用于负载相关地将燃料元件从燃料元件容器中卸载和/或装载到燃料元件容器中的方法与流程

本发明涉及一种用于负载相关地将燃料元件从燃料元件容器中卸载和/或装载到燃料元件容器中的方法，例如从反应堆压力容器中卸载或装载到反应堆压力容器中。

背景技术：

1、在核电站中，为了检查，在核反应堆的工作周期之间以定期的间隔更换燃料元件。为此，必须借助对应的装载设备将燃料元件从反应堆压力容器中进行装载和卸载。燃料元件典型地以彼此间小的间距垂直地立于反应堆压力容器中。在装载和卸载中，相应的燃料元件借助于装载设备从反应堆压力容器中提升出来并在为此所设的位置处下降到反应堆压力容器中。为此，装载设备的夹具在上端部抓持燃料元件，并且将燃料元件从反应堆压力容器垂直引出或引入。

2、燃料元件本身由燃料棒束组成，燃料棒通过合适的间隔件组合成束。间隔件的目的是使得单个燃料棒被夹紧，彼此之间保持正确的距离，并且不会翘曲。由于反应堆压力容器中的条件，特别是由于在反应堆压力容器中普遍存在的热水力和温度下的辐射引起的蠕变，因此仍然会出现燃料元件处的变形——例如弯曲和扭转。与间隔件的设计相结合，这会导致：燃料元件由于彼此间间距小而在装载和/或卸载时接触或卡住在间隔件处，这又会导致燃料元件的损坏。

3、除了在反应堆压力容器中之外，原则上在将燃料元件装载到其他燃料元件容器中或从其他燃料元件容器中卸载时也会出现类似的问题，例如在燃料元件紧凑储存器、湿式储存器、运输容器或运输和储存容器中出现。除了反应堆压力容器之外，其他提到的容器可以具有燃料元件支架或燃料元件篮。因此，在下文中，可以使用表述燃料容器作为这种容器的通用术语，在所述容器中可以使用本发明。

4、为了避免这种损坏，燃料棒因此通常以由对应的装载设备的操作员手动适配的小的速度下降到燃料元件容器中或从燃料元件容器中提升，这与相应高的时间耗费相关联。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是：提供一种用于将一个或多个燃料元件从燃料元件容器中卸载和/或装载到燃料元件容器中的方法，所述方法实现：降低在装载和卸载过程中的燃料元件损坏的风险，减轻操作员的负担，并且同时减少用于装卸的时间耗费。

2、根据本发明，该目的通过根据独立权利要求1的方法来实现。根据本发明的方法的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

3、根据本发明提出一种方法，所述方法用于借助于装载设备将一个或多个燃料元件根据负载从燃料元件容器中卸载或者将其装载到燃料元件容器中，所述燃料元件容器特别是反应堆压力容器。装载设备构成用于：将燃料元件以可变的行进速度沿着行进路径从燃料元件容器中提升或下降到燃料元件容器中。在此，燃料元件容器区域内的行进路径优选是直线的，特别是基本上完全在竖直方向上是直线的。装载设备具有用于在线测量在沿着行进路径提升或下降燃料元件时作用于装载设备处的动态负载和/或负载变化的负载测量装置。按照根据本发明的方法，在提升或下降燃料元件时根据当前测量的负载和/或负载变化控制行进速度。

4、如开始提到的那样，就本发明意义而言的燃料元件容器尤其可以是反应堆压力容器、燃料元件紧凑储存器、湿储存器、运输容器或运输和储存容器。除了反应堆压力容器之外，其他提到的容器也可以具有燃料元件支架或燃料元件篮。在最后提到的“容器”的情况下，根据本发明的方法还可用于监测燃料元件支架、篮或容器的老化。

5、在此，行进路径位于要提升或下降的燃料元件仍位于存在于燃料元件容器中的其他燃料元件旁边的区域中，特别地行进路径位于燃料元件容器的区域中，即只要要提升或下降的燃料元件位于燃料元件容器中，就为该行进路径，行进路径优选是直线的，特别是完全是直线的，特别优选是基本上竖直直线的，更特别优选完全是基本上竖直直线的。将“完全直线的”理解为没有偏移的行进路径，即无偏移行进路径。对应地，将“完全基本上竖直直线”理解为没有水平偏移的竖直行进路径，即竖直无偏移的行进路径。

6、特别地，上述行进路径优选地可以仅涉及要提升或下降的燃料元件仍位于存在于燃料元件容器中的其他燃料元件旁边的区域中的行进路径，特别地涉及燃料元件容器的区域中的行进路径，即只要要提升或下降的燃料元件位于燃料元件容器中，就为该行进路径。

7、根据本发明已经认识到：在装载和卸载过程中，特定问题直接作用于动态负载或负载变化，所述动态负载或负载变化可以通过动态负载和/或负载变化的在线测量来瞬时识别到，并且，此外，通过将在提升和下降负载元件时的行进速度适配于当前测量的负载和/或负载变化可以避免燃料元件的可能损坏。就本发明的意义而言，将负载变化理解为在燃料元件沿着行进路径提升或下降时作用于装载设备处的动态负载的随时间的增加或减少。特别地，其可以是负载梯度。如开始所描述的那样，在提升或下降时，燃料元件的翘曲或弯曲会导致在要提升或下降的燃料元件和燃料元件容器的部件和/或位于燃料元件容器中的一个或多个相邻燃料元件之间的摩擦缓慢增加。这引起在提升时负载增加或在下降时负载减小。此外，由于燃料元件的翘曲/弯曲，有时会沿着行进路径出现快速增加的负载峰值，即特别是如下位置处出现：在所述位置处要提升或要下降的燃料元件的一个或多个间隔件与位于燃料元件容器中的一个或多个相邻的燃料元件的一个或多个间隔件彼此并排地沿着行进路径位于基本上相同的高度中并且彼此上下滑动，其中借助所述要提升或要下降的燃料元件的一个或多个间隔件将形成燃料元件的燃料棒在燃料元件中保持就位。通过间隔件彼此上下滑动形成的负载峰值通常与先前在提升时缓慢增加的负载或在下降时缓慢减少的负载相关，因为其源自相同的原因。在这种情况下，可以通过在线测量先前在提升时缓慢增加的负载或在下降时缓慢减少的负载来及时识别快速增加的负载峰值，并相应地根据当前测量到的负载或负载变化降低在燃料元件提升或下降时的行进速度，以便如此减小燃料元件损坏的风险。此外，行进速度的下降允许：更快地停止提升或下降运动，例如在提升时应超过预定的最大负载或者在下降时应低于预定的最小负载。

8、特别地，借助于经由反馈环路(feedback-loop)进行控制进行的自动适配在此被证明是有利的。在装载设备通过操作员操控的情况下，通过根据本发明的方法减轻操作员的负担。与之前仅通过操作员手动操控而没有在线测量动态负载和/或负载变化相比，行进速度的自动控制实现：根据动态负载和/或负载变化对在装卸过程中出现的任何问题做出更快速的反应。如上所述，这尤其适用于适度增加的动态负载或适度的负载变化，所述适度增加的动态负载或适度的负载变化允许进行及时降低行进速度的控制。通过在燃料元件提升或下降时的行进速度根据当前测量的负载和/或负载变化来控制的方式，因此可以显著减小将燃料元件从燃料元件容器中卸载和/或将其装载到燃料元件容器中的时间耗费。通过在卸载和装载时的这种时间节省例如可以有益地显著减少核电站的检查时间等。

9、将在提升和下降时作用于装载设备处的总负载理解为就本发明的意义而言的(动态)负载，所述总负载由负载测量装置作为总重力检测。总负载或总重力一方面由基本负载组成，并且另一方面由通过燃料元件在提升或下降时的摩擦(由于接触)和/或卡住引起的可能的力组成。在此，基本负载对应于重力，所述重力对应于要提升或下降的燃料元件的质量以及装载设备的位于负载测量装置和燃料元件之间的部件的质量。所述部件例如为装载设备的夹具。如果在确定基本负载时用于在装载和卸载时将燃料元件在预定位置上居中的可能存在的定心钟支撑在侧挡块处、在燃料元件容器的部件(例如在燃料元件池的情况下为燃料元件支架)处或在燃料元件容器中的相邻的燃料元件(例如在反应堆压力容器的情况下)处，则所述定心钟的质量可以优选在确定基本负载时不考虑作为装载设备的一部分。这通常在将燃料元件从燃料元件容器中提升和下降时在关键阶段期间是这种情况，在所述关键阶段中会出现(由于接触引起的)摩擦和卡住。只有当燃料元件被完全提升出有问题的区域时，该配置中的定心钟才被一起提升，并且然后在确定基本负载时将其在质量方面一起考虑为装载设备的一部分。如果在提升或下降时没有出现(由于接触引起的)摩擦和卡住，则作用在装载设备处的并由负载测量装置测量的动态负载基本上对应于基本负载，即对应于要提升或下降的燃料元件的质量以及装载设备的位于负载测量装置和燃料元件之间的部件的质量的重力。如果在提升时出现(由于接触引起的)摩擦和/或卡住，则作用于装载设备处的并由负载测量装置测量的动态负载在基本负载之上基本上增加通过摩擦和/或卡住引起的力的值。相反，如果在下降时出现(由于接触引起的)摩擦和/或卡住，则作用在装载设备处的并由负载测量装置测量的动态负载比基本负载基本上低由于摩擦和卡住引起的力的值。基本负载优选地可以借助于装载设备的负载测量装置来确定，例如在将燃料元件下降到燃料元件容器中之前或在提升运动开始时拉动燃料元件时。

10、相应地，根据本发明的一个有利的设计方案，装载设备可以构成用于确定基本负载，例如通过确定在将燃料元件下降到燃料元件容器中之前或在在提升运动开始时拉动燃料元件时，作用于装载设备处的负载。如果存在定心钟，如之前描述的那样，则优选地在提升的情况下在定心钟提升之前并且在下降的情况下在套装定心钟之后确定基本负载。装载设备还可以构成用于：例如通过从相应当前测量的总重力中减去基本负载的方式，确定偏差于之前确定的基本负载的过载或欠载并且作为值输出。

11、按照根据本发明的方法的一个有利的设计方案，根据预定的提升速度-负载廓线来在提升时进行行进速度的控制。这提供以下优点：即能够根据负载按已知的提升速度-负载廓线来操控提升速度。

12、按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，根据预定的下降速度-负载廓线来在下降时进行行进速度的控制。与具有预定的提升速度-负载廓线的卸载过程类似，下降速度-负载廓线的使用对于装载过程提供相同的上述优点，唯一的区别是：下降速度根据负载按已知的下降速度-负载廓线来操控。

13、按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，如果当前测量的负载小于或等于预定的负载上限值和/或如果当前测量的负载变化小于或等于预定的负载变化极限值，则以第一提升速度沿着行进路径进行提升，并且如果当前测量的负载大于预定的负载上限值和/或如果当前测量的负载变化大于预定的负载变化极限值，则以相对于第一提升速度减小的、特别是非零的第二提升速度沿着行进路径进行提升。例如，第一提升速度可以是3m/min，并且相对于第一提升速度减小的第二提升速度可以是0.7m/min。

14、使用预定的负载上限值或负载变化极限值(从它起减小速度)具有如下优点：从在卸载时会预告可能问题的负载起，减小速度，以便特别是针对负载在卸载过程期间进一步增加的情况简化卸载过程的可能的停止。此外，在行进速度较小时相邻的燃料元件接触或卡住的情况下会预期较小的损坏。按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，负载上限值比基本负载高500n和1000n之间，特别是600n和800n之间[＝对应于要提升或下降的燃料元件的质量和装载设备的位于负载测量装置和燃料元件之间的部件的质量的重力]。换言之：过载的极限值或超过基本负载的附加负载的极限值可以在500n和1000n之间，特别是在600n和800n之间。

15、按照根据本发明的方法的又一有利的设计方案，如果在提升时当前测量的负载大于预定的最大负载，则停止提升。

16、引入另一个极限值，即其中提升不仅减慢而且停止的最大负载的极限值具有以下优点：可以使用经验值，从所述经验值起以高概率在提升过程中出现问题。与从预定的负载上限值起递增地减小行进速度相比，从最大负载起停止提升提供对可能的问题更快做出反应的优点。按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，最大负载比基本负载高700n与1500n之间，特别是800n与1200n之间。

17、按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，如果当前测量的负载大于或等于预定的负载下限值和/或如果当前测量的负载变化小于或等于预定的负载变化极限值，则以第一下降速度沿着行进路径进行下降，并且如果当前测量的负载小于预定的负载下限值和/或如果当前测量的负载变化大于预定的负载变化极限值，则以相对于第一下降速度减小的、尤其是非零的第二下降速度沿着行进路径进行下降。预定的负载下限值或负载变化极限值在装载过程中的使用(自所述值起减小速度)提供与对于负载使用预定的负载上限值(自所述值起在卸载过程中减小速度)类似的优点。然而，与卸载过程中不同，在装载过程中相邻燃料元件的(由于接触引起的)摩擦或卡住引起负载减少。按照根据本发明方法的一个有利的设计方案，可以通过基本负载减去500n与1000n之间、特别是600n与800n之间的量来给出负载下限值。换言之：低于基本负载的欠载的极限值可以在500n和1000n之间，特别是在600n和800n之间。与提升类似，第一下降速度可以是3m/min，并且相对于第一下降速度减小的第二下降速度可以是0.7m/min。

18、按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，如果当前测量的负载小于预定的最小负载，则停止下降。引入另一极限值、即其中不仅减慢而且停止提升的最小负载的另一极限值提供与引入其中不仅减慢而且停止提升的最大负载类似的优点。按照根据本发明方法的另一有利的设计方案，该最小负载可以低于基本负载在700n和1500n之间，特别是在800n和1200n之间。

19、按照根据本发明的方法的一个有利的设计方案，在提升和/或下降时，根据燃料元件沿着行进路径的位置来测量当前测量的负载。此外，在提升和/或下降时，还可以检测卸载或装载顺序(序列)，即装载各个燃料元件的顺序。

20、在提升和/或下降时根据燃料元件沿着行进路径的位置和卸载或装载顺序(序列)来测量当前测量的负载随之产生如下优点，即可以由此收集经验值，所述经验值可作为参考用于未来的提升和下降过程。特别地，可以预期的是：出现间隔件或燃料元件在沿着行进路径的标出的位置处的可能的卡住或接触，所述位置可以借助这种测量来鉴别。

21、相应地，可以由于已知信息来以如下方式优化预定的提升速度-负载廓线或预定的下降速度-负载廓线：使得可以避免在负载提升时的可能的损坏。尤其可以通过引入先前的经验、计算或类似信息来以如下方式优化提升速度-负载廓线和下降速度-负载廓线：即在表明相邻燃料元件卡住或接触的负载值的情况下适配行进速度。此外，在提升速度-负载廓线和下降速度-负载廓线中可以考虑其他的已知参数，即例如燃料元件在燃料元件容器中的位置和/或燃料元件的可能求出的弯曲和扭转。

22、特别地，可以规定：提升和/或下降可以潜在地在围绕预先已知的潜在的碰撞区域的安全区域中沿着行进路径以提升速度或下降速度、特别是以减小的第三提升速度或减小的第三下降速度来进行，其中在所述碰撞区域中会潜在地出现要提升或下降的燃料元件与燃料元件容器的部件和/或处于燃料元件容器中的一个或多个相邻的燃料元件的碰撞，所述第三下降速度相对于安全区域之外的提升速度或下降速度减小。与之相对，预先已知的潜在的碰撞区域之外的提升或下降可以以较大的提升或下降速度来进行。预先已知的潜在的碰撞区域之外的提升速度优选地对于小于或等于预定的负载上限值的当前测量的负载可以对应于上面提到的第一提升速度。类似地，对于大于或等于预定的负载下限值的当前测量的负载，预先已知的潜在碰撞区域之外的下降速度可以优选地对应于上述第一下降速度。

23、此外，优选地，减小的第三提升速度对于大于预定的负载上限值的当前测量的负载可以对应于上述减小的第二提升速度。以相同的方式，减小的第三下降速度对于小于预定的负载下限值的当前测量的负载可以对应于上述减小的第二下降速度。例如，减小的第三提升速度和减小的第三下降速度可以为0.7m/min。

24、一个或多个预先已知的潜在碰撞区域尤其可以——至少部分地——通过沿行进路径的一个或多个位置给出，在所述位置处，要提升或要下降的燃料元件的一个或多个间隔件与(仍然或者已经)位于燃料元件容器中的一个或多个相邻的燃料元件的一个或多个相应的间隔件彼此并排地沿着行进路径位于基本上相同的高度上并且在提升或下降时彼此上下滑动，其中借助要提升或要下降的燃料元件的一个或多个间隔件将形成燃料元件的燃料棒在燃料元件中保持就位。

25、按照根据本发明的方法的一个有利的设计方案，对于从燃料元件容器卸载的每个燃料元件，从沿行进路径的分别测量的负载中确定测量到的负载的最大值或过载的最大值，即测量到的动态负载超过基本负载的最大量[＝对应于要提升或下降的燃料元件的质量和负载设备的位于负载测量装置和燃料元件之间的部件的质量的重力]。此外，在提升时所测量的负载或过载的分别确定的最大值可以在再现燃料元件在燃料元件容器中的布置的图表中在相应的燃料元件的对应的位置处示出。这实现系统性地、尤其在线(立即)可用地检测燃料元件容器中的位置，在所述位置中产生负载或过载的提高的最大值进而以提高的概率产生在装载/卸载过程期间的问题。因为燃料元件容器中的条件在燃料元件的不同位置处会是不同的，所以燃料元件的变形(特别是弯曲和/或扭转)也会与燃料元件容器中的位置相关。变形与位置的相关性通过运行期间在燃料元件容器中的温度和热液压力的分布确定。此外，图表中的表示实现长期检测如下位置：在所述位置中增加地引起提高的力。该图表可以作为未来改进布置或装载/卸载过程的基础。

26、按照根据本发明方法的一个有利的设计方案，对于已卸载的或要装载的每个燃料元件，确定燃料元件横向于燃料元件的纵轴线的弯曲和/或燃料元件围绕燃料元件纵轴线的扭转。燃料元件的弯曲和/或扭转促进在装载/卸载过程中燃料元件的接触或卡住。然后，如此确定的燃料元件变形——优选与其他数据一起——可以形成优化的装载和卸载图表的基础。例如，结合沿着行进路径的负载或过载的最大值的值，可以建立在负载或过载的最大值和燃料元件的变形之间的关联。

27、按照根据本发明的方法的一个特别有利的设计方案规定：为了重新装载和/或卸载燃料元件容器，基于负载或过载的对于每个卸载的燃料元件所确定的最大值确定燃料元件容器中要占据的位置和/或如下顺序：将燃料元件以所述顺序装载到燃料元件容器或从其中卸载。

28、按照根据本发明的方法的一个有利的设计方案，弯曲和/或扭转的确定通过燃料元件外侧处的参考点的光学位置测量来进行，其中参考点围绕环周且沿着燃料元件的纵轴线分布。通过上述点处的多个参考点的位置测量，可以基本上创建燃料元件的弯曲和可能的扭转的完整图像，这又结合沿着行进路径的动态负载的经验值提供有用信息：即燃料元件可以以何种程度在哪个部位处变形，使得还可以毫无问题地卸载或装载。

29、按照根据本发明方法的另一有利的设计方案，参考点位于燃料元件的至少一个间隔件上，借助所述间隔件将形成燃料元件的燃料棒在燃料元件中保持就位。由此，参考点有利地直接附接在燃料元件的对装载和卸载关键的部位处，即间隔件处。所述间隔件尤其由于燃料元件变形而可以接触相邻的燃料元件的间隔件之一或者与其卡住。

30、按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，为了将燃料元件重新装载到燃料容器中和/或从其中卸载，基于对于燃料元件确定的弯曲和/或扭转确定燃料元件容器中的要占据的位置和/或如下顺序：将燃料元件以所述顺序装载到燃料元件容器或从其中卸载。这提供以下优点：可以将燃料元件布置在燃料元件容器中，使得相邻的燃料元件在卸载和装载时不会由于其变形而可能接触或卡住。

31、按照根据本发明的方法的又一有利的设计方案，基于在提升时根据燃料元件沿着行进路径的位置当前测量到的负载确定将燃料元件重新装载到燃料元件容器中的下降速度-行进路径廓线。典型地，沿着行进路径在装载和卸载燃料元件时的负载取决于诸如要装载或要卸载的燃料元件和相邻的燃料元件的变形以及间隔件在燃料元件处的位置的条件。通过创建将燃料元件重新装载到燃料元件容器中的下降速度-行进路径廓线在沿着行进路径的关键位置中可以有利地对应于该条件适配下次装载的速度。

32、按照根据本发明的方法的一个有利的设计方案，基于在提升时的根据燃料元件沿着行进路径的位置当前测量的负载和/或基于对于燃料元件确定的弯曲和/或扭转对燃料元件检查在卸载时形成的任何损坏。这提供如下优点：对燃料元件检查任何损坏有针对性地集中于燃料元件的如下部位：在所述部位处燃料元件最可能损坏。典型地，这一方面是在卸载时引起提高的负载的部位，并且另一方面是具有显著变形的部位。由此可以优化燃料元件的检查进而又节约时间。

33、同样地，也可以基于在提升时的根据燃料元件沿着行进路径的位置当前测量的负载和/或基于对于燃料元件确定的弯曲和/或扭转对燃料元件容器检查在卸载时形成的任何损坏，所述燃料元件容器尤其在此是燃料元件紧凑储存器、湿式储存器、运输容器或运输和储存容器。

34、除非另有说明，在包括权利要求书的专利说明书中使用的单数形式“一/一个”和“该”也包括相应的复数形式。如果本发明的特征与表述“或”组合，则表述“或”还包括“和”，除非从描述中显而易见表述“或”应被解释为被排除。