用于拔出核燃料棒或集束棒的装置和使用这种拔出装置的拔出方法

技术领域

本发明涉及核燃料组件、控制集束和/或固定集束的维护领域。

背景技术

核燃料组件包括由框架保持的一束核燃料棒。每个棒包括管状的套筒，该套筒包围由核燃料芯块的堆叠体形成的裂变柱，并且该套筒在两个端部由焊接到套筒上的端部插塞封闭。

除了密封核燃料棒的功能之外，两个端部插塞中的至少一个还具有允许核燃料棒被抓紧的功能，例如以便从其核燃料组件的框架中拔出或插入到其核燃料组件的框架中。例如，在核燃料棒受损时执行这样的拔出或插入以修补或更换该核燃料棒。

核燃料棒有可能会失去具有操纵功能的端部插塞，或者例如在端部插塞受损时有可能会需要移除端部插塞。因此，难以从核燃料组件中拔出已经失去其操纵装置的核燃料棒。

棒束包括承载一束棒(下文称为“集束棒”)的支撑结构，该支撑结构旨在被插入到燃料组件的引导管中。每个集束棒都包括管状的套筒，该套筒包围吸收柱或另一种类型的柱，并且该套筒在两个端部由焊接到套筒上的端部插塞封闭。吸收柱含有例如一种或多种中子吸收材料。另一种类型的柱可以是氧化铝柱、次级源柱或初级源柱。

集束棒有可能从其上端部插塞脱离并落入核燃料组件的接收棒束的相应的引导管中。

FR1225784公开了一种核燃料棒移除装置，该装置包括一种工具，该工具具有各自在与核燃料棒的外面部接触的夹爪面部上具有凹部的三个夹爪，以及容纳在每个凹部中的滚珠或滚柱，在提升工具时，该滚珠或滚柱将夹爪锁定到核燃料棒套筒的外部。

EP0200988公开了一种用于拔出核燃料棒的装置，该装置包括圆柱形容纳部和圆柱形推力棒，所述圆柱形容纳部接收由弹性体材料制成的管，该管将包覆燃料棒顶端，所述圆柱形推力棒可移动地安装在容纳部中以使由弹性体材料制成的管侧向变形，以便在外部夹紧核燃料棒的套筒。

US4986955公开了一种用于从核燃料组件中拔出外周核燃料棒的装置，该拔出装置包括用于在外部夹紧核燃料棒的夹具。

KR101163118公开了一种核燃料棒拔出装置，其包括用于在外部夹紧棒的圆形夹具以及能插入到棒中以防止夹具压碎被夹紧的套筒的销。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于拔出核燃料棒的装置，该装置允许可靠且容易的拔出。

为此，本发明提出了一种用于拔出核燃料棒或集束棒的拔出装置，该拔出装置包括附接部分和夹持部分，所述附接部分被构造为通过没有插塞的端部插入到棒的套筒中，所述附接部分包括沿着纵向轴线伸长的主体和从主体突出的至少一个齿，该齿或每个齿被构造为允许用力将附接部分轴向地插入到包壳中，并且与套筒的内表面接合以防止从套筒中拔出附接部分。

在特定的实施方式中，拔出装置包括单独地或根据任何技术上可行的组合采用的以下可选特征中的一个或多个：

-所述齿或每个齿被构造为通过将齿保持压靠在套筒的内表面上来阻碍附接部分从套筒中的拔出；

-附接部分包括围绕主体成角度地分布的多个齿；

-附接部分包括规则地成角度地分布的齿，特别是均匀地成角度地分布的齿；

-附接部分包括沿主体轴向分布的多个齿；

-附接部分包括至少一个叶片，所述叶片具有各自形成相应的齿的多个臂；

-附接部分包括根据规则或不规则分布沿着主体轴向间隔开的多个叶片22；

-叶片彼此成角度地偏移；

-主体包括与叶片轴向交替地堆叠的多个轴向节段；

-轴向节段包括插置在两个叶片之间的一个或多个中间节段；

-轴向节段和叶片沿着中心轴堆叠；

-主体包括各自具有成角度地偏移的互锁定向元件的轴向节段，使得轴向堆叠的两个节段由于它们的定向元件的互锁而成角度地偏移；

-附接部分具有支承部分，该支承部分被构造为由于附接部分插入到套筒内而压靠套筒的端部的边缘。

-附接部分具有与每个齿相关联的支承表面，每个支承表面被布置为使得当在附接部分从套筒中拔出的方向上对拔出装置施加力时，齿压靠在支承表面上；

-每个支承表面相对于纵向轴线倾斜，轴向地定向在从套筒中拔出附接部分的方向上并且径向地向内定向。

本发明还涉及一种组件，该组件包括核燃料棒或集束棒以及如上限定的拔出装置，该拔出装置适于将其附接部分插入并锁定在棒的套筒内。

本发明还涉及一种用于从核燃料组件中拔出核燃料棒或集束棒的方法，该棒的套筒在一个端部没有封闭用端部插塞，其中将例如上文限定的拔出装置的附接部分用力插入到套筒的打开的端部中，然后拉动拔出装置的夹持部分以从其核燃料组件中拔出棒。

附图说明

通过下面仅通过举例给出并参照附图进行的描述，将更好地理解本发明及其优点，在附图中：

图1是未受损的核燃料棒的正视图，该核燃料棒具有被构造为用于操纵棒的上端部插塞和不用于操纵棒的底端部插塞；

图2和图3分别是在将拔出装置插入到棒中之前(图2)和之后(图3)的受损的核燃料棒和拔出装置的示意图，其中受损的核燃料棒没有被构造为用于操纵的上端部插塞；

图4是图2和图3的拔出装置的叶片的俯视图；

图5是图2和图3的拔出装置的中间轴向节段的立体图；

图6是根据一个特定实施方式的拔出装置的正视图；

图7是根据另一个特定实施方式的拔出装置的正视图。

具体实施方式

在图1中，未受损的核燃料棒2包括沿着纵向轴线A延伸的管状的套筒4，该套筒旨在接收由轴向堆叠在套筒4内的圆柱形核燃料芯块(未被示出)形成的裂变柱。

棒2旨在被集成到核燃料组件中，该核燃料组件包括由核燃料组件框架保持在一起的一束平行棒，所述核燃料组件框架包括下喷嘴和上喷嘴。

在操作中，在核反应堆的堆芯中或在操纵或储存池中，核燃料组件放置成被竖直地支撑在其下喷嘴上，每个棒竖直地延伸。

在本说明书的其余部分中，术语“上”和“下”被理解为是指放置在其下喷嘴上的核燃料组件中的棒的通常竖直取向。

未受损的棒2具有封闭套筒4端部的端部插塞。特别地，棒2具有封闭套筒4的下端部的下端部插塞6以及封闭套筒4的上端部的上端部插塞8。

如图1所示，下端部插塞6没有操纵功能，换句话说，它不被构造为用于操纵棒2。相反，上端部插塞8具有操纵功能，换句话说，它被构造为用于通过相关联的操纵工具(未被示出)来操纵棒2。

更具体地，上端部插塞8被构造为允许使用适用于夹持上端部插塞8的拔出工具将棒2向上拉出核燃料组件而将棒2从其核燃料组件中拔出。

如果棒2受损，具有操纵功能的上端部插塞8有可能从棒2缺失，并且其上端部打开的套筒4将不再具有操纵功能，从而使得不可能借助于上端部插塞8拔出棒2。

在图2和图3中，棒2没有上端部插塞8，套筒4在其上端部是打开的。

拔出装置10被构造为允许通过失去了端部插塞的端部(特别是上端部)将棒2拉出。

该拔出装置10包括附接部分12和夹持部分14，附接部分12被构造为穿过套筒4的打开的上端部轴向地插入到套筒4内部并且被锁定在套筒4内，夹持部分14被构造为由操纵工具夹持，优选地由被设置为用于拔出未受损的棒2的相同的操纵工具夹持，换句话说，与被设置为用于夹持缺失的端部插塞(这里是上端部插塞8)的操纵工具相同的操纵工具。

附接部分12与一个或多个保持齿、特别是与若干排保持齿形成鱼叉状件。

附接部分12沿着纵向轴线A延伸。

附接部分12被构造为在插入方向F1(图2)上轴向插入到套筒4内，并且通过附接部分12仅与套筒4的内表面4A的配合来对抗附接部分12在与插入方向F1相反的拔出方向F2(图3)上相对于套筒4的位移而机械地锁定在套筒4内部。

可用力将附接部分12插入套筒4内。

例如，附接部分12被构造为使得在插入方向F1上将附接部分12轴向推入套筒4内部所需的插入力严格地小于在拔出方向F2上从套筒4中拔出附接部分12所必须被克服的轴向阻挡力。

因此，与从套筒4中拔出附接部分12相比，将附接部分12插入套筒4内更容易。

例如，插入力小于50daN(十牛顿)，优选小于40daN，更优选小于30daN。

附接部分12被构造为使得锁定力严格大于从其组件中拔出棒2要施加在棒2上的拔出力，增加了安全裕度。

锁定力可根据预定拔出力进行调节。因此，如果从燃料组件的拔出力是30daN，则锁定力例如大于50daN。

附接部分12包括沿着纵向轴线A延伸并且承载一个或多个叶片22的主体16。每个叶片22具有一个或多个齿18，每个齿18从主体16相对于纵向轴线A径向向外突出。

每个齿18被构造为与套筒4的内表面4A干涉，以便允许将附接部分12在插入方向F1上插入套筒4中，并且对抗附接部分12在拔出方向F2上从套筒4中的拔出。

每个齿18具有被设置为用于与套筒4的内表面4A接触的自由端部18A。

每个齿18被构造为使其自由端部18A通过对附接部分12在套筒4内的插入方向F1上的位移产生第一轴向力而在套筒4的内表面4A上摩擦，所述第一轴向力大于附接部分12从套筒4中的拔出方向F2上的第二轴向力。

每个齿18是柔性的，使得在将附接部分12沿向前方向插入套筒4中时向后弯曲。

每个齿18例如由对应的叶片22的柔性突片形成，该突片相对于主体16径向突出。每个叶片22具有沿着纵向轴线A测量的厚度，该厚度可根据所需的轴向力而变化。

每个叶片22例如是金属的，具有良好的弯曲特性。每个叶片22例如由具有高弹性特性的钢制成，诸如弹簧钢。

每个叶片22被构造为使得叶片22的每个齿18由于附接部分12在插入方向F1上插入到套筒4内而向后弯曲，并且一旦附接部分12已被插入到套筒4中，就在不返回的情况下压靠在套筒4的内表面4A上，以抵抗附接部分12从套筒4在拔出方向F2上的拔出。

如图4所示，每个叶片22具有例如多个齿18。根据所需的插入力和锁定力来选择齿18的数量，这里等于4。

附接部分12的主体16包括与每个齿18相关联的支承表面20。

每个支承表面20相对于纵向轴线A倾斜，轴向地朝向拔出方向F2定向并且径向地向内定向。每个支承表面20与相对于纵向轴线A的径向平面形成非零角度α。

倾斜的支承表面20的存在增加了齿18在拔出期间可能翻转的力，从而提高了由齿18产生的拔出锁定力。

主体16在此形成为具有沿着主体16的纵向轴线A对齐的多个轴向节段28，以及插置在主体16的轴向节段之间的带有齿18的多个叶片22。

主体16具有下节段24和上节段26以及轴向布置在下节段24与上节段26之间的中间节段28。

叶片22插置在轴向节段之间，每个叶片22被接收在两个轴向节段之间。如图2和图3所示，每个叶片22例如插置在两个中间节段28之间。每个中间节段28轴向地布置在两个叶片22之间并且形成叶片22的轴向间隔件。

每个中间节段28具有轴向孔30。每个叶片22具有中心孔54。

附接部分12包括中心棒32，叶片22和中间节段28沿着中心棒32交替地装配。中心棒32延伸穿过每个叶片22的中心孔54和每个中间节段28的轴向孔30。

中心棒32在下节段24和上节段26之间延伸，该中心棒32固定在该下节段24和上节段26上。

中心棒32具有例如焊接到下节段24上的一个端部和被拧入上节段26的螺纹孔中的螺纹端部。

下节段24具有在插入方向F1上会聚的锥形形状。这有利于将附接部分插入到套筒4内。

夹持部分14包括圆柱形部分34，该圆柱形部分的顶部是夹持顶端36，该夹持顶端36允许借助于相关联的拔出工具抓紧夹持部分14。

附接部分12具有支承部分35，该支承部分35被构造为由于附接部分12插入到套筒4内而压靠在套筒4的打开的上端部的边缘上，以便确保套筒4的该打开的上端部的密封，从而限制套筒4的内容物的朝外部的污染。

支承部分35位于主体16与夹持部分14之间，支承部分35是截头锥形的，并且从主体16朝向夹持部分14加宽，其邻近夹持部分14的端部的外径大于套筒4的内径，并且其邻近主体16的端部的外径小于套筒4的内径。

在图3中可以看出，由于附接部分12沿着插入方向F1插入到套筒4内，因此，支承部分35压靠在套筒4的打开的上端部的边缘上并确保密封，从而限制套筒4的内容物的朝外部的污染。

夹持顶端36具有在拔出方向F2上会聚的锥形基部38，该锥形基部38通过与该锥形基部38的上端部直径相同的圆柱形中间棒40延伸，中间棒40承载锥形头部42，该锥形头部42具有邻近中间棒40的基部并且直径大于中间棒40的直径，使得在中间棒40与头部42之间限定径向肩部44。

夹持顶端36优选地与棒2的原始端部的夹持顶端相同，从而允许用与棒2相关联的拔出工具抓紧拔出装置10。

如图4所示，每个叶片22具有围绕叶片22的中心轴线分布的多个臂，叶片22的该中心轴线与装置的纵向轴线A重合。每个臂形成相应的齿18。

优选地，齿18围绕纵向轴线A规则地分布，特别地，围绕纵向轴线A均匀地分布，在齿18之间具有恒定的角间距。

这里，每个叶片22具有四个臂，这四个臂限定围绕叶片22的轴线以90°的角间距分布的四个齿18。

每个齿18的自由端部18A具有两个尖角46，它们分别由齿18的两个侧边缘48与齿18的端部边缘50的相交形成。这允许增加自由端部18A在套筒4的内表面4A上的锁定力。

每个齿18的端部边缘50与该齿18的每个侧边缘48限定相应的尖角46。例如，每个侧边缘48是凹形的。

每个叶片22设置有与中心棒32的尺寸兼容的中心孔54，换句话说，这允许中心棒32插入中心孔54中。

齿18具有适于允许插入，同时与套筒4的内表面4A产生高锁定力并且具有良好的返回阻力的自由端部18A的尺寸和足够的柔性。

图5是根据特定实施方式的中间节段28的立体图。

中间节段28是圆柱形的并且沿着纵向轴线A延伸。

中间节段28具有轴向上端部56和轴向下端部72。上端部56设置有用于接收叶片22的容纳部58，该容纳部58由不连续的外周边沿60界定，该不连续的外周边沿60由通过开口64分开的区段62形成。容纳部58被设置为接收叶片22的中心部分，每个齿18通过相应的开口64离开容纳部58。

由于齿18在开口64中的接收，被接收在容纳部58中的叶片22相对于中间节段28围绕纵向轴线A成角度地转位。因此，每个齿18相对于主体16围绕纵向轴线A成角度地转位。

支承表面20形成在中间节段28上。特别地，支承表面20形成在开口64的底部，并且相对于垂直于纵向轴线A的平面倾斜以在按压期间支撑齿18。

每个中间节段28设置有能够与轴向地与该中间节段28堆叠的其他中间节段28的定向元件互锁的定向元件，使得堆叠的中间节段28围绕纵向轴线A成角度地偏移，优选地具有从一个中间节段28到下一个中间节段28的规则的角间距。

这里，每个中间节段28包括从上端部56突出的凸耳68和形成在其轴向下端部72中的空腔70。空腔70与凸耳68互补，用于接收另一个相同的中间节段28的凸耳。

凸耳68和空腔70围绕纵向轴线A以角间距β成角度地偏移，以实现堆叠的中间节段28的角度偏移。角间距β例如是5°。

图6以正视图示出了利用根据图5的中间部分28制造的拔出装置10。

中间节段28成角度地偏移，其中每个中间节段28通过将凸耳68互锁在空腔70中而沿着角间距β从下一个中间节段28偏移。

这里，上节段26设置有用于接收第一中间节段28的凸耳68的空腔。

由于中间节段28的角度偏移，叶片22根据角间距β相对于彼此成角度地偏移。因此，齿18围绕主体16成角度地分布并且沿着主体16轴向地分布。这使用不同的母线促进了附接部分12在套筒4中的有效锁定。

齿18分布在布置在相同的轴向位置的齿组中，单个齿组中的齿18围绕主体16成角度地分布，并且多个齿组沿着主体16轴向分布。

齿组还相对于彼此成角度地偏移。每个齿组中的齿18相对于沿着主体16的随后的齿组中的齿18成角度地偏移。

这里，每个叶片22的齿18形成布置在相同的轴向位置处的齿组。

图2和图3的拔出装置10具有模块化构造，这允许改变齿18的数量。特别地，通过改变叶片22和主体16的中间节段28的数量来调整齿18的数量。

在图7所示的实施方式中，拔出装置10包括插置在上节段26与下节段24之间的单个叶片22。拔出装置10没有中间节段28。

返回到图2和图3，在操作中，在棒2缺少上端部插塞8并且套筒4在其上端部打开的情况下，使用者用力将拔出装置10的附接部分12插入到套筒4的打开的上端部中。利用在插入方向F1上的插入力完成插入。一旦附接部分12被插入到套筒4中，附接部分12由于其仅夹持套筒4的内表面4A的齿18而被锁定在套筒4内部。然后，借助于合适的工具，操作者抓紧夹持部分14并将其向上拉以将棒2从其核燃料组件中拔出。夹紧力大于将棒2从其核燃料组件中拔出的力，使得拔出装置10的提升允许棒2从核燃料组件提升。

拔出装置10使用简单且可靠。简单地通过用力将固定部分12插入到套筒4内而将拔出装置10固定到套筒4上。拔出装置10只有在大于锁定力的力的作用下才从套筒4脱离，锁定力大于用于从核燃料组件框架中拔出棒2的力。

拔出装置10的附接部分12和夹持部分14形成替代棒2的原始端部插塞的替代端部插塞。当被插入套筒4中时，拔出装置10封闭套筒并阻止接收在套筒4中的核燃料芯块的排出。

齿18的数量、几何形状和布置允许拔出装置10在套筒4中的插入力和插入到套筒4中的拔出装置10的齿18产生的锁定力变化。本领域技术人员将知道如何使牙齿18的数量、几何形状和布置适应特定应用。

如图4所示的叶片22允许形成限制插入力的齿18，从而产生足够的锁定力，使返回的风险有限。

其他的齿几何形状也是可能的。

在一个替代方案中，每个叶片22是圆形且连续的，并且围绕主体16延伸。每个叶片22呈现例如具有形成单个圆形齿的连续圆形周边边缘的垫圈的形式。

此外，已经结合核燃料组件棒描述了拔出装置10。然而，这样的拔出装置可以适用于或用于操纵受损的集束棒，无论它是控制集束棒还是固定的集束棒。后者因失去其上端部插塞而受损，该上端部插塞具有与支撑结构连接的功能，该支撑结构确保构成该集束的所有棒的分组操纵。这种集束棒包括管状的套筒，该套筒的端部由插塞封闭，其中上插塞具有连结功能。控制集束棒的套筒或多或少地填充有作为棒的功能的目标的材料。没有上端部插塞的受损的棒没有操纵功能。在该受损的棒上采用的拔出装置10通过由此允许以与用于处理受损的燃料组件棒时相同的方式来操纵该拔出装置而补救了这种情况。