Juni 2012
Hantering av skadade styrstavar
Johannes Hillgren
Malin Stensson
Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten
Besöksadress:
Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0
Postadress:
Box 536 751 21 Uppsala
Telefon:
018 – 471 30 03
Telefax:
018 – 471 30 00
Hemsida:
http://www.teknat.uu.se/student
Hantering av skadade styrstavar
Handling of damaged control rods
Johannes Hillgren & Malin Stensson
The thesis was performed at Forsmarks Kraftgrupp AB in the department of mechanical engineering, FTCM.
Forsmark nuclear power plant has had problems with cracks in some of the control rods which are placed in the reactor at Forsmark 3. To investigate the cause of this, material samples were taken from five of the damaged control rods. This sampling of the rods resulted too short rods to be transported in the shipping container to the interim storage facility for used nuclear fuel in Oskarshamn.
Control rods are crucial components in a nuclear reactor, regulating the reactor effect by blocking or unblocking fuel rods. Control rods which have been in the reactor are always handled under water in order to protect against the radiation they emit.
The task was to design a control rod adapter that extends the control rod so
transport can be performed from Forsmark. The goal of the work was a complete set of blueprints so the control rod adapter can be manufactured and mounted on the short control rods and then be transported to the interim storage facility.
The work began with mapping of how control rods normally being handled from the reactor to the interim storage facility. With the mapping as a basis, a requirement specification was made. From the specification and the information from the mapping different concepts were sketched. The concepts were evaluated and improved to a final concept, which was then drawn up with the CAD-program Inventor. Materials for the various features were selected and calculations were performed in
calculation-program ANSYS 13.0. Finally, blueprints were produced of the control rod adapter.
The control rod adapter meets the requirement specification. It is easy to mount and has a robust design. A prototype should be manufactured to enable practical testing to verify that the control rod adapter works as planned.
Ämnesgranskare: Hugo Nguyen Handledare: Anders Magnusson
Examensarbetet utfördes åt Forsmarks Kraftgrupp AB på avdelningen för mekanisk konstruktion, FTCM.
Forsmarks kärnkraftverk har haft problem med sprickor i ett antal styrstavar som sitter i reaktorn på Forsmark 3. För att utreda orsaken så kapades materialprover ut från fem av styrstavarna med sprickbildning. Detta resulterade i att styrstavarna blev för korta vilket medförde att de inte kunde transporteras i den särskilda transportbehållaren till mellanlagret för använt kärnbränsle i Oskarshamn.
Styrstavar sitter i reaktorn tillsammans med bränslet och deras uppgift är att reglera
effekten i reaktorn. Hantering av styrstavar som suttit i reaktorn sker alltid under vatten för att skydda mot den radioaktiva strålningen.
Uppgiften gick ut på att konstruera en styrstavsadapter som förlänger styrstaven så att transport från Forsmark kan utföras. Målet med arbetet var ett komplett ritningsunderlag så styrstavsadaptern kan tillverkas och monteras på de korta styrstavarna för att sedan
transporteras till mellanlagret.
Arbetet började med att kartlägga hur styrstavshanteringen sker i normala fall från reaktorn till mellanlagret. Med kartläggningen som grund upprättades en kravspecifikation och utifrån den samt informationen från kartläggningen togs olika koncept fram. Koncepten utvärderades och förbättrades till ett slutkoncept som sedan ritades upp i CAD-programmet Inventor. Material för de olika detaljerna valdes och beräkningar utfördes i
beräkningsprogrammet ANSYS 13.0. Slutligen så togs ritningar fram på styrstavsadaptern.
Den konstruerade styrstavsadaptern uppfyller kravspecifikationen. Den är bland annat lätt att montera och har en robust konstruktion. En prototyp bör tillverkas så att praktiska tester kan utföras för att kontrollera att styrstavsadaptern fungerar som planerat.
Nyckelord: Styrstavshantering, Styrstav, Styrstavsadapter
II
Examensarbetet i maskinteknik utförs för Vattenfall på Forsmarks kärnkraftverk med inriktning på hantering av skadade styrstavar. Först vill vi tacka vår handledare Anders Magnusson för all hjälp genom arbetet. Vi skulle även vilja tacka vår ämnesgranskare Hugo Nguyen och biträdande handledare Sam Ogden.
Andra personer vi vill tacka för deras hjälp och stöd under projektet är:
Från Forsmarks Kraftgrupp AB Björn Molander
Ulf Engrup Peter Johansson
Från Svensk Kärnbränslehantering AB
Maria Runermark, Fredrik Bäck och Anders Persson på Clab Linda Bergman och Oskar Säbb på SFR
Forsmark, Maj 2012
Johannes Hillgren Malin Stensson
1 Inledning ... 1
1.1 Bakgrund ... 2
1.2 Mål ... 2
1.3 Uppgift ... 2
1.4 Avgränsningar ... 3
1.5 Metodik ... 3
2 Kartläggning ... 5
2.1 Styrstav ... 5
2.2 Reaktorhall Forsmark ... 7
2.2.1 Laddmaskin ... 8
2.2.2 Styrstavsställ ... 9
2.3 SKB ... 10
2.3.1 Transportflaska ... 10
2.3.2 Kassett ... 10
2.3.3 Terminalfordon ... 11
2.3.4 M/S Sigyn ... 11
2.3.5 SFR ... 12
2.3.6 Clab ... 13
2.4 Processen för byte av styrstavar ... 14
3 Kravspecifikation ... 19
4 Koncept ... 21
5 Styrstavsadapter ... 27
5.1 Montering ... 28
5.2 Material ... 29
5.2.1 SS 2333-02 (EN 1.4301) ... 29
5.2.2 SS 2331-43 (EN 1.4310) ... 29
5.3 Beräkningar ... 30
5.4 Krav och lösning ... 36
5.5 Förslag för tillverkning ... 37
6 Diskussion ... 39
7 Slutsats ... 41
7.1 Rekommendationer ... 41
Referenser ... 43
IV
Figur 2.2 Översikt av reaktorhallen med bassängerna för F1 och F2 ... 7
Figur 2.3 Laddmaskinen på F1... 8
Figur 2.4 Ställ med styrstavar ... 9
Figur 2.5 Styrstavarnas placering i kassetten ... 10
Figur 2.6 Terminalfordon med en TB och tillhörande lastbärare ... 11
Figur 2.7 M/S Sigyn ... 12
Figur 2.8 Bassäng med använt kärnbränsle och härdkomponenter... 13
Figur 2.9 Transportkokill i plåt ... 15
Figur 2.10 Styrstavsskaftet styr mot tratten i botten på kassetten ... 16
Figur 4.1 Sketch hylsa ... 21
Figur 4.2 Koncept 1 ... 22
Figur 4.3 Koncept 2 ... 22
Figur 4.4 Koncept 3 ... 23
Figur 4.5 Koncept 4 ... 24
Figur 4.6 Slutkoncept ... 24
Figur 5.1 Styrstavsadapter ... 27
Figur 5.2 Styrstavsadaptern ovanifrån ... 27
Figur 5.3 Hake ... 28
Figur 5.4 Von Mises spänning för hylsan ... 30
Figur 5.5 Deformation för hylsan... 31
Figur 5.6 Säkerhetsfaktor för hylsan ... 31
Figur 5.7 Von Mises spänning vid sidolast i hylsan ... 32
Figur 5.8 Von Mises spänning för ett band ... 33
Figur 5.9 Deformation för ett band ... 33
Figur 5.10 Säkerhetsfaktor för ett band... 34
Figur 5.11 Von Mises spänning för ett band vid dragning ... 34
Figur 5.12 Von Mises spänning för en hake ... 35
Figur 5.13 Hylsan ... 37
Tabellförteckning
Tabell 5.1 Materialspecifikation SS 2333-02... 29Tabell 5.2 Materialspecifikation SS 2331-43... 29
Tabell 5.3 Krav och lösning ... 36
1 Inledning
Forsmarks kärnkraftverk startades på 1980-talet och ägs till störst del av Vattenfall men även av Mellansvensk kraftgrupp och E.ON Kärnkraft Sverige. De har en omsättning på 5 miljarder SEK och kärnkraftverket producerar 20-25 TWh el årligen. Forsmarks Kraftgrupp AB har 1050 anställda och ungefär lika många konsulter. [1]
I kärnkraftverkets reaktorer finns styrstavar som styr reaktorns reaktivitet. En styrstav består av tre delar, blad, skaft och förlängare. När styrstaven är förbrukad så demonteras förlängaren från styrstavens skaft, förlängaren skrotas som medelaktivt avfall och styrstaven transporteras i en transportflaska till Clab1 i Oskarshamn som tillhör SKB2. Vid Forsmarks kärnkraftverk finns det ett antal styrstavar som skadats under drift.
Styrstavarna har fått sprickor i skaften och orsaken till sprickorna visade sig vara termisk utmattning till följd av ett materialbyte.
Ur de styrstavar som blivit skadade har materialprover kapats bort från styrstavens skaft vilket gör att de inte går att transportera i transportflaskorna då verktyget inte kan släppa dem eftersom de inte når ner till botten av transportflaskan.
Materialprover har tagits från fem olika styrstavar. Fyra av styrstavarna är av samma
modell med så kallat fast skaft och proverna har tagits på samma ställe vilket har resulterat i att de har samma längd. Den femte är en modell med sprint och är kapad så att den är kortare än de andra. Se bilaga 1-5.
2
1.1 Bakgrund
Vid Forsmark kärnkraftverk framställs elektricitet med hjälp av kokvattenreaktorer. I reaktorhärden sitter bränslepatroner som innehåller urankutsar. Mellan bränslepatronerna uppstår kedjereaktioner då atomerna klyvs, så kallad fission. Vid reaktionerna bildas
mycket värme som används för att omvandla vatten till ånga som driver verkets ångturbiner som i sin tur driver generatorerna som genererar ström.
För att reglera effekten i reaktorn använder man styrstavar som sitter mellan fyra stycken bränslepatroner. Regleringen sker genom att de skjuts upp mellan bränslepatronerna eller dras ned. När styrstavarna regleras ner så har bränslepatronerna mer kontakt med varandra vilket ökar effekten. För att bromsa kärnklyvningen skjuts styrstaven upp helt och täcker då hela bränslepatronerna.
I en av Forsmarks reaktorer upptäcktes det att en av styrstavarnas skaft hade gått av och när de andra styrstavarna kontrollerades hittades sprickor i flera av dem. För att utreda
bakomliggande orsaker kapades provbitar ur fem av dem.
1.2 Mål
Målet med projektet var att ta fram konstruktionsritningar på en styrstavsadapter som ska möjliggöra transport av de kapade styrstavarna. Adaptern skulle utformas så att den
befintliga utrustningen vid Forsmarks kärnkraftverk och Clab kunde användas, till exempel transportflaskorna.
1.3 Uppgift
Examensarbetet utfördes åt Forsmarks Kraftgrupp AB på avdelningen FTCM som är en konstruktionsavdelning.
Uppgiften gick ut på att ta fram tillverkningsritningar på en styrstavsadapter för de kapade styrstavarna. Styrstavsadaptern skulle konstrueras så att den var lätt att montera eftersom hopsättningen sker i bassänger med verktyg från ytan eftersom strålningsnivåerna på styrstavarnas blad är mycket höga.
En kartläggning av processen genomfördes för att få information om styrstavshanteringen samt för att ta fram en kravspecifikation för styrstavsadaptern.
1.4 Avgränsningar
I kartläggningen av hanteringen så beskrivs endast processen från uttagning ur reaktorn till slutförvar för styrstavarna, inte tillverkning av styrstavarna eller montering av styrstavarna i reaktorn.
För att montera styrstavsadaptern så behövs ett verktyg, konstruktionen för detta verktyg ingår inte i examensarbetet.
1.5 Metodik
Arbetet började med att en kartläggning av styrstavshanteringen på Forsmarks kärnkraftverk samt vid Clab i Oskarshamn utfördes för att se vilka resurser och begränsningar som fanns i processen.
För att få information om styrstavshanteringen så ställdes frågor till personal med kunskap inom de olika områdena i hanteringen. Återkommande besök gjordes i reaktorhallarna på Forsmark 1 och Forsmark 3. På Forsmark 3 så studerades bland annat en upptransport av en transportflaska till reaktorhallen. Studiebesök gjordes vid Clab i Oskarshamn samt vid SFR3 i Forsmark.
Kartläggningen gav information så att en kravspecifikation kunde upprättas.
Olika koncept togs fram utifrån kravspecifikationen samt informationen som erhållits vid kartläggningen. Koncepten visades för intressenter av projektet så de kunde ge kritik.
Därefter arbetades koncepten om till ett förslag.
När handledaren och andra intressenter godkänt förslaget så ritades modellen upp i CAD- programmet Inventor. Beräkningar utfördes i ANSYS 13.0 och slutligen utarbetades konstruktionsritningar för styrstavsadaptern.
4
2 Kartläggning
2.1 Styrstav
Styrstaven är uppbyggd av huvudsakligen tre delar, bladen, skaftet och förlängaren. Bladen, fyra till antalet, är den översta delen av styrstaven. Dessa sitter på var sin sida på styrstaven i en kryssform. Överst på bladen sitter ett handtag så styrstavarna kan lyftas av ett verktyg vid förflyttning och montage. Under bladen sitter skaftet som är fastsvetsat i bladen. Längst ner på styrstaven sitter förlängaren, den är fäst i skaftet och har i andra änden ett fäste för montering i drivdonet. Det finns olika versioner av styrstavar där förlängaren är fäst i skaftet på olika sätt. Den ena versionen har en infästning med hjälp av en sprint medan den andra har ett svetsförband för att fästa delarna i varandra. Förlängaren är den del som tas bort innan styrstaven placeras i transportflaskan. [2]
Styrstavarna sitter i reaktorn mellan bränslecellerna för att reglera effekten i reaktorn, det görs genom att styrstavarna skjuts upp mellan bränslecellerna för att minska effekten och dras ned för att öka effekten. Förlängaren sitter nedanför härden och utsätts inte för någon högre strålning, vilket medför att den inte blir lika radioaktiv som bladen.
När styrstavarna sitter i reaktorn tillsammans med bränslepatronerna så bildar dessa tillsammans en supercell. En supercell består av en styrstav och fyra bränslepatroner där bränslepatronerna sitter på var sin sida om styrstavens kryssform.
Styrstavarna är tillverkade i rostfritt stål, i bladen borras kanaler som sedan fylls med borkarbid och svetsas igen. I figur 2.1 så syns de horisontella kanalerna i bladen.
Borkarbidens uppgift är att absorbera neutroner och på så sätt bromsa kärnklyvningsreaktionen. [3]
6 Figur 2.1 Styrstav
Styrstaven är 6400 mm lång och 270 mm bred vid bladen [2]. Skaftet har en diameter på 81 mm och förlängaren har en diameter på 70 mm [4]. Styrstaven väger 160 kg [2] och när förlängaren är demonterad så väger styrstaven 100-110 kg. En styrstavs livslängd kan variera mycket. Det finns styrstavar som har varit i drift sedan 1980-talet men ibland byts de ut redan efter 10 år [5]. Styrstavarna kontrolleras en gång om året under revision och byts ut vid behov.
Forsmarks kärnkraftverk har tre reaktorer, Forsmark 1, 2 och 3 (F1, F2, F3). I F1 och F2 sitter det 161 styrstavar medan det sitter 169 styrstavar i F3 [6].
2.2 Reaktorhall Forsmark
Reaktorhallarna på F1 och F2 är utformade på samma sätt medan reaktorhallen på F3 är utformad lite annorlunda. Vid F3 finns ett permanent utrymme för uppställning av
transportflaskorna när de står bredvid bassängen. Utformningen av bassängerna är dock lika i de tre reaktorhallarna. I reaktorhallarna finns det totalt sex stycken bassänger som är avgränsade med väggar, se figur 2.2. I bassängerna A och E finns det ställ där bränsle och styrstavar förvaras inför vidare transport. I bassäng F ställs den transportflaska ner som används vid transport av bränsle och styrstavar. De tre återstående bassängerna B, C och D är en enda stor bassäng där locket till reaktorn är placerad i C-delen. Det finns dock
möjlighet att avgränsa dessa bassänger med lösa väggar, vilket resulterar i att bassängerna B och D blir tomma. Avgränsningen görs för att förhindra spridning av smuts och spånor till de andra bassängerna när arbeten behöver utföras under vatten. Det är extra viktigt att inga spånor eller dylikt hamnar i reaktorbassängen eftersom dessa då kan falla ner i reaktorn om locket behöver öppnas och kan då skada bränslet.
Bassängerna med vatten har två funktioner. Den ena är att skärma av strålningen från reaktorn och de delar som varit i reaktorn som till exempel använt bränsle, styrstavar och interndelar. Den andra funktionen är att kyla använt kärnbränsle.
Figur 2.2 Översikt av reaktorhallen med bassängerna för F1 och F2
8 2.2.1 Laddmaskin
När ett byte av styrstavar sker på Forsmarks kärnkraftverk används en laddmaskin vilken är placerad över reaktorbassängerna som en brygga, se figur 2.3. På vardera långsidan om bassängerna finns räls som laddmaskinen åker på och i den andra riktningen rör sig
plattformen på bryggan. På så sätt får man de X och Y rörelser som krävs för att nå överallt i bassängerna.
För att navigera i bassängerna så används ett koordinatsystem där alla delar i bassängen har en given position. Vid Forsmark 3 körs laddmaskinen automatiskt efter att man angivit vilken position den ska till, det enda som krävs är att operatören håller in en spak.
Vid Forsmark 1 och 2 så körs laddmaskinen manuellt och man använder kameror för att avläsa positionssystemet. [7]
Figur 2.3 Laddmaskinen på F1
2.2.2 Styrstavsställ
Styrstavsställen är placerade på botten av förvaringsbassängen. Ställen är cirka 4 m höga och rymmer 80 styrstavar vardera, se figur 2.4. På botten av ställen finns rör som är 85 mm i diameter med en tratt för styrning till röret. Styrstavens förlängare ställs i röret när den ännu inte är kapad och när den är kapad så passar även skaftet i röret. På ovansidan av ställen finns öglor för att styra bladen rätt och hindra styrstavarna från att rotera eller vicka.
[8]
Figur 2.4 Ställ med styrstavar
10
2.3 SKB
SKB4 har till uppgift att ta hand om det radioaktiva avfallet som bildas genom olika processer i Sverige, exempelvis kärnkraften och sjukvården. De sköter och planerar även transporterna av det radioaktiva avfallet. SKB har bland annat ett specialbyggt fartyg för att frakta avfall, ett slutförvar för kortlivat radioaktivt driftavfall och ett centralt mellanlager för använt kärnbränsle. Ett slutförvar för använt kärnbränsle och långlivat avfall planeras vara klart att driftsättas omkring år 2025 i Forsmark. [3]
2.3.1 Transportflaska
Transportflaskan för styrstavar kallas för TK och transportflaskan för använt bränsle kallas TB. Det finns totalt två TK och tio TB som kärnkraftverken delar på. TK väger 66 ton, är ungefär 6 m lång och har en diameter på cirka 2 m. Varje transportflaska har en egen tillhörande lastbärare. Lastbärarna för TK och TB ser ungefär likadana ut men med små skillnader för att få bästa anpassning till behållarna. [9]
2.3.2 Kassett
I transportflaskan ställs insatskassetten som styrstavarna placeras i. Den är tillverkad i rostfritt stål och rymmer nio styrstavar, se figur 2.5 [9]. Kassetten är utformad ungefär på samma sätt som styrstavsstället. Styrstaven står på botten av kassetten i ett rör med en diameter på 85 mm och en höjd på 150 mm. Toppen av röret utgörs av en tratt för att styrstaven lättare ska styras på rätt plats. Kassettens totala höjd är 4500 mm. Överst i kassetten sitter öglor som håller styrstavens blad i ytterkanterna så att den inte kan vicka eller vrida sig. [10]
Figur 2.5 Styrstavarnas placering i kassetten
4 Svensk Kärnbränslehantering AB
2.3.3 Terminalfordon
Transportflaskan är fastbultad på en lastbärare och för att lyfta den så finns specialbyggda terminalfordon. SKB äger terminalfordonen som det finns totalt fem stycken av. Ett av fordonen är stationerat på SFR i Forsmark och kallas ”Skalman”. De andra fyra lånas ut till kärnkraftverken när transportflaskor ska fraktas men är normalt stationerade på Clab. Minst ett terminalfordon finns alltid kvar på Clab för att sköta de transporter som sker där.
Terminalfordonet backar in med flaket under lastbäraren och lyfter den från marken med hydraulik så lasten kan transporteras, se figur 2.6. Terminalfordonet väger 154 ton, har 14 hjulpar och har en maxhastighet på 10 km/h. Terminalfordonet har ett kapell som fälls ut över transportflaskan för att skydda den mot smuts och nederbörd. [9]
Figur 2.6 Terminalfordon med en TB och tillhörande lastbärare
2.3.4 M/S Sigyn
M/S Sigyn är ett specialbyggt fartyg som används vid transport av radioaktivt avfall, se figur 2.7. M/S Sigyn transporterar radioaktivt avfall från alla Sveriges kärnkraftverk till Clab och även medelaktivt avfall från kärnkraftverken till SFR i Forsmark. Hon
transporterar också de tomma transportflaskorna och behållarna till kärnkraftverken för lastning av radioaktivt avfall. Fartyget har dubbla bottnar för att öka säkerheten och flytförmågan. Lastutrymmet har plats för 10 lastbärare och två terminalfordon. [9]
12 Figur 2.7 M/S Sigyn
2.3.5 SFR
SFR ligger intill Forsmarks kärnkraftverk. Dit transporteras kortlivat radioaktivt avfall från alla Sveriges kärnkraftverk och även radioaktivt avfall från sjukvård, industrier, forskning, mm. SFR ligger 50 m under Östersjöns botten och har en förvaringskapacitet på 60 000 kubikmeter. Det finns tre bergrum för lågaktivt avfall, ett bergrum för medelaktivt avfall och en silo för medelaktivt avfall.
Avfallet ligger i transportbehållare som, beroende på konstruktion, placeras antingen på eller i olika lastbärare. Lastbärarna transporteras ner i berget av Skalman och placeras vid någon av avlastningsstationerna. Vid stationerna för lågaktivt avfall flyttas avfallet med truck till rätt plats. Trucken har en extra strålskyddad ruta för att inte utsätta föraren för onödig strålning. Vid avlastningsstationerna för medelaktivt avfall sköts allt via fjärrstyrda traverser som körs från ett kontrollrum och övervakas med kameror. Det ena
förvaringsutrymmet för medelaktivt avfall är en betongsilo som fylls via luckor i toppen.
Silon står på en bädd av bentonitlera och sand så den tillåts röra lite på sig. Det andra utrymmet är ett bergsrum liknande det för lågaktivt avfall men bergrummet är indelat i fack med betongväggar för att stoppa strålningen.
SFR planerar att bygga ut sin anläggning med ytterligare 150 000 kubikmeter till omkring år 2020. Utbyggnaden är nödvändig för att ha kapacitet så SFR kan ta emot delar från de reaktorer som ska börja rivas, exempelvis från Barsebäck och Studsvik. [3]
2.3.6 Clab
Clab ligger intill Oskarshamns kärnkraftverk och består av två delar, en byggnad ovan jord och en under. I byggnaden ovan jord finns mottagningshallen, kontor, kontrollrum, garage, mm. Själva mellanlagret finns ca 40 m ner i berget och består av två bergrum med fem förvaringsbassänger i vardera av bergrummen, se figur 2.8 [11]. Bassängerna i bergrummen är placerade i en rad. Bassängen i mitten av raden rymmer 250 kassetter medan de andra har plats för 300 kassetter. Kassettplatserna är till för både använt kärnbränsle och
härdkomponeter där styrstavarna tillhör det senare. Det är också förberett för att kunna göra ett till bergrum i framtiden. [12]
Figur 2.8 Bassäng med använt kärnbränsle och härdkomponenter
14
2.4 Processen för byte av styrstavar
Styrstavsbyten sker under revisioner. Då stoppas reaktorn så underhållsarbeten kan genomföras på platser man inte kan vistas vid under drift.
För att komma åt styrstaven som ska bytas tas locket av från reaktorn och även de interndelar som sitter ovanför bränslet och styrstavarna lyfts undan. Sedan tas de fyra bränslepatronerna som ingår i samma supercell som den styrstav som ska bytas ut för att möjliggöra demontering.
Styrstavarna lyfts upp från reaktorn med laddmaskinen som har ett specialbyggt verktyg för detta. Verktyget sitter fäst på en teleskopisk arm så att den når ner till styrstavarna som sitter 19 m under vattenytan vid F1 och F2 medan de sitter 17 m under vattenytan vid F3 [13]. Styrstavarna sitter fastlåsta med en bajonettfattning nere i reaktorn, så för att få loss dem greppas de av laddmaskinens verktyg som vrider dem 45° [7]. Då har
bajonettfattningen släppt och stavarna kan lyftas upp ur reaktorn. Därifrån flyttas de till ett av de ställ som är placerade på botten av de två förvaringsbassängerna där de förvaras tills de ska kapas.
För att vid behov lättare kunna arbeta med styrstavarnas skaft och förlängare finns det två styrstavsvändare på Forsmarks kärnkraftverk. Där placeras en styrstav som låses fast för att sedan roteras 180° så den nedre delen av styrstaven hamnar uppåt mot vattenytan. Efter att styrstaven är vänd kan styrstavsvändaren även höjas så att den mindre radioaktiva
förlängaren kommer närmare eller över vattenytan. [7]
Styrstavarnas förlängare demonteras för att de ska få plats i transportflaskan, det kan ske på två olika sätt. På modellen med sprint pressas sprinten ut med en hydraulcylinder [13]. När förlängaren är demonterad så är skaftet 350 mm långt, vilket ger styrstaven en total längd av cirka 4380 mm [14]. På modellen med fast skaft så kapas förlängaren av i den kapzon som finns på styrstaven, vilket ger samma längd. Styrstaven har en bestämd längd för att passa i transportflaskan. Om styrstaven är för kort når den inte ner till botten och då kan verktyget inte släppa den. Verktyget har tre krokar som greppar styrstavens handtag och fattningen är låst vid lyft så styrstaven kan bara släppas när något håller i den så verktyget kan åka ner och krokarna släpper [7]. Ett annat problem som kan uppstå med en för kort styrstav är att om man lyckas få ner styrstaven och sedan ska flytta den från kassetten så finns inget tillräckligt litet verktyg som kan få tag i den. Styrstaven får heller inte vara för lång, då går det inte att använda Clabs greppverktyg för att lyfta kassetten ur
transportflaskan eftersom lyftöglorna sitter på insidan av kassetten [15].
Kapningen sker med ett speciellt verktyg som hängs upp i ett ställ uppfäst i bassängkanten.
Styrstaven lyfts från sitt ställ och ställs ner i verktyget vilket då gör att den längden som ska kapas bort alltid blir rätt. När styrstaven ställts ner i verktyget kommer en kaptrissa in i 90°
vinkel från styrstaven och kapar av förlängaren. Styrstaven placeras sedan tillbaka i stället för att invänta transportflaskan medan den avkapade biten faller till botten för att sedan plockas upp när kapningen är klar. [7]
Den avkapade delen av styrstaven (förlängaren) klassas som kortlivat medelaktivt avfall och körs till SFR för slutförvar. Förlängaren kapas upp i bitar på max 1 m för att sedan placeras i en transportkokill tillverkad i plåt med yttermått 1200×1200×1200 mm, se figur 2.9. De mellanlagras sedan i kokill-lagret på Forsmarks kärnkraftverk i väntan på transport till SFR [16]. Därefter placeras kokillerna på en lastbärare för transport med Skalman från kraftverket till SFR som är beläget i närheten av Forsmarks kärnkraftverk. Vid SFR kör Skalman ner kokillerna i berget där de ställs av och flyttas till sin plats med de
fjärrmanövrerade traverserna. När en del av ett bergsrum blir fullt gjuts ett lock ovanpå behållarna för att hålla dem på plats och skydda mot det vatten som kan droppa från berget[17]. Vattnet har en hög salthalt vilket bidrar till en korrosiv miljö som skulle kunna skada kokillerna och andra behållare.
Figur 2.9 Transportkokill i plåt
När transportflaskan som ska laddas med styrstavar har anlänt med M/S Sigyn till Forsmark så kommer terminalfordonet med transportflaskan och kör in den till schaktet som leder upp till reaktorhallen. Med traversen som finns uppe i hallen lyfts transportflaskan av från terminalfordonet och ställs i ett ställ bredvid. När terminalfordonet har åkt ut igen byggs verktyget om för att lyfta transportflaskan från markplan upp till reaktorhallen som ligger på våning 9 på F1 och F2 eller på våning 8 på F3. Det tar ca 30 minuter att få
transportflaskan till hallen från det att man börjat lyfta den från markplanet.
När transportflaskan hissats upp till hallen placeras den i ett ställ även där för att göras i ordning. Transportflaskan fylls med vatten och lyfts sedan ner i F-bassängen som är avsedd för förvaring av transportflaskan och ställs där på botten. Bultarna skruvas bort och locket tas av för att kunna lastas med styrstavar. Styrstavarna greppas i handtaget av ett verktyg med tre krokar och ställs ner i röret i botten av kassetten. Röret har en tratt i den övre delen för att styrstaven lättare ska styra in i röret, se figur 2.10. När transportflaskan är lastad så lyfts den återigen upp på land till det ställ som finns där. Transportflaskan töms på vatten
16
och rengörs noggrant så den inte kan sprida radioaktivt smuts. Innan transport så tas prover på behållarens yta för att se till att strålningsnivåerna är inom godkända gränser [3].
Figur 2.10 Styrstavsskaftet styr mot tratten i botten på kassetten
Transportflaskan lyfts sedan ner till stället som finns på markplan. Verktyget byggs återigen om för att kunna lyfta transportflaskan från stället och lägga den på
terminalfordonet för vidare transport till SKBs M/S Sigyn.
Terminalfordonet med flaskorna backar in i aktern på Sigyn och placerar lastbäraren i lastutrymmet som har strålskärmade väggar. Lastbäraren spänns fast av personal i golvet på lastutrymmet så att de är fixerade vid färd [3].
När M/S Sigyn anländer till hennes hemmahamn vid Clab i Oskarshamn så lossas lastbäraren med transportflaskan från sina fästen. Ett terminalfordon plockar sedan upp lastbäraren med transportflaskan och kör den till mottagningsbyggnaden på Clab [12].
Inne i mottagningsbyggnaden lyfts transportflaskan av terminalfordonet med en travers och in i mottagningshallen via en lucka och ställs i en av Clabs tre avkylningsceller. I
avkylningscellerna kyls använt kärnbränsle eftersom det fortfarande sker reaktioner i transportflaskan som ger värmeutveckling. Styrstavarna behöver inte kylas men ställs där ändå för att transportflaskan ska fyllas med vatten för att sedan flyttas till
urlastningsbassängen. [15]
Transportflaskan flyttas med traversen till en av de två urlastningsbassängerna. Bassängen består av två delar, en behållarbassäng och en urlastningsbassäng. Behållarbassängens vatten är rent (fritt från kontamination) så det är bara vattnet i urlastningsbassängen som är smutsigt (kontaminerat) [15]. Utsidan på transportflaskan kommer under urlastningen endast att vara i kontakt med det rena vattnet vilket gör att saneringen blir mycket lättare än när transportflaskan ställs i kontaminerat vatten.
När transportflaskan kommer från avkylningscellen så ställs den på en platå en bit under vattnet, där släpps hela lyftoket som sitter kvar på transportflaskan. Sedan hämtas en
förlängare som används för att lyfta transportflaskan från platån till botten av bassängen där den placeras på en vagn. Förlängaren används för att traversen inte klarar av att vara under vatten då vajrarna inte är rostfria. [15]
Transportflaskan körs in under urlastningsbassängen med hjälp av vagnen. Upp till urlastningsbassängen finns en tätning, denna tätning tätar också mot transportflaskan när den placerats under urlastningsbassängen. Sedan öppnas den inre delen av tätningen vilket gör att det blir öppet från urlastningsbassängen ner i transportflaskan. En hanteringsmaskin med en teleskopisk arm som går på räls över urlastningsbassängen används för att ladda ur styrstavarna ur transportflaskan. Hanteringsmaskinen körs via förbestämda kordinater av en operatör. När styrstavar lastas ur lyfts hela insatskassetten ur och placeras i ett ställ på botten. För bränsle plockas patronerna ur transportflaskan en och en och placeras i en ny kassett. [15]
I anslutning till urlastningsbassängen finns en bassäng för mellanlagring av kassetter, exempelvis i väntan på att hisskorgen ska bli ledig eller om en bränslekassett inte blir full så kan den stå där tills nästa transportflaska med bränsle kommer in.
När urlastningen är klar tas transportflaskan upp ur bassängen och saneras så den är redo för att användas igen. Men jämna mellanrum utförs service på transportflaskan.[15]
Från urlastningsbassängen flyttas kassetterna med en travers till en hisskorg som är placerad i ena änden av bassängen. Hisskorgen åker sedan in i ett hisschakt där den åker upp. När hisskorgen nått sitt övre läge roterar hela hissanordningen 180° vilket gör att hisskorgen hamnar över hisschaktet som leder ner till förvaringsbassängerna i berget.
Under hela färden står kassetten i hisskorgen som är fylld med vatten. Men hisskorgen i sin tur är inte omsluten av vatten under den tiden som den är i hisschakten utan bara vid start och stopp. Hisschaktet är helt inneslutet och går endast att nå via en servicelucka i taket av schaktet. Hela färden övervakas därför från kontrollrummet via kameror. [15]
När hisskorgen kommit ner med kassetten till bergrummet så åker den ut ur hisschaktet.
Där hämtas kassetten av en hanteringsmaskin. Hanteringsmaskinen flyttar kassetten från hisskorgen till den förutbestämda platsen där kassetten ska förvaras. Förflyttningen sker hela tiden i bassäng för att strålningen ska skärmas av. Även denna hanteringsmaskin körs av en operatör med hjälp av förprogrammerade koordinater. [12]
Hur styrstavarna ska slutförvaras i framtiden är inte bestämt än. Ett slutförvar för långlivat låg- och medelaktivt avfall (SFL) är under planeringsfasen. Drifttagningen är planerad till 2040-talet [18]. Styrstavarna kommer eventuellt ompackas och köras dit för slutförvar.
18
3 Kravspecifikation
Från kartläggningen som genomförts har nedanstående krav tagits fram.
1. Ytterdiametern på styrstavsadaptern ska maximalt vara 85 mm vid den nedre delen som ska passa i kassettens tratt.
2. Innerdiameter på styrstavsadapterns hål för styrstavens skaft ska vara större än 81 mm.
3. Med styrstavsadaptern monterad så ska styrstavens totala längd bli 4380 mm.
4. Styrstavsadaptern ska konstrueras så bladen inte blir tjockare i ytterkanterna.
5. Styrstavsadaptern ska hålla för en vikt på minst 110 kg.
6. Styrstavsadaptern ska tillverkas i rostfritt stål.
7. Styrstavsadaptern ska sitta fast i styrstaven vid lyft.
8. Det ska inte finnas möjlighet för vatten att samlas i styrstavsadaptern, då transportflaskan inte får innehålla vatten vid transport.
9. Enkel montering.
10. Livslängden ska vara lång, då man i nuläget inte vet hur länge styrstavarna kommer förvaras på Clab. Hur de kommer tas om hand efter förvaringen på Clab är inte heller känt.
20
4 Koncept
Några olika koncept på styrstavsadaptrar togs fram utifrån kartläggningen och kravspecifikationen.
Figur 4.1 Sketch hylsa
Figur 4.1 visar själva formen på styrstavsadapterns hylsa. Tanken är att hylsan träs på skaftet av de för korta styrstavarna. Avfasningen görs eftersom diametern på den nedre delen ska vara 70 mm vilket är måttet som styrstavsförlängaren har normalt. Eftersom de korta styrstavarna är kapade i två olika längder så ville vi göra en lösning som passar för båda. Det valdes då att bladen ska vila på den övre delen av styrstavsadaptern så hela förlängaren blir cirka 350 mm. Det övre röret konstrueras då i en längd som passar för de två olika storlekarna.
Figurerna nedan visar olika koncept på hur styrstavsadaptern kan fästas i skaften på de korta styrstavarna.
22 Figur 4.2 Koncept 1
I koncept 1 som visas i figur 4.2 används låsskruvar, en eller två, för att fästa
styrstavsadaptern på styrstavsskaftet. En nackdel med lösningen är att det blir svårt att dra åt låsskruven eftersom monteringen sker under vattnet. Fördelen med konceptet är att tillverkningen är enkel.
Figur 4.3 Koncept 2
Ett annat förslag var att styrstavsadaptern skulle sitta fast i skaftet med friktion. Hullingar skulle då användas för att skapa friktionen, se figur 4.3. Lösningen ansågs för osäker och valdes därför bort. Gängor kunde också användas men då skulle styrstavsskaftet behöva gängas och det skulle helst undvikas. Dels eftersom styrstaven har hög strålningsnivå så arbete nära styrstaven kan inte ske utan då måste ett verktyg byggas vilket tar mycket tid.
Helst ska också spånor eller dylikt i bassängen undvikas eftersom de riskerar att falla ner i reaktorn samt så vill sanering undvikas för att det är mycket arbete.
Figur 4.4 Koncept 3
Koncept 3 som ses i figur 4.4 använder sig av två eller eventuellt fyra par med snäppfästen som fäster på bladen. Hål skulle då behöva göras i bladen för att styrstavsadaptern skulle ha något att fästa i. Konceptet valdes bort av samma anledning som ovan, att styrstaven var tvungen att modifieras. En fördel med denna konstruktion var att monteringen hade blivit enkel när hålen väl var gjorda.
24 Figur 4.5 Koncept 4
På styrstavarna finns hålrum ovanför skaftet där koncept 4 var tänkt att hänga med hjälp av krokar, se figur 4.5. Nackdelen med konceptet var att ett verktyg måste byggas för att vika in krokarna ovanför skaftet då krokarna måste vara i ett utvikt läge för att kunna träs på styrstavsskaftet. Men det positiva med konceptet var att ingen åverkan behövde ske på styrstaven.
Figur 4.6 Slutkoncept
Utifrån koncepten ovanför samt konsultation med intressenter så valdes att kombinera koncept 3 och 4. Utifrån dessa togs ett slutgiltigt koncept fram, se figur 4.6.
Snäppfästena från koncept 3 kombinerades med fästarmarna från koncept 4 vilket gör att man inte behöver något specialverktyg för att pressa in krokarna på styrstavsadaptern.
Fästarmarna kommer istället att pressas undan och fjädra tillbaka av sig själva vid
montering. Materialet i fästarmarna behöver då vara i rostfritt fjäderstål medan resterande detaljer tillverkas i rostfritt stål.
Hålet valdes att vara genomgående för att vatten kan rinna ut eftersom styrstaven inte får transporteras med vatten i transportflaskan.
26
5 Styrstavsadapter
Styrstavsadaptern består av en hylsa, fyra band samt fyra hakar, se figur 5.1.
Figur 5.1 Styrstavsadapter
Hylsans ytterdiameter på den nedre halvan är 70 mm vilket motsvarar originalmåttet för styrstavens förlängare. Hylsans innerdiameter är 83 mm och bladen vilar på hylsan som är 350 mm lång vilket gör att styrstaven blir cirka 4380 mm.
Figur 5.2 Styrstavsadaptern ovanifrån
28
Hålet som syns i figur 5.2 är till för att vattnet som hamnar i styrstavsadaptern ska kunna rinna ut när styrstaven har placerats i transportflaskan. Vid det övre hålet så görs en fasning för att styrstavens skaft lättare ska glida i vid montering.
Figur 5.3 Hake
Hakarna är utformade så att de glider på lätt vid montering samt att de inte glider av när styrstavsadaptern väl är monterad, se figur 5.3.
Haken sitter fast i bandet med två skruvar. De fyra banden med hakarna sitter i sin tur fast i hylsan med tre skruvar vardera. Banden placeras med 90° mellanrum runt hylsan i de frästa spåren. Lösningen gör att bladen inte blir tjockare i ytterkanterna.
5.1 Montering
Styrstavsadaptern pressas på skaftet av de korta styrstavarna vilket gör att monteringen blir enkel. När styrstavsadaptern pressas på styrstaven så fjädrar banden med hakarna över skaftet för att sedan fjädra tillbaka i hålrummen ovanför styrstavens skaft. Banden behöver fjädra cirka 10 mm vardera för att kunna träs på styrstaven eftersom skaftet har en diameter på 81 mm och avståndet mellan hakarna är 61 mm.
Montering kan ske antingen genom att styrstaven placeras i styrstavsvändaren och
styrstavsadaptern pressas på ovanifrån med ett verktyg. En annan lösning är att ett ställ för styrstavsadaptern tillverkas och ställs på botten av bassängen. Där placeras
styrstavsadaptern med sina fästkrokar uppåt. Styrstaven körs sedan till positionen och sänks ned i styrstavsadaptern.
5.2 Material
Materialen valdes utifrån de eftersökta egenskaperna genom att studera olika material och diskutera alternativen med personal på FTCM [19]. Se tabell 5.1 och tabell 5.2 för
materialegenskaper.
5.2.1 SS 2333-02 (EN 1.4301)
Tabell 5.1 Materialspecifikation SS 2333-02
Densitet 7900 kg/m3 [20]
E-modul 200 GPa [20]
Sträckgräns [Rp0,2] 190 MPa [21]
Brottgräns [Rm] 600 MPa [21]
Hylsan och hakarna tillverkas i materialet SS 2333 som är ett rostfritt stål. Stålet är relativt hårt så att den står emot nötningen som kan bildas vid transport. Även egenskaperna för bearbetning är bra vilket är önskvärt vid tillverkning.
5.2.2 SS 2331-43 (EN 1.4310)
Tabell 5.2 Materialspecifikation SS 2331-43
Densitet 7900 kg/m3 [22]
E-modul 190 GPa [22]
Sträckgräns [Rp0,2] 1050 MPa [23]
Brottgräns [Rm] 1400 MPa [23]
Banden tillverkas i materialet SS 2331 som är ett rostfritt fjäderstål. Stålet är ett kallbearbetat fjäderstål vilket ger mycket goda fjäderegenskaper.
30
5.3 Beräkningar
Beräkningarna utfördes i beräkningsprogrammet ANSYS 13.0.
Det som undersöktes hos detaljerna var von Mises spänning, deformation och säkerhetsfaktor.
Figur 5.4 Von Mises spänning för hylsan
Utifrån beräkningarna som gjordes i programmet så kommer konstruktionen inte överstiga sin sträckgräns. Beräkningen utfördes med fyra punktlaster (styrstavens blad) som vardera var på 1100 N. Det motsvarar den vikt som skulle uppkomma om styrstavens vikt
koncentrerades på endast en punkt. Vid den mest kritiska punkten uppgick spänningen till 19 MPa. Se figur 5.4.
Figur 5.5 Deformation för hylsan
Figur 5.5 visar deformationen på modellen när den belastas med 1100 N i varje punkt.
Deformationen är som väntat störst i belastningspunkterna men den är försumbar. Dock kommer nötning vid dessa punkter att uppstå med tiden.
Figur 5.6 Säkerhetsfaktor för hylsan
32
Säkerhetsfaktorn för hylsan vid samma belastning som ovan är minst 13, alltså är det ytterst osannolikt att konstruktionen skulle deformeras under användning, se figur 5.6.
Figur 5.7 Von Mises spänning vid sidolast i hylsan
Figur 5.7 visar spänningarna som bildas i hylsan vid en punktlast på 500 N på insidan av hylsans övre rör. Lasten på insidan av hylsan förekommer under transport då
transportflaskan ligger ned på lastbäraren. Den högsta spänningen är 34 MPa vilket är under sträckgränsen med en säkerhetsfaktor på 5,5. I verkligheten så kommer lasten spridas över en större yta vilket ger bättre marginaler.
Figur 5.8 Von Mises spänning för ett band
Vid det övre skruvhålet på bandet sattes en kraft på 100 N. Bandet är fäst i de tre nedre skruvhålen. Figur 5.8 visar att det blir relativt stora spänningar, uppemot 837 MPa vid det översta fästhålet men spänningarna överstiger inte sträckgränsen för materialet. Detta medför att bandet fjädrar tillbaka till sitt ursprungliga läge.
Figur 5.9 Deformation för ett band
34
Vid den pålagda kraften på 100 N så fjädrar bandet runt 10 mm som mest vilket är det som krävs för montering på styrstaven. Se figur 5.9.
Figur 5.10 Säkerhetsfaktor för ett band
Säkerhetsfaktorn vid samma belastning som ovan är vid den mest kritiska punkten 1,26.
Punkten är vid det tredje fästhålet nedifrån. Se figur 5.10.
Figur 5.11 Von Mises spänning för ett band vid dragning
Figur 5.11 visar en simulering av när styrstaven lyfts och då kan man se att det blir en spänning på maximalt 10 Mpa. Bandet dras uppåt med 100 N. Det motsvarar
styrstavsadapterns totala vikt. Även här appliceras kraften endast på ett band men i verkligheten så fördelas kraften mellan de fyra banden.
Figur 5.12 Von Mises spänning för en hake
På haken så har en kraft på 400 N lagts vinkelrät mot fasningen vilket ska simulera krafterna som blir vid montering. Resultatet som ses i figur 5.12 visar att spänningarna i haken är som störst 6 MPa och det överstiger inte sträckgränsen. Kraften 400 N motsvarar att all kraft som blir vid montering skulle placeras på endast en hake. I normalfallet kommer kraften att fördelas mellan de fyra hakarna.
Ur beräkningarna drogs följande slutsatser:
Hylsans konstruktion är tillräckligt robust för de laster den kommer utsättas för.
Hakarnas konstruktion är också tillräckligt robust.
Bandens tjocklek bestämdes efter några testomgångar till 3 mm för optimal prestanda.
Presskraften som krävs för montering av styrstavsadaptern är cirka 40 kg. Detta eliminerar risken att styrstavsadaptern lossnar efter montering eftersom
styrstavsadaptern endast väger cirka 10 kg.
På grund av den robusta konstruktionen så kommer livslängden att bli lång.
36
5.4 Krav och lösning
I tabell 5.3 sammanfattas lösningarna av de krav som ställts på styrstavsadaptern i kravspecifikationen.
Tabell 5.3 Krav och lösning
Krav Lösning
Ytterdiametern på styrstavsadaptern ska maximalt vara 85 mm vid den nedre delen som ska passa i kassettens tratt.
Hylsans ytterdiameter valdes till 70 mm.
Innerdiameter på styrstavsadapterns hål för styrstavens skaft ska vara större än 81 mm.
Hylsans innerdiameter valdes till 83 mm.
Med styrstavsadaptern monterad så ska styrstavens totala längd bli 4380 mm.
Hylsans totala längd valdes till 350 mm.
Vilket medför att styrstavens totala längd med styrstavsadaptern monterad blir 4380 mm.
Styrstavsadaptern ska konstrueras så bladen inte blir tjockare i ytterkanterna.
Åstadkoms med den valda designen för styrstavsadaptern.
Styrstavsadaptern ska hålla för en vikt på minst 110 kg.
Se figur 6.3 och 6.5 för beräkningar.
Styrstavsadaptern ska tillverkas i rostfritt stål.
Se kapitel 6.2 för materialval.
Styrstavsadaptern ska sitta fast i styrstaven vid lyft.
Åstadkoms med den valda designen för styrstavsadaptern.
Det ska inte finnas möjlighet för vatten att samlas i styrstavsadaptern, då
transportflaskan inte får innehålla vatten vid transport.
Ett genomgående hål på 20 mm borras genom hylsan så vatten kan rinna ut.
Enkel montering. Fjäderband används så att monteringen blir
enkel.
Livslängden ska vara lång, då man i nuläget inte vet hur länge styrstavarna kommer förvaras på Clab. Hur de kommer tas om hand efter förvaringen på Clab är inte heller känt.
Den robusta konstruktionen bidrar till detta. För beräkningar se kapitel 6.3.
5.5 Förslag för tillverkning
Figur 5.13 Hylsan
Hylsan svarvas ur en stång till rätt dimensioner enligt ritning. Även håltagningen genom hylsan sker i svarv. Där banden ska fästas så fräses fyra spår ner för att få en plan
anläggningsyta, se figur 5.13. Därefter borras och gängas tre hål i varje spår där banden ska fästas med skruvar. Se bilaga 7.
Hakarna skärs ut ur en plåt, förslagsvis med vattenskärning. Därefter sker efterbearbetning för att få önskade dimensioner. Två hål borras och gängas på baksidan av haken där banden ska fästas med skruvar. Se bilaga 8.
Banden köps in på rulle från tillverkare i färdiga dimensioner. De kapas till rätt längd och genomgående hål borras eller skärs ut så banden kan skruvas ihop med hylsan och hakarna.
Se bilaga 6.
Därefter skruvas detaljerna ihop med rostfria M4 skruvar till den slutliga konstruktionen.
Se bilaga 6.
38
6 Diskussion
Kartläggningen som utfördes i examensarbetets inledande del har varit till stor hjälp för det fortsatta arbetet med att ta fram en styrstavsadapter. Dels för att vi har fått en förståelse för processen och dels för att få fram krav som styrstavsadaptern måste uppfylla. Det har varit mycket arbete med att få fram information om de olika delarna av processen då ingen direkt dokumentation funnits att tillgå. Vi har därför varit tvungna att leta reda på personer som har den specifika kunskapen vi sökte och detta har varit tidskrävande då det har tagit lång tid att få tag i en del personer. När vi väl har fått tag i rätt personer så har dessa varit till stor hjälp under hela projektet. En osäkerhet som finns är att vi oftast bara har fått information från en person. Detta betyder att om den personen har gett oss felaktig information eller om vi har missuppfattat något så har vi inte upptäckt det. Därför har vi försökt skaffa
information från flera parter, vilket dock inte alltid varit möjligt.
Vissa specifika mått på ritningar har varit svåra att få tag på då vissa av ritningarna som finns på Forsmark inte har varit måttsatta. Måtten på tratten i styrstavsstället är ett exempel på det. I det fallet har vi gjort antagandet att den är likadan som tratten i kassetten till transportflaskan. Anledningar till detta är att de har samma tillverkare och har enligt de mätningar vi gjort med linjal samma mått. Även de personer på Forsmark och Clab som vi har pratat med har haft samma åsikt.
Under konceptgenereringen har det varit en stor fördel att vi har varit två personer som gjort arbetet tillsammans då vi har kunnat komplettera varandras ideer och byggt vidare på dem. Till skillnad från när man arbetar ensam och lätt fastnar på en ide. Efter att vi
diskuterat igenom de första konceptförslagen med ämnesgranskaren och gjort vissa ändringar så visades dessa för projektbeställaren på Forsmark. Efter att vi diskuterat konceptförslagen så visade det sig att båda parterna gillade samma koncept.
Styrstavsadaptern ritades upp och beräkningar utfördes. Bandens dimensioner bestämdes efter tester i böjning och sträckning. Programmet var till stor hjälp men eftersom det var första gången någon av oss använde beräkningsprogrammet så kan eventuellt vissa beräkningar vara lite osäkra. Men eftersom konstruktionen visade så bra värden vid beräkningarna så ska det enligt oss inte vara några problem med detaljernas hållbarhet.
I kapitlet om tillverkning så har vi gett förslag på hur styrstavsadaptern kan tillverkas. När styrstavsadaptern tillverkas så görs detta i Forsmarks verkstad och då bestämmer
personalen där vilka arbetssätt de tycker passar bäst efter förutsättningarna som finns.
Den slutliga konstruktionen är över lag mycket robust. Konstruktionens svaga länk är fjäderbanden som vid montering uppnår ganska höga spänningar. Men då monteringen endast sker en gång så bestämde vi oss för att en lägre monteringskraft var viktigare än en högre säkerhetsfaktor. När adaptern är monterad har den väldigt bra motståndskraft för de krafter den utsätts för.
40
7 Slutsats
Målet med examensarbetet var att ta fram konstruktionsritningar på en styrstavsadapter som ska förlänga de fem korta styrstavarna för att möjliggöra transport från Forsmarks
kärnkraftverk till Clab i Oskarshamn. Målet har uppfyllts enligt de krav som tagits fram ur kartläggningen och de färdiga konstruktionsritningarna kan ses i bilaga 6-8.
Konstruktionsritningarna är helt klara för att lämnas till verkstaden där tillverkning av styrstavsadaptrarna kan utföras.
En fördel med styrstavsadaptern är att den kan monteras på alla fem styrstavarna som är för korta eftersom lösningen är universal för de två olika längderna. Detta åstadkoms genom att styrstavens blad vilar på toppen av hylsan medan det avkapade skaftet hänger fritt inne i hylsan.
En annan fördel med lösningen är att monteringen blir relativt enkel med de fjädrande banden som pressas ut med hjälp av hakarna. Detta medför också att inget dyrt och avancerat verktyg behöver tillverkas för att montera adaptern. Endast en enklare konstruktion som håller fast adaptern under montering krävs.
7.1 Rekommendationer
Det rekommenderas att en prototyp tillverkas och provmonteras på en styrstav som inte utsatts för radioaktiv strålning så funktionen kan kontrolleras på nära håll. En attrapp kan också tillverkas istället för att använda en styrstav. Testerna bör göras för att kontrollera fjäderbandens hållbarhet och att den uträknade kraften som krävs för montering stämmer i praktiken.
Ett verktyg, ställ eller liknande behöver utformas för att användas vid montering av styrstavsadaptern på styrstavarna i reaktorbassängen. Styrstavsadaptern kommer därför kanske behöva modifieras med ett fäste av något slag för verktyget.
42
Referenser
[1] Vattenfall (2012). Om Forsmark, www.vattenfall.se/sv/om-forsmark.htm (2012-04-27) [2] ABB Atom, nordisk styrstav AA 284134 (Ritning)
[3] Svensk Kärnbränslehantering AB (2008). Transport av radioaktivt avfall [4] ABB Atom, insvetsningsdel AA 254198 (Ritning)
[5] Engrup, U. (2012). FTBR, Forsmarks Kraftgrupp AB, Forsmark (Muntlig information) [6] Vattenfall (2012). Teknisk broschyr, www.vattenfall.se/sv/file/Teknisk-
broschyr_11336728.pdf (2012-04-02)
[7] Johansson, P. (2012) FMM1, Forsmarks Kraftgrupp AB, Forsmark (Muntlig information)
[8] ASEA Atom, styrstavsställ AA 183207 (Ritning)
[9] Svensk Kärnbränslehantering AB (2005). Säkerhetsrapport för transportsystemet [10] ASEA Atom, kassett för 9 st styrstavar AA 216072 (Ritning)
[11] Svensk Kärnbränslehantering AB (2012). Clab,
www.skb.se/Templates/Standard____15465.aspx (2012-04-16)
[12] Svensk Kärnbränslehantering AB (2006). Clab
[13] Loock, H. (2012). FMMR, Forsmarks Kraftgrupp AB, Forsmark (Muntlig information)
[14] ABB Atom, absorbatorkors AA 227821 (Ritning)
[15] Bäck, F. (2012) Clab, Svensk Kärnbränslehantering AB, Oskarshamn (Muntlig information)
[16] Larsson, T. (2012) F1DR, Forsmarks Kraftgrupp AB, Forsmark (Muntlig information) [17] Bergman, L. (2012) SFR, Svensk Kärnbränslehantering AB, Forsmark (Muntlig information)
[18] Svensk Kärnbränslehantering AB (2012). Verksamheten 2011
44
[19] Karlsson, P. (2012) FTCM, Forsmarks Kraftgrupp AB, Forsmark (Muntlig information)
[20] Valbruna Nordic (2012). Standard SS 2333,
www.valbrunanordic.se/dokument/produktblad/EN%201.4301-1.4307%200309%20%20Eng.pdf (2012-05-08)
[21] Materialnyckeln 3.0 (2012). SS 2333 stång,
www.materialnyckeln.se/details.aspx?mtrlid=aedcf0ba-84d3-4987-bb9b-1e58257261c2 (2012-05- 08)
[22] Alas-Kuul (2012). SS 2331 materialspecifikation, www.alas-kuul.com/vedrukataloog/192-195.pdf (2012-05-08) [23] Materialnyckeln 3.0 (2012). SS 2331 band,
www.materialnyckeln.se/details.aspx?mtrlid=561eca54-6e5b-4359-9811-8980c9c00e2b (2012-05-08)
Bilageförteckning
Bilaga 1: Kapad styrstav 1 Bilaga 2: Kapad styrstav 2 Bilaga 3: Kapad styrstav 3 Bilaga 4: Kapad styrstav 4 Bilaga 5: Kapad styrstav 5
Bilaga 6: Sammanställningsritning styrstavsadapter Bilaga 7: Detaljritning hylsa
Bilaga 8: Detaljritning hake
Bilaga 1
Bilaga 2
Bilaga 3
Bilaga 4
Bilaga 5
ISO 4762 - M4x8 A4
Skruv 4
5
ISO 4762 - M4x6 A4
Skruv 16
4
LESJ FORS 170x3x10
SS 2331-43 Band
4 3
Rit.nr: 10023128 40x10x20
EN 10088-2 2005 / 1.4301
Hake 4
2
Rit.nr: 10023127 350x100x100
EN 10088-3 2005 / 1.4301
Hylsa 1
1
Parts List
Ritn.nr/Art.nr Dimension
Material Namn
Antal Pos.
D C B A
C B A
g r vr egendom och fr inte kopieras,frevisas till obehrig. FORSMARKS KRAFTGRUPP AB
- 6,3
mK 1 : 2 REAKTORHALLEN
SYSTEM : 30-222 STYRSTAVSADAPTER VERKTYG
2012-05-14
Datum Konstruerad
Ursprungligt Projektnr.
Externt dokumentnr. Skala
Granskad Kontrollerad Godk nd
Kontrollplan Kvalitetskl. Besiktn. klass Ra Gen. tol. enl. EN-ISO 13920 Generell tol. enl. EN-ISO 2768
3 .id w
7JN
10( )
170
3( )
10 20 0,05 86 20 0,05 20 0,05
5
3 4
2
1
5 0, 05
4,5 (5x)
(1:1)
3
350x100x100 EN 10088-3 2005 /
1.4301 St ng
1 1
Parts List
Ritn.nr/Art.nr Dimension
Material Namn
Antal Pos.
1 D
C
2 3
B A
4 5 6
C B A
Denna handling r vr egendom och fr inte kopieras,frevisas eller utlmnas till obehrig. FORSMARKS KRAFTGRUPP AB
Rev. Text Konstruerad Granskad Kontrollerad Godk nd Datum
7JN Ursprunglig utg va
0
- 6,3
mK
A3
REAKTORHALLEN SYSTEM : 30-222
HYLSA STYRSTAVSADAPTER VERKTYG
2012-05-11
10023127
Forts1 1 0
Blad Rev nr
Fil Namn
Format Datum
Konstruerad
Ursprungligt Projektnr.
Externt dokumentnr. Skala
Granskad Kontrollerad Godk nd
Kontrollplan Kvalitetskl. Besiktn. klass Ra Gen. tol. enl. EN-ISO 13920 Generell tol. enl. EN-ISO 2768
S S A _ h y ls a .id w
7JN
6 (1 2x )
70
20 0,05 (4x)
20 0,05 (4x) 46 (4x)
98
110 (4x) 160
R1 0 (2 x) R2 (2 x)
350
10 0
M4x0,5 (12x) 0,1
2 X 45
20 83 H 13 ( - 0, 00 0, 54 + )
90 (4 x)
37 147
121
40x10x20 EN 10088-2 2005 /
1.4301 1 Pl t
1
Parts List
Ritn.nr/Art.nr Dimension
Material Namn
Antal Pos.
behrig. FORSMARKS KRAFTGRUPP ABr egendom och fr inte kopieras,frevisas
- 6,3
mK 2 : 1 REAKTORHALLEN
SYSTEM : 30-222
HAKE STYRSTAVSADAPTER 2012-05-11
Datum Konstruerad
Ursprungligt Projektnr.
Externt dokumentnr. Skala
Granskad Kontrollerad Godk nd
Kontrollplan Kvalitetskl. Besiktn. klass Ra Gen. tol. enl. EN-ISO 13920 Generell tol. enl. EN-ISO 2768
