Verfahren nach der Erfindung dient der Kran 35 zum Absenken des Übergangskastens 23 durch Öffnungen 221 und 222 in horizontalen Rahmenteilen 214a, 214b des Ausrichterahmens 210. Vor diesem Positionieren des Übergangskastens 23 wird ein Speicherkasten 31 (der ohne Boden sein kann) durch Öffnungen 223 und 224 in den horizontalen Rahmenteilen 214c, 214d in den Ausrichterahmen 210 geschoben. Wie oben erwähnt, trägt der versetzte Teil 225 der Öffnung 224 die Unterkante des Speicherkastens 31 im Ausrichterahmen 210. Danach wird die Ausrichteplatte 23 vom Auslaßende 27 des Übergangskastens 23 gelöst und mit der Ausrichteplatten-Tragsäule 220 verbunden. Schließlich wird der Kran 35 benutzt, um die Stabräumbaugruppe 232 in der Mitte der Windenbaugruppe 227 zu positionieren. An dieser Stelle stellt der Bediener sorgfältig sicher, daß jeder der Räumstäbe 234 der Stabräumbaugruppe 232 sauber ausgerichtet ist und vielleicht sogar teilweise in das betreffende Führungsrohr 165 des Übergangskastens 23 eintaucht. Nachdem dies bewerkstelligt ist, benutzt der Systembediener die Windenbaugruppe 227, um den Ausrichterahmen 210 langsam vertikal abzusenken, wodurch das obere offene Ende des Speicherkastens 31 sowohl über die Ausrichteplatte 23 wie auch die unteren Enden der Brennstäbe 47 gezogen wird. Wenn der Ausrichterahmen 210 näher zur Windenbaugruppe 227 gezogen wird, tauchen die Räumstäbe 234 der Stabräumbaugruppe 232 tiefer in die Führungsrohre 165 des Übergangskastens 23 ein. Diese Räumstäbe 234 üben natürlich eine positive Schubkraft auf irgendwelche Brennstäbe 47 aus, die klemmen oder sonst im Übergangskasten 23 steckenbleiben. Wenn der Ausrichterahmen 210 in seine oberste vertikale Position mit Bezug auf die Windenbaugruppe 227 gezogen ist, sitzt die Ausrichteplatte 29 auf der Bodenkante des Speicherkastens 31 auf, wo sie durch die Plattenanschläge 180a, 180b am Herausfallen gehindert wird. Die Ausrichteplatte 29 wird dann von der Tragsäule 220 getrennt, und der beladene Speicherkasten 31 wird vom Ausrichterahmen 210 herausgenommen und in das Becken 2 für verbrauchten Brennstoff der Anlage plaziert.

Claims (10)

1. System zum Ausschieben von Brennstäben aus einem Brennstabbündel der Bauart mit einer Mehrzahl von Gittern, die durch eine Mehrzahl von Führungsrohren miteinander verbunden sind, wobei jedes Gitter eine Anordnung von brennstabaufnehmenden Zellen aufweist und jede solche Zelle einen Brennstab aufnimmt und hält, wobei das System (1) aufweist:

a) eine Ausschiebebaugruppe (3) mit mindestens einer Schubstange (5) zum Ausschieben mindestens eines ausgewählten Brennstabs aus einer ausgewählten Brennstabaufnahmezelle,

b) einen Positioniermechanismus auf einer horizontalen Grundplatte (11), wobei der Positioniermechanismus Mittel (9, 10) zum Wählen von X- und Y-Achsenkoordinaten zum Ausrichten der Schubstange (5) über einem ausgewählten auszuschiebenden Brennstab aufweist,

wobei das System gekennzeichnet ist durch:

c) Eingriffsmittel in Form einer an der Schubstange (5) gebildeten Vertiefung (79) zum Aufnehmen des verjüngten oberen Endes (48) des ausgewählten Brennstabs,

d) einen motorischen Antriebsmechanismus (7) zum wahlweisen Ausfahren und Zurückziehen der Schubstange (5), wobei der Antriebsmechanismus eine am distalen Ende der Schubstange (5) montierte Zahnstange (50), ein Ritzel (58) und einen Motor (66) zum Antrieb des Ritzels aufweist,

e) ein Stabauffanggitter (21) zum Auffangen und Halten der aus dem Brennstabbündel ausgestoßenen Brennstäbe, und

f) einen Übergangskasten (23) zur Aufnahme der aus den Gittern des Brennstabbündels ausgeschobenen Brennstäbe und zum trichterartigen Zusammenführen derselben in eine Anordnung, die dichter als die Brennstabanordnung in dem Brennstabbündel ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Schubstange (5) kleiner als der Durchmesser des ausgewählten Brennstabs ist, um das Hindurchführen der Schubstange durch die Zellen der den Brennstab aufnehmenden und haltenden Gitter zu erleichtern.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Biegefestigkeit der Schubstange (5) größer als die Biegefestigkeit des Brennstabs ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausschiebebaugruppe (3) außerdem einen Indexer (8) zum Positionieren der Schubstange (5) über einem ausgewählten Brennstab aufweist.

5. System nach Anspruch 4, das außerdem einen Brennstabbündel-Positionierer (12) zum Anheben, Absenken und wahlweisen Umdrehen eines Brennstabbündels zur Erleichterung des Zugangs hierzu für die Ausschiebebaugruppe (3) aufweist.

6. System nach Anspruch 4, das außerdem eine Ausrichteplatte (29) zur Aufnahme und zum Ausrichten der aus den Gittern des Brennstabbündels ausgeschobenen Brennstäbe aufweist.

7. System nach Anspruch 6, wobei die Ausrichteplatte (29) außerdem den Boden eines Speicherkastens (31) für die Brennstäbe bildet.

8. System nach Anspruch 7, wobei die Ausrichteplatte (29) von dem Speicherkasten (31) abnehmbar ist.

9. System nach Anspruch 8, wobei eine Tragsäule (220) vorgesehen ist, um die Ausrichteplatte (29) feststehend zu halten, und wobei Hubmittel (227, 210) vorgesehen sind, um den Übergangskasten (23) und den Speicherkasten (31) gleichzeitig anzuheben, so daß das Einlaßende des Speicherkastens über die Brennstäbe (10) geführt wird.

10. System nach Anspruch 9, wobei eine Mehrzahl von Rückhaltestäben (234) vorgesehen ist, um zu verhindern, daß die Brennstäbe beim Anheben des Übergangskastens (23) sich zusammen mit diesem verschieben.