Método para insertar pastillas de combustible nuclear dentro de un elemento de vaina de barra de combustible,

que comprende: proporcionar un elemento de vaina; proporcionar pastillas de combustible nuclear alineadas en una columna sobre una mesa de formación de segmentos (44); iluminar una longitud predefinida de la columna de pastillas de combustible nuclear con un láser (36); retirar cualquier pastilla de combustible nuclear no iluminada de la mesa de formación de segmentos (44); medir la longitud de la columna de pastillas de combustible nuclear con una cámara (38) mientras que columna de pastillas de combustible nuclear está en la mesa de formación de segmentos (44); comparar la longitud de la columna de pastillas de combustible nuclear con una longitud de diseño esperada; e incorporar la columna de pastillas de combustible nuclear dentro del elemento de vaina cuando la longitud medida de la columna de pastillas de combustible nuclear está dentro de un valor umbral de la longitud de diseño esperada.

Sistema de formación de segmentos y método para fabricar barras de combustible nuclear

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la producción de barras de combustible para conjuntos de combustible nuclear de reactores de agua ligera. Más específicamente, la presente invención proporciona un sistema de formación de segmentos y el método que es usado para incorporar las pastillas de combustible nuclear dentro de la vaina de barra de combustible nuclear durante la producción de barras de combustible nuclear para conjuntos de combustible nuclear.

Información de antecedentes

La producción de combustible nuclear es a menudo costosa y complicada debido a la cantidad de etapas de precaución que es necesario acometer durante la producción del combustible. Para producir un combustible nuclear seguro, las barras de combustible nuclear son diseñadas con varios componentes diferentes, teniendo cada uno de los componentes un propósito técnico específico. El componente más interno es generalmente un material cerámico enriquecido con uranio que tiene la forma de una pastilla. Las pastillas individuales son colocadas de extremo a extremo formando una columna. Las pastillas son después colocadas dentro de una barra alargada hecha de metal resistente a la corrosión llamada vaina de combustible. Las pastillas de combustible nuclear son cargadas dentro de la vaina de combustible generalmente según varias tecnologías. El material cerámico enriquecido con uranio es protegido del desgaste mecánico y químico mediante la vaina de combustible durante la operación del reactor. Cuando es fabricada originalmente, la vaina de combustible nuclear está abierta (no sellada) por los dos extremos de la barra. Una primera pieza final inferior puede ser soldada sobre la vaina. Después, la vaina es llenada con las pastillas de combustible nuclear. Finalmente, una pieza final superior es soldada al extremo abierto que queda de la vaina de combustible formándose así una barra de combustible completa. Como precaución, son incluidos también resortes y/o otros dispositivos dentro del volumen encapsulado por la vaina de combustible para permitir que las pastillas de combustible de uranio se hinchen y se desplacen en la vaina de combustible dentro de límites prescritos. Cada barra de combustible completada es después almacenada por el fabricante de barras de combustible. Una multitud de barras de combustible completadas es configurada después con una disposición paralela separada por espaciadores de conjunto combustible para evitar que las barras de combustible contacten entre sí durante el uso al formar un conjunto combustible.

Las tecnologías usadas actualmente para incorporar las pastillas de combustible nuclear dentro de la vaina de combustible tienen varios inconvenientes y, por tanto, no son económicamente eficientes. Debido a la naturaleza sensible de los componentes implicados, la producción de barras de combustible nuclear requiere comprobaciones de aseguramiento de la calidad para asegurar que no se producen defectos durante la producción de las barras de combustible nuclear. Para eliminar el error humano, muchos sistemas y tecnologías intentan usar sistemas automatizados para eliminar la implicación del obrero en el proceso. El documento US 4 980 119 describe un sistema de carga de barras de combustible nuclear automatizado. Aunque bien intencionados, los sistemas automatizados deben ser diseñados con mucho cuidado de manera que durante la fabricación de la barra combustible no se produzcan piezas y/o partes sueltas que atasquen la máquina y detengan la producción. La creación de estos sistemas automatizados es extremadamente complicada y los sistemas creados son propensos a error debido a la incapacidad de los diseñadores para predecir con precisión los modos de fallo y los problemas que aparecen durante la producción de las barras de combustible.

En los sistemas de carga automatizados actuales, las pastillas de combustible nuclear son retiradas de un elevador de pastillas de combustible y transferidas por un transportador a una mesa de formación de segmentos. Las pastillas son cargadas y descargadas del elevador de pastillas de combustible con la ayuda de un lector de código de barras que restringe la entrada y la salida de las pastillas de combustible nuclear del elevador de pastillas de combustible. Las pastillas de combustible son retiradas de la bandeja de pastillas de combustible que lleva las pastillas y colocadas en una mesa de formación de segmentos. Las pastillas de combustible son colocadas en una orientación paralela y después compactadas por un dispositivo empujador para formar columnas de material cerámico que contiene uranio. El dispositivo empujador está conectado a un transformador diferencial variable lineal que está configurado para proporcionar una señal de salida eléctrica. La señal es después leída y es determinada la longitud total de la columna de pastillas de combustible individuales. Un ordenador compara después una especificación de diseño total para la barra de combustible con la señal de salida obtenida del transformador diferencial variable lineal. Si la diferencia entre el valor de diseño esperado de la longitud de la columna de pastillas de combustible nuclear y el valor medido encuentra un valor umbral predeterminado, la vaina de barra de combustible es entonces cargada con la columna de pastillas nucleares. Si la longitud total de la columna de pastillas de combustible está fuera del valor umbral, las pastillas de combustible son rechazadas de la mesa de formación de segmentos. Una tapa final superior es después soldada por el lado abierto existente de la vaina de barra de combustible, completándose así la barra de combustible nuclear.

Los sistemas automatizados que sólo usan transformadores diferenciales variables lineales no pueden identificar las pastillas de combustible dañadas que son posicionadas en la mesa de formación de segmentos. Estos sistemas

automatizados simplemente comprueban una longitud total del material nuclear que va a ser incorporado dentro de la vaina y no realizan ninguna otra comprobación de aseguramiento de la calidad durante la fabricación de la barra de combustible nuclear. Por tanto, si una pastilla de combustible nuclear individual está agrietada, las pastillas de combustible agrietadas serán cargadas dentro de la barra de combustible nuclear siempre que la longitud total de la columna de pastillas de combustible nuclear esperada esté dentro de parámetros de diseño establecidos. En el caso de una pastilla de combustible con forma irregular, siempre que la longitud total de la columna de pastillas de combustible esté dentro de los parámetros de longitud total esperados, la pastilla de combustible agrietada será incorporada a la vaina de barra de combustible nuclear. Si la pastilla de combustible es de una forma irregular, la pastilla se trabará en la vaina ajustada estrechamente y, por tanto, atascará las operaciones de carga. Un operario debe entonces retirar las pastillas de combustible nuclear de la mesa de formación de segmentos. El aparato de carga debe entonces ser reiniciado y debe ser proporcionada una nueva bandeja de combustible a la mesa de formación de segmentos para que continúe la producción de barras de combustible nuclear. La descarga de las múltiples pastillas de combustible nuclear de la mesa de formación de segmentos mientras que está en estado atascado requiere numerosas operaciones manuales que de este modo frenan la producción de barras de combustible nuclear. Este atasco repercute en la capacidad de producción total del dispositivo de formación de segmentos y limita de forma severa la productividad.

Un inconveniente adicional de otros sistemas de carga de pastillas de combustible es que estos sistemas requieren el ajuste fino continuo de los sistemas transformadores diferenciales variables lineales para medir con precisión las longitudes de las columnas de pastillas de combustible nuclear presentes en la mesa de formación de segmentos. Son necesarios grandes números de transformadores diferenciales variables lineales para que las columnas de pastillas de combustible en la mesa de formación de segmentos proporcionen una medida precisa de las columnas de pastillas de combustible presentes. Existe, por tanto, la necesidad de proporcionar un sistema que mida con precisión las columnas de pastillas de combustible nuclear presentes en la mesa de formación de segmentos.

Existe también la necesidad de proporcionar un aparato y un método que permita que un operario realice comprobaciones de aseguramiento de la calidad adicionales de las pastillas de combustible nuclear durante... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIONeS

1. Método para insertar pastillas de combustible nuclear dentro de un elemento de vaina de barra de combustible, que comprende: proporcionar un elemento de vaina; proporcionar pastillas de combustible nuclear alineadas en una columna sobre una mesa de formación de segmentos (44) ; iluminar una longitud predefinida de la columna de pastillas de combustible nuclear con un láser (36) ; retirar cualquier pastilla de combustible nuclear no iluminada de la mesa de formación de segmentos (44) ; medir la longitud de la columna de pastillas de combustible nuclear con una cámara (38) mientras que columna de pastillas de combustible nuclear está en la mesa de formación de segmentos (44) ; comparar la longitud de la columna de pastillas de combustible nuclear con una longitud de diseño esperada; e incorporar la columna de pastillas de combustible nuclear dentro del elemento de vaina cuando la longitud medida de la columna de pastillas de combustible nuclear está dentro de un valor umbral de la longitud de diseño esperada.

2. Método para insertar pastillas de combustible nuclear dentro de un elemento de vaina de barra de combustible según la reivindicación 1, en el que la etapa de incorporación de la columna de pastillas de combustible nuclear dentro del elemento de vaina de barra de combustible se realiza mediante la vibración de una mesa (28) sobre la que descansa la columna de pastillas de combustible nuclear, de manera que la vibración hace que las pastillas de combustible entren dentro de la vaina de barra de combustible nuclear.

3. Método para insertar pastillas de combustible nuclear dentro de un elemento de vaina de barra de combustible según la reivindicación 1, en el que la etapa de proporcionar la columna de pastillas de combustible nuclear a ser incorporada dentro del elemento de vaina es realizada por un operario que transfiere manualmente una placa de pastillas nucleares desde una cámara (12) de pastillas de combustible a la mesa de formación de segmentos (44) .

4. Método para insertar pastillas de combustible nuclear dentro de un elemento de vaina de barra de combustible según la reivindicación 1, que comprende: proporcionar el elemento de vaina de barra de combustible que tiene un código de barras en el exterior del elemento de vaina; leer el código de barras en el elemento de vaina; transportar el elemento de vaina a una cola de entrada de un cargador de barras; colocar el elemento de vaina en rodillos separadores, estando los rodillos separadores configurados para separar las vainas entre sí, elevar el elemento de vaina sobre una mesa de vibración; retener la vaina con una herramienta de sujeción de barra; insertar el elemento de vaina dentro de embudos de pastillas, estando los embudos de pastillas configurados para recibir pastillas de combustible y transportar las pastillas de combustible dentro de la vaina; medir la longitud acumulada de las pastillas de combustible en filas en la mesa mediante el uso de transformadores diferenciales variables lineales; en el que la etapa de proporcionar las pastillas de combustible nuclear alineadas en una columna en una mesa de formación de segmentos incluye las etapas de: proporcionar las pastillas de combustible, estando las pastillas de combustible almacenadas en cámaras de pastillas; girar las cámaras de pastillas a una posición para permitir que un operario retire manualmente una placa de pastillas que contiene las pastillas de combustible; retirar manualmente la placa de pastillas de la cámara de pastillas que contiene las pastillas de combustible nuclear; desplegar un tope de segmento a través de una mesa de formación de segmentos (44) para recibir las pastillas de combustible nuclear; descargar las pastillas de combustible nuclear de la placa de pastillas sobre la mesa de formación de segmentos, siendo posicionadas las pastillas de combustible nuclear contra el tope de segmento; empujar las pastillas sobre la mesa contra el tope de segmento, yen el que la etapa de incorporar la columna de pastillas de combustible nuclear dentro del elemento de vaina cuando la longitud medida de la columna de pastillas de combustible nuclear está dentro de un valor de umbral de la longitud de diseño esperada incluye las etapas de: retirada de las pastillas de combustible de la mesa que no verifican la longitud correcta de la especificación de diseño; transferencia de las pastillas de combustible de la mesa que han sido verificadas a una cola de entrada a la mesa vibratoria y carga por vibraciones de las pastillas de combustible desde la mesa dentro de la vaina de barra de combustible.

5. Método según la reivindicación 4, que comprende además liberar la herramienta de sujeción de barra; y comprobar un espacio hueco de la vaina.

6. Método según la reivindicación 5, en el que la comprobación del espacio hueco de la vaina incluye insertar una barra calibrada dentro de un extremo abierto de la vaina de barra de combustible y leer la longitud del espacio hueco.

7. Método según la reivindicación 4, que comprende además iluminar lateralmente los componentes de empuje de las pastillas en la mesa de formación de segmentos (44) antes de la etapa de medir la longitud acumulada de las pastillas de combustible en filas que permanecen en la mesa mediante el uso de la cámara.

8. Dispositivo para cargar pastillas de combustible nuclear dentro de una vaina de combustible nuclear, que comprende: una cámara (12) de pastillas de combustible para sujetar las placas de pastillas de combustible; una mesa de formación de segmentos (44) para sujetar las pastillas de combustible; un láser (36) posicionado para iluminar una longitud predefinida de una columna de pastillas de combustible nuclear en la mesa de formación de segmentos, en el que la longitud predefinida de la columna de pastillas de combustible nuclear iluminada por el láser

(36) corresponde a las pastillas de combustible nuclear a ser incorporadas a la vaina de combustible nuclear; una cámara (38) posicionada para obtener datos relativos a la longitud total de los elementos de combustible posicionados en la mesa de formación de segmentos; una mesa vibratoria (28) posicionada para recibir pastillas de combustible desde la mesa de formación de segmentos, haciendo vibrar la mesa vibratoria (28) las pastillas de

combustible dentro de una vaina de combustible; un dispositivo de empuje (34) de pastillas en el que el dispositivo de empuje (34) de pastillas está dispuesto para mover los elementos de combustible desde la mesa de formación de segmentos (44) a la mesa vibratoria (28) ; un ordenador conectado a la cámara (38) configurado para recibir los datos desde la cámara (38) y comparar los datos con una especificación de diseño, estando configurado el 5 ordenador además para indicar a un operario el resultado de la comparación; y una disposición para manipular la vaina de combustible, incluyendo la disposición un dispositivo cargador de barras para recibir las vainas de combustible dentro de la disposición y un dispositivo de alimentación para alimentar la vaina de combustible a una posición en la que la vaina puede recibir pastillas de combustible desde la mesa vibratoria y una disposición de embudo de pastillas para ayudar en la transferencia de pastillas de combustible desde la mesa vibratoria a la vaina de combustible.