Die Erfindung betrifft eine Belademaschine für einen gasgekühlten graphitmoderierten Kernreaktor mit einem Druckgefäss für die Aufnahme der Brennelemente und Moderatorblöcke, einen drehbaren Maschinentisch für die Hubwerke zum Austausch der Brennelemente oder der Moderatorblöcke sowie zum Abheben und Aufsetzen des Verschlussstopfens der Belademaschine und der Stopfen der zum Reaktorkern führenden Standrohre, wobei das Hubwerk zum Austausch der Brennelemente oder Moderatorblöcke eine Seilwinde für das Hubseil und einen am Hubseil hängenden Hubarm mit einem in einem Teleskoprohr geführten Greifer umfasst, und einem drehbaren Magazintisch, der im Druckgefäss gelagert ist.
An Belademaschinen der obigen Bauart werden im allgemeinen die Anforderungen gestellt, dass die Brennelemente, Reflektoren, Gamma-Abschirmungen und die Kombinationen dieser Teile durch das Standrohr ausgetauscht werden können. Hiezu werden Hubwerke benötigt, die allgemein in zwei Typen unterteilt werden können, nämlich in die einerseits mit mehr oder weniger starrem Hubwerk ausgerüstete Brennelementwechselmaschine und eine zweite, die an einem oder einer Kette die Brennelemente aus dem Reaktorkern auszieht und auch wieder einbringt.
Bei der ersten genannten Type tritt als Nachteil auf, dass das exzentrisch an das Hubwerk angekoppelte Brennelement die Stange auf Biegung beansprucht und bei hohen Temperaturen, wie sie im Kern eines Hochtemperaturreaktors auftreten, leicht zu bleibenden Verformungen kommen kann, die zu einer Verklemmung der Brennelemente im Kanal führen. Dadurch wird der Brennelementwechsel gestört und es kann auch zu erheblichen Störungen bis zur Betriebsstillsetzung des Kernreaktors kommen. Bei den starren Hubwerken ist ferner von Nachteil, dass eine genaue Positionierung über einen Brennelementkanal nicht leicht durchzuführen ist, ausser wenn der Hubarm mit elastischen Gliedern versehen wird.
Dadurch kann es aber wieder zu neuen Störungseinflüssen kommen, die einerseits durch einen zusätzlichen Aufwand und andererseits durch mangelnde Wärmeisolation die Einsatzmöglichkeit der Maschine in bezug auf die Reaktortemperatur einschränkt.
Bei der Belademaschine mit einem frei an einem Seil oder einer Kette hängenden Greifer kann von seiten der Maschine beim Einfahren des Brennelementes in den Brennelementkanal keine Kraft ausgeübt werden. Daraus ergibt sich als Nachteil, dass sich bei gering verengendem Brennelementkanal ein Verklemmen des Brennelementes in geringstem Ausmass nur noch durch Wiederherausziehen des Brennelementes beheben lassen kann. Darüber hinaus kann auch bei einer Verklemmung während des Ausziehens der Brennelemente aus dem Kanal nur noch etwas mehr Zug auf das Seil ausgeübt werden, um das Brennelement aus dem Kanal herauszubringen. Es besteht keine Möglichkeit, das Brennelement wieder in seine Ausgangslage zurückzustellen, und durch Ausbau einer Nachbarsäule Platz zu schaffen.
Um den obigen Nachteil zu eliminieren, wurden Lösungen vorgeschlagen, die im Greiferkopf motorisch angetriebene Laufrollen vorsehen, wobei sich diese an den Wänden des Brennelementkanals abstützen und so eine Vorschubkraft wahlweise in beiden Richtungen erzeugen.
Diese vorgeschlagene Lösung hat wegen der hohen Temperatur und der verschiedenen Atmosphären, bezüglich der Gasfüllung beispielsweise Helium oder CO2 und ausserdem durch die intensive Nuklearstrahlung gewaltige Nachteile, die nur durch unbotmässigen technischen Aufwand zu lösen sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, eine Belademaschine zu schaffen, deren Lösungsweg die oben beschriebenen Nachteile vermeidet, und den Aufwand auf eine einfache technische Lösung begrenzt.
Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass im Teleskoprohr ein auf Rollen spielfrei laufender Hubschlitten angeordnet ist, der am Hubseil aufgehängt ist, und der Hubschlitten mit einem arretierbaren Parallelogramm-Pendelgelenk ausgerüstet ist, an der der Hubarm mit dem Greifer für die Brennelemente oder Moderatorblöcke befestigt ist, und im Hubarm ein um mindestens 1800 drehbarer Schwenkantrieb für den mit einer Haube ausgerüsteten Greifer angeordnet ist, wobei die Haube die gesamte Stirnfläche eines vom Greifer gefassten Brennelementes überdeckt, und mit Leitrollen zur Führung des Greifers im Teleskoprohr und in den zur Aufnahme der Brennelemente und der Moderatorblöcke dienenden Schächten versehen ist, welchen Leitrollen durch deren Hohlachsen Kaltgas zuführbar ist.
Bei einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Hubschlitten in einem Teleskoprohr durch unter federnden Vorspannungen laufenden Rollenkränzen geführt, wobei der Vorteil hier durch die absolut starre Führung und die platzsparende Konstruktion gekennzeichnet ist, die ausserdem im Zentrum des Schlittens eine Durchführung der Kabel und Leitungen freilässt.
Bei einer Ausführungsform ist das Parallelogramm-Pendelgelenk zwischen dem Hubschlitten und dem Hubarm durch eine Sperre stufenlos arretierbar, wobei eine Messvorrrichtung für die Grösse und Richtung der Auslenkung vorgesehen ist. Daraus ergibt sich die leichtgängige allseitige radiale Beweglichkeit, ohne dass sich die senkrechte Lage und damit auch deren Achse ändert. Darüber hinaus lässt sich hierdurch die Grösse und Richtung der Auslenkung jederzeit feststellen.
Bei einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Schwenkantrieb zur Rückstellung des Greifers in die Aufzugsstellung unter das Teleskoprohr mit mindestens zwei unabhängigen Federn ausgerüstet, wobei das Rückstellmoment konstant bleibt, da die Steigung von Nuten im Antriebszylinder der Federcharakteristik angepasst sind. Daraus ergibt sich der Vorteil einer einfachen Bauart, die zudem die Sicherheit bietet, dass der Greifer selbst bei Ausfall der Manipulationseinrichtung in die Stellung gebracht wird, die einen ungestörten Auszug des Hubarmes garantiert.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der Schwenkantrieb durch einen Balg gebildet, in dem ein Dämpfungselement für die Rückstellung des Greifers in die Aufzugstellung angeordnet ist. Und eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Schwenkantrieb am Hubarm federnd aufgehängt ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die am Greifer wirkenden Vertikalkräfte eine federnde achsiale Verschiebung des Antriebes bewirken, wobei durch die Messung des Federweges die Vertikalkraft angezeigt wird und eine leichte Überwachung der Kräfte damit gegeben ist. Darüber hinaus lassen sich durch diese besondere Ausbildung sowohl Zug- als auch Druckkräfte am Greifer ausüben, sofern das Brennelement im Schacht zwischen den Brennelementsäulen verklemmt wird.
Ferner ist bei einer anderen Ausführungsform das Teleskoprohr an seinem unteren Ende derart ausgebildet, dass sich die Haube mit den Rollen darin zentriert, sobald der Hubarm die oberste Stellung im Teleskoprohr erreicht. Dies hat zum Vorteil, dass eine sichere Führung der Brennelemente durch die untere Partie des Standrohres gegeben ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist das Teleskoprohr an der Aussenseite seines unteren Endes mit einem drehbaren Ring ausgerüstet, dessen Aussenumfang mindestens teilweise am Standrohr anliegt. Daraus ergibt sich nicht nur eine Zentrierung und Abstützung des Teleskoprohres, sondern es wird auch gegenüber dem Standrohr ein weiteres Ab sinken des Teleskoprohres verhindert, wobei eine zusätzliche Abdichtung des Gasraumes des Reaktors vom Raum der Belademaschine gegeben ist. Darüber hinaus kann durch diese besondere Ausführungsform das Standrohr während des Beladevorganges nicht durch eindringendes Heissgas erwärmt werden.
Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Belademaschine,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt gemäss Fig. 2 in anderer Stellung,
Fig. 4 eine Ansicht des Hubarmes im Standrohr,
Fig. 5 einen Schnitt gemäss Linie B-B in Fig. 4.
Für einander entsprechende Teile sind in den einzelnen Figuren gleiche Bezugszeichen eingesetzt.
In Fig. 1 ist das Druckgefäss 2 aus Beton der Belademaschine 1 dargestellt, das auf dem Reaktordruckgefäss 3 aufsteht. Das Reaktordruckgefäss 3 wird von den Standrohren 4 durchdrungen, deren oberster Teil mit einem Standrohrstopfen 5 verschlossen ist bzw. das geöffnete Standrohr 4 zeigt. Die Belademaschine 1 ist räumlich in mehrere Bereiche aufteilbar, die hier als Magazinraum 6, Aufzugsraum 7 und Maschinenraum 8 benannt sind.
Im Maschinenraum 8 sind die Hubwerke 9 und 10 für den Standrohrstopfen 5 bzw. den Stopfen 11 der Belademaschine 1 und die Brennelemente 12 bzw. Moderatorblöcke 12' angeordnet. Diese Hubwerke 9 und 10 sind auf einer Plattform 13 befestigt, die ihrerseits an den oberen Enden der Führungsrohre 14, 14', 14" fest angeordnet ist. Diese Führungsrohre 14,14' und 14" reichen durch den Aufzugsraum 7 und sind auf dem Maschinentisch 15 abgestützt. Der Maschinentisch 15 trägt somit nicht nur die Führungsrohre 14, 14' und 14", sondern auch die jeweils zugehörigen Hubwerke 9 und 10. Zu diesem Zwecke ist der Maschinentisch 15 am Druckgefäss 2 der Belademaschine 1 mittels eines Traglagers 16 abgestützt und mit einem Drehantrieb 17 versehen.
Dieser kann in einfacher Weise durch ein von einem Motor
18 angetriebenes Ritzel 19 und einem am Maschinentisch 15 vorgesehenen Zahnkranz 20 bewerkstelligt werden. Zum Fixieren der fluchtenden Stellung des Führungsrohres 14 gegen über dem Standrohr 4 ist eine Arretierung 21 vorgesehen, die am Maschinentisch 15 angreift.
Im Magazinraum 6 ist neben dem drehbaren Maschinentisch 15 auch noch ein drehbarer Magazintisch 22 vorgesehen. Dieser dient zur Aufnahme bzw. zum Abstellen der einzelnen Brennelemente 12, der einzelnen Moderatorblöcke
12' und des Stopfens 11 der Belademaschine 1. Der Magazintisch 22 ist drehbar über ein Lager 23 am Druckgefäss 2 der Belademaschine 1 abgestützt und wird durch einen Antriebsmotor 24 bewegt. Um die jeweils zum Wechsel der Brennelemente 12 oder Moderatorblöcke 12' richtige Stellung des Magazintisches 22 zum Hubraum 25 oder Greifer 26 einnehmen zu können, sind neben dem Antriebsmotor 24 für die drehende Bewegung in einfacher Weise Rastmarken 27 vorgesehen, die mit einem Fühler 28 ertastet werden und dabei den Antriebsmotor 24 stillsetzen.
Im Magazintisch 22 selbst ist das Zentralrohr 29 angebracht, welches die Verbindung zu den Führungsrohren 14 bis 14" herstellt. Zu diesem Zweck ist das Zentralrohr 29 mittels Lager 72 achsial verschieblich gelagert, so dass es an der Stirnfläche der Führungsrohre 14, 14' und 14" zur Anlage gebracht oder abgesenkt werden kann. Die Führungsrohre
14, 14' und 14" und das Zentralrohr 29 sind hiezu mit zueinander korrespondierenden Zentrierrändern versehen. Zur achsialen Verschiebung des Zentralrohres 29 ist eine Hebeein richtung 30 vorgesehen, die in einfacher Weise mittels einer Hydraulik 31 verstellt werden kann.
In der Anschlussmündung 32 der Belademaschine 1 sind Messtaster 33 für den Hubarm 25, insbesondere für das Teleskoprohr 34, angeordnet. Damit kann die jeweilige achsiale Lage des Teleskoprohres 34 festgestellt werden, das Teleskoprohr 34 zentriert sich beim Einführen des Hubarmes 25 in das Reaktordruckgefäss einerseits am Anschlussrohr 32' und andererseits an der Mündung 35 des Standrohres 4 zum Reaktorgasraum 36 (Fig. 4) des Reaktordruckgefässes 3.
Der Hubraum 25 ist im Teleskoprohr 34 eingesetzt, das mit Rollenführungen 37 versehen ist. Dadurch wird das Teleskoprohr 34 zusammen mit dem Hubarm 25 sowohl in den Führungsrohren 14, 14', 14", als auch im Zentralrohr 29 zentrisch geführt.
Der Hubarm 25 ist mit einem Schlitten 38 ausgerüstet, der im Teleskoprohr 34 auf Rollen 39 abgestützt ist. Gleichzeitig ist der Schlitten 38 mit einem Parallelogramm-Pendelgelenk 40 ausgerüstet, das in dieser Figur nur schematisch dargestellt wurde. Daran befestigt ist das Tragrohr 41 des Hubarms 25, an dessen unterem Ende die Haube 42 des Greifers 26 angeschlossen ist. Der eigentliche Greifer 26 besteht aus einem Greiferzapfen 43 und der in dieser Figur nicht dargestellten Verriegelung 44. Mit dem Greiferzapfen 43 ist die Exzenterstange 45 starr verbunden. Diese ist im Tragrohr 41 in achsialer Richtung federnd und um die eigene Achse drehbar gelagert. Hiezu sind im Tragrohr 41 ein Schwenkantrieb 46 mit Winkelendausschaltern auf einer ähnlich den Plattfedern angeordneten Konsole 47 vorgesehen.
Wegen der Übersichtlichkeit wurden diese Einzelheiten in Fig. 1 weggelassen und erst in Fig. 4 dargestellt.
Die Hause 42 des Greifers 26 ist mit Leitrollen 48 ausgerüstet, die einerseits die Haube 42 im Teleskoprohr 34 zentrieren, aber auch im Schacht 49 der auszutauschenden Brenn elemente 12 eine Führung des Hubarmes 25 bewerkstelligen. Mittels der Verriegelung 44 werden die Moderatorblöcke 12' oder Brennelemente 12 am Greiferzapfen 43 leicht lösbar befestigt.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Magazinraum 6, den die Wandung des Druckgefässes 2 der Belademaschine
1 umschliesst. Am Maschinentisch 15 sind die Führungsrohre 14, 14' und 14" für die Standrohrstopfen 5 bzw. Stopfen 11 der Belademaschine, und den Hubarm 25 befestigt.
Im Führungsrohr 14' ist der Maschinenstopfen 11 in Drauf sicht angedeutet, der mit Regelstabdurchführungen 50 verse hen ist. Das Führungsrohr 14 " zeigt eine Anordnung der Regelstäbe 42 im Querschnitt. Im Führungsrohr 14 ist ein Brem melement 12 im Querschnitt eingezeichnet, wobei dieses Bau element des Kernes vom Greiferzapfen 43 jeweils gefasst ist.
Am Umfang weist der Maschinentisch 15 Ausnehmun gen 52 auf, in die die Arretierung 21 beispielsweise mit einer
Tastrolle 53 eingreift. Der Drehantrieb 17 des Maschinen tisches 15 ist im Druckgefäss 2 der Belademaschine 1, wel ches aus Beton besteht, eingesetzt, wobei der Zahnkranz 20 und das Ritzel 19 miteinander kämmen.
Unterhalb des Maschinentisches 15 ist der Magazintisch
22 angeordnet, dessen Drehachse in einer bestimmten Stel lung mit der Achse jeweils eines der Führungsrohre 14, 14',
14" fluchtend übereinstimmt. Das Zentralrohr 29 wird dann absatzlos an das Führungsrohr 14 angeschlossen, so dass der nichtdargestellte Schlitten 38 des Hubarmes 25 bis in das
Zentralrohr 29 ohne Hemmung abgesenkt werden kann. Der
Magazintisch 22 weist Standplätze 54 für die Brennelemente
12 oder die Moderatorblöcke 12' auf, an denen wechselweise unverbrauchte und verbrauchte Brennelemente 12 abgestellt werden. Der Magazintisch 22 ist durch einen Antriebsmotor
24 drehbar und weist am Umfang Rastmarken 27 auf, die durch den Fühler 28 abgetastet werden und den Antriebsmo tor 24 in den vorgesehenen Stellungen stillsetzen.
Fig. 3 zeigt den gleichen Aufbau wie Fig. 2, nur ist anstatt der Wechselstellung für das Brennelement 12 am Magazintisch 22 in Fig. 3 die Aufzugsstellung des Hubarmes 25 iber dem Zentralrohr 29 dargestellt.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den Hubarm 25 gemäss Fig. 1 in einer in das Core 55 abgesenkten Stellung. Das Teeskoprohr 34 ist dabei in das Standrohr 4 eingeführt, und sitzt an der Mündung 35 des Standrohres 4 zum Gasraum 36 des Reaktors auf. Dabei ist es mit einem drehbaren Ring 56 versehen, der neben der Zentrierung auch die Abdichtung des Standrohres 4 zum Gasraum 36 übernimmt.
Im Teleskoprohr 34 ist der Schlitten 38 angeordnet, der auf Rollen 39 geführt ist, und an dem das Seil 57 des Hubwerces 10 angelenkt ist. An einem Balken 58 ist das Parallelogramm-Pendelgelenk 40 befestigt, das im wesentlichen aus cardanisch aufgehängten Pendelstützen 59 besteht. Dadurch werden allseitig radiale Bewegungen des Hubarmes 25 zugeassen, ohne dass sich dessen vorgegebene senkrechte Lage verändert. Dies ist dann vorteilhaft, wenn Unregelmässigkei :en im Coreaufbau 55 auftreten, und diese ein Anpassen der 4chse des Hubarmes 25 an den Schacht 49 erforderlich ma hen, um einen ungestörten Austausch der Brennelemente 12 erreichen zu können.
Zu diesem Zweck und zur Begrenzung der Auslenkung iuf ein vorbestimmbares Mass ist eine Sperre 61 vorgeselen, die aus einem mit Helium beaufschlagbaren Pneumatikzylinder 62 gebildet wird. Die Pendelbewegung kann hiermit während des Schwenkens des Greifers 26 um 1800 von der Ausziehstellung zum Brennelementschacht 49 und umge < chrt zur Aufzugsstellung und während des Aufzugshubes ies Hubarms 25 arretiert werden. Aber auch bei Abweichungen des Brennelementschachtes 49 von der senkrechten Lage kann die Sperre 61 eingesetzt werden, um den Greifer 26 leichter in den schrägen oder verkrümmten Schacht ein ühren zu können.
Das Pendelgelenk 40 ist von einem Balg 63 umgeben, der gasdicht am Hubarm 35 bzw. am Tragrohr 41 und am schlitten 38 befestigt ist. Im Tragrohr 41 des Hubarmes 25, ias an den Gegenbalken 64 des Pendelgelenkes 40 fest ange @aut ist, ist der Schwenkantrieb 46 für den Greifer 26 samt der Haube 42 vorgesehen. Im Tragrohr 41 ist die mit einer Rollenführung 65 ausgerüstete Exzenterstange 45 für den Greiferzapfen 43 angeordnet, deren oberes Ende an einer Konsole 47 drehbar gelagert ist. Die Konsole 47 ist an einer Seite des Tragrohres 41 starr befestigt, und besteht im Prinzip aus wie Plattfedern ausgebildeten Trägerblechen 66, die in Axiallager für die Exzenterstange 45 bilden und ausserlem den Schwenkantrieb 46 tragen.
Durch den Schwenkantrieb 46 kann der Greifer 26 in die Aufzugsstellung gedreht werden, so dass er die in Fig. 3 gezeigte Stellung eianimmt. Zur Drehung des Greifers 26 in die Stellung der Auslenkung, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, st der Schwenkantrieb 46 als hydraulischer Motor ausgebiliet. Dieser besteht aus einem Balg, der durch Zuführung on Drucköl seine Länge verändert und mit einer Zahnstange ausgerüstet ist, die mit einem Zahnsegment an der Extenterstange 45 kämmt. Durch Veränderung der Länge des 3alges kann somit der Greifer um 1800 verdreht werden.
Die Rückstellung erfolgt in einfacher Weise durch Zugfeiern, die gleichzeitig den Balg auch in seine Ruhestellung zu ückbringen.
Um das Rückstellen in die Aufzugsstellung nicht mit Erschütterungen zu verbinden, ist am Balg des Schwenkantrie @es eine Dämpfung eingesetzt, die in einfacher Weise durch eine Drossel erfolgen kann.
Durch die Anordnung des Schwenkantriebes 46 auf der n Achsrichtung des Tragrohres 41 federnden Konsole 47 ist as möglich, beim Einsetzen oder Ausziehen von Brennelementen bzw. Moderatorblöcken 12 in den oder aus dem Schacht 49 entsprechend der Federcharakteristik Kräfte auszuüben. Diese werden aber nur dann wirksam, wenn eine Verklemmung des Brennelements 12 im Schacht 49 stattfindet.
Durch einen am Hubarm 25 steif befestigten Taster 70 ist die Auslenkung der federnden Konsole 47 messbar und somit kann die jeweils auf das Brennelement 12 ausgeübte Kraft, sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung, festgestellt werden.
Der Taster 70 kann auch hydraulischer Natur sein, z. B.
eine Druckmessdose. Durch geeignete Ausbildung dieser Hilfseinrichtung ist es möglich, die ausübbaren Kräfte zu begrenzen und eine Beschädigung des Brennelements 12 zu vermeiden.
Mit der vorliegenden Belademaschine 1 kann aber auch das schon gefasste und sich im Schacht 49 verklemmende Brennelement 12 wieder abgesetzt werden und durch Auszug der Nachbarsäule des Schachtes 49 das Hindernis im Schacht selbst für den Wechsel des deformierten Brennelementes 12 beseitigt werden. Diese Manipulation ist bei bisher üblichen Belademaschinen nicht möglich gewesen, da einmal gefasste und sich verklemmende Brennelemente nicht mehr an ihren Platz zurückgesetzt werden konnten und damit eine weitere Beladung des Reaktors verunmöglicht wurde. Dies führte unweigerlich zum Stillsetzen des Reaktors und beispielsweise zum Ausfall eines grossen Teiles der Energieerzeugung.
Am Tragrohr 41 ist die Haube 42 drehbar angeordnet, die mit einer Dichtung 68 das Tragrohr 41 umschliesst. Die Haube 42 bzw. die Exzenterstange 45 tragen die Leitrollen 48 des Greifers 26, die eine verbesserte Führung des Hubarmes 26 im Schacht 49 ermöglichen. An der Exzenterstange 45 ist der Greiferzapen 43 befestigt, der mit seiner Verriegelung 44 das Brennelement 12 nach dem Einführen in die Manipulationsbohrung 60 des Brennelementes 12 erfasst.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das Core 55 in schematischer Darstellung, wobei die Greiferhaube 42 in Ansicht erkennbar ist. Die Stirnfläche des Brennelementes 12 wird von der Greiferhaube 42 überdeckt. An den Stosskanten 69 der einzelnen Brennelemente 12 mit den benachbarten Brennelement 12 sind die Leitrollen 48 an der Haube 42 angelegt, die somit während des Ausziehens teilweise Unebenheiten und Vorsprünge der Brennelementsäule 71 ausgleichen und auch eine Führung im Schacht 49.erbringen. Das Tragrohr 41 ist im Schnitt dargestellt, wobei die hohl ausgebildete Exzenterstange 45 durch Führungen 65 zentrisch abgestützt ist.
Die hohle Ausbildung der Exzenterstange 45 lässt die Zuführung von Kaltgas zum Greiferzapfen 43 und den Leitrollen 48 zu, wodurch eine Kühlung des gesamten Hubarmes und auch des Brennelementes erreicht werden kann. Ferner ist der Hubraum 25 vom Kaltgas durchströmt, wodurch das Teleskoprohr 34, der Schlitten 38, das Pendelgelenk 40 und das hohle Tragrohr 41 sowie die Haube 42 gekühlt wird und auch dieses Kaltgas an das manipulierte Brennelement 12 herangebracht wird. Damit ist eine zuverlässige Kühlung des Hubarmes 26 gewährleistet, so dass keine Krümmungen oder örtliche Überhitzungen an diesem entstehen können.
Darüber hinaus kann der Hubarm 25 bzw. das Tragrohr 41 der Belademaschine nach der Erfindung mit einer Isolation beschichtet werden, so dass auch die Wärmeeinstrahlung am Hubarm bzw. am Greifer von vorneherein gemindert wird.
Die strichpunktierte Linie deutet die Lage des Standrohres 4 gegenüber dem Core 55 an, woraus hervorgeht, dass bei diesem Ausführungsbeispiel des Reaktors bzw. der Belademaschine drei Brennelementsäulen 71 durch ein Standrohr 4 beschickt bzw. ersetzt werden können.
The invention relates to a loading machine for a gas-cooled graphite-moderated nuclear reactor with a pressure vessel for receiving the fuel assemblies and moderator blocks, a rotatable machine table for the hoists for exchanging the fuel assemblies or the moderator blocks and for lifting and placing the stopper of the loading machine and the stopper leading to the reactor core Standpipes, whereby the hoist for exchanging the fuel assemblies or moderator blocks comprises a winch for the hoist rope and a hoist arm hanging on the hoist rope with a gripper guided in a telescopic tube, and a rotatable magazine table which is mounted in the pressure vessel.
On loading machines of the above type, the requirements are generally made that the fuel elements, reflectors, gamma shields and the combinations of these parts can be replaced by the standpipe. For this purpose, hoists are required, which can generally be divided into two types, namely into the fuel element changing machine equipped with a more or less rigid hoist and a second that pulls the fuel elements out of the reactor core on one or a chain and also brings them back in.
The disadvantage of the first type mentioned is that the fuel element, which is eccentrically coupled to the lifting mechanism, stresses the rod in bending and at high temperatures, such as occur in the core of a high-temperature reactor, permanent deformations can easily occur, which can lead to the fuel elements jamming in the Lead channel. This disrupts the replacement of the fuel element and can also lead to considerable disruptions up to and including the shutdown of the nuclear reactor. A further disadvantage of the rigid lifting mechanisms is that precise positioning via a fuel assembly channel is not easy to carry out, unless the lifting arm is provided with elastic members.
However, this can lead to new disturbance influences, which on the one hand limit the possibility of using the machine in relation to the reactor temperature due to additional expenditure and on the other hand due to insufficient heat insulation.
In the case of the loading machine with a gripper hanging freely from a rope or a chain, the machine cannot exert any force when the fuel assembly is inserted into the fuel assembly channel. This results in the disadvantage that with a slightly narrowing fuel assembly channel, jamming of the fuel assembly can only be remedied to a small extent by pulling out the fuel assembly again. In addition, even in the event of jamming while the fuel assemblies are being pulled out of the channel, only a little more tension can be exerted on the cable in order to bring the fuel assembly out of the channel. There is no way to return the fuel assembly to its original position and to create space by removing an adjacent column.
In order to eliminate the above disadvantage, solutions have been proposed which provide motor-driven rollers in the gripper head, these rollers being supported on the walls of the fuel assembly channel and thus generating a feed force optionally in both directions.
Because of the high temperature and the different atmospheres, with regard to the gas filling, for example, helium or CO2, and also because of the intense nuclear radiation, this proposed solution has enormous disadvantages which can only be solved through excessive technical effort.
The object of the present invention is now to create a loading machine whose approach avoids the disadvantages described above and limits the effort to a simple technical solution.
The inventive solution to the problem is characterized in that a lifting carriage running on rollers without play is arranged in the telescopic tube, which is suspended on the hoist rope, and the lifting carriage is equipped with a lockable parallelogram pendulum joint on which the lifting arm with the gripper for the fuel elements or Moderator blocks is attached, and in the lifting arm a swivel drive that can be rotated by at least 1800 is arranged for the gripper equipped with a hood, the hood covering the entire end face of a fuel assembly held by the gripper, and with guide rollers for guiding the gripper in the telescopic tube and in the receptacle the fuel assemblies and the moderator blocks serving shafts is provided, which guide rollers can be fed through their hollow axes cold gas.
In one embodiment of the subject matter of the invention, the lifting carriage is guided in a telescopic tube by roller cages running under resilient biases, the advantage here being characterized by the absolutely rigid guide and the space-saving construction, which also allows cables and lines to pass through in the center of the carriage.
In one embodiment, the parallelogram pendulum joint between the lifting carriage and the lifting arm can be locked steplessly by means of a lock, a measuring device being provided for the size and direction of the deflection. This results in smooth radial mobility on all sides without changing the vertical position and thus also its axis. In addition, the size and direction of the deflection can be determined at any time.
In one embodiment of the subject matter of the invention, the swivel drive for returning the gripper to the elevator position under the telescopic tube is equipped with at least two independent springs, the restoring torque remaining constant since the pitch of the grooves in the drive cylinder are adapted to the spring characteristics. This results in the advantage of a simple design, which also offers the security that the gripper is brought into the position, even if the manipulation device fails, which guarantees an undisturbed extension of the lifting arm.
In another embodiment, the swivel drive is formed by a bellows in which a damping element is arranged for returning the gripper to the elevator position. And another embodiment provides that the swivel drive is resiliently suspended on the lifting arm. This results in the advantage that the vertical forces acting on the gripper cause a resilient axial displacement of the drive, the vertical force being indicated by measuring the spring deflection and the forces being easily monitored. In addition, this special design allows both tensile and compressive forces to be exerted on the gripper if the fuel assembly is jammed in the shaft between the fuel assembly columns.
Furthermore, in another embodiment, the telescopic tube is designed at its lower end in such a way that the hood with the rollers is centered therein as soon as the lifting arm reaches the uppermost position in the telescopic tube. This has the advantage that the fuel assemblies are safely guided through the lower part of the standpipe.
In another embodiment, the telescopic tube is equipped on the outside of its lower end with a rotatable ring, the outer circumference of which rests at least partially on the standpipe. This not only results in a centering and support of the telescopic tube, but also prevents the telescopic tube from sinking further from the standpipe, with an additional seal of the gas space of the reactor from the loading machine space. In addition, with this particular embodiment, the standpipe cannot be heated by hot gas penetrating during the loading process.
An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 shows a longitudinal section through a loading machine,
Fig. 2 shows a cross section along the line A-A in Fig. 1,
3 shows a cross section according to FIG. 2 in a different position,
4 shows a view of the lifting arm in the standpipe,
FIG. 5 shows a section along line B-B in FIG. 4.
The same reference numerals are used in the individual figures for parts that correspond to one another.
In Fig. 1, the concrete pressure vessel 2 of the loading machine 1 is shown, which stands on the reactor pressure vessel 3. The reactor pressure vessel 3 is penetrated by the standpipes 4, the uppermost part of which is closed with a standpipe plug 5 or shows the open standpipe 4. The loading machine 1 can be spatially divided into several areas, which are named here as magazine space 6, elevator space 7 and machine room 8.
The lifting mechanisms 9 and 10 for the standpipe plug 5 or the plug 11 of the loading machine 1 and the fuel assemblies 12 or moderator blocks 12 'are arranged in the machine room 8. These hoisting mechanisms 9 and 10 are attached to a platform 13 which in turn is fixedly arranged at the upper ends of the guide tubes 14, 14 ', 14 ". These guide tubes 14, 14' and 14" extend through the elevator room 7 and are on the machine table 15 supported. The machine table 15 thus not only carries the guide tubes 14, 14 'and 14 ", but also the associated lifting mechanisms 9 and 10. For this purpose, the machine table 15 is supported on the pressure vessel 2 of the loading machine 1 by means of a support bearing 16 and with a rotary drive 17 Mistake.
This can be done in a simple manner by a motor
18 driven pinion 19 and a toothed ring 20 provided on the machine table 15 can be accomplished. To fix the aligned position of the guide tube 14 with respect to the standpipe 4, a locking device 21 is provided which engages the machine table 15.
In addition to the rotatable machine table 15, a rotatable magazine table 22 is also provided in the magazine space 6. This serves to receive or to put down the individual fuel assemblies 12, the individual moderator blocks
12 ′ and the plug 11 of the loading machine 1. The magazine table 22 is rotatably supported via a bearing 23 on the pressure vessel 2 of the loading machine 1 and is moved by a drive motor 24. In order to be able to assume the correct position of the magazine table 22 relative to the displacement 25 or gripper 26 for changing the fuel assemblies 12 or moderator blocks 12 ', locking marks 27 are provided in addition to the drive motor 24 for the rotating movement, which are felt with a feeler 28 and thereby stop the drive motor 24.
The central tube 29, which establishes the connection to the guide tubes 14 to 14 ″, is mounted in the magazine table 22 itself. For this purpose, the central tube 29 is axially displaceable by means of bearings 72, so that it is on the end face of the guide tubes 14, 14 ′ and 14 "can be brought to the plant or lowered. The guide tubes
14, 14 'and 14 "and the central tube 29 are provided with mutually corresponding centering rims. A lifting device 30 is provided for axial displacement of the central tube 29, which can be easily adjusted by means of a hydraulic 31.
In the connection opening 32 of the loading machine 1, measuring sensors 33 for the lifting arm 25, in particular for the telescopic tube 34, are arranged. This enables the respective axial position of the telescopic tube 34 to be determined; when the lifting arm 25 is inserted into the reactor pressure vessel, the telescopic tube 34 is centered on the connection tube 32 'on the one hand and on the mouth 35 of the standpipe 4 to the reactor gas space 36 (Fig. 4) of the reactor pressure vessel 3 on the other .
The displacement 25 is inserted in the telescopic tube 34 which is provided with roller guides 37. As a result, the telescopic tube 34 is guided centrally together with the lifting arm 25 both in the guide tubes 14, 14 ′, 14 ″ and in the central tube 29.
The lifting arm 25 is equipped with a slide 38 which is supported on rollers 39 in the telescopic tube 34. At the same time, the slide 38 is equipped with a parallelogram pendulum joint 40, which was only shown schematically in this figure. Attached to it is the support tube 41 of the lifting arm 25, to the lower end of which the hood 42 of the gripper 26 is connected. The actual gripper 26 consists of a gripper pin 43 and the lock 44, not shown in this figure. The eccentric rod 45 is rigidly connected to the gripper pin 43. This is resiliently mounted in the axial direction in the support tube 41 and rotatable about its own axis. For this purpose, a pivot drive 46 with angular limit switches is provided in the support tube 41 on a bracket 47 arranged similarly to the flat springs.
For the sake of clarity, these details have been omitted from FIG. 1 and only shown in FIG.
The house 42 of the gripper 26 is equipped with guide rollers 48 which, on the one hand, center the hood 42 in the telescopic tube 34, but also manage the lifting arm 25 in the shaft 49 of the fuel elements 12 to be exchanged. The moderator blocks 12 ′ or fuel assemblies 12 are easily detachably attached to the gripper pin 43 by means of the locking device 44.
Fig. 2 shows a cross section through the magazine space 6, which the wall of the pressure vessel 2 of the loading machine
1 encloses. The guide tubes 14, 14 ′ and 14 ″ for the standpipe plugs 5 or plugs 11 of the loading machine and the lifting arm 25 are attached to the machine table 15.
In the guide tube 14 'of the machine plug 11 is indicated in plan view, which is hen with control rod bushings 50 verses. The guide tube 14 ″ shows an arrangement of the control rods 42 in cross section. In the guide tube 14, a brake element 12 is shown in cross section, this structural element of the core being held by the gripper pin 43 in each case.
On the circumference of the machine table 15 Ausnehmun gene 52, in which the lock 21, for example, with a
Sensing roller 53 engages. The rotary drive 17 of the machine table 15 is in the pressure vessel 2 of the loading machine 1, wel Ches consists of concrete, used, the ring gear 20 and the pinion 19 mesh with each other.
Below the machine table 15 is the magazine table
22 arranged, whose axis of rotation in a certain Stel ment with the axis of one of the guide tubes 14, 14 ',
14 ". The central tube 29 is then connected to the guide tube 14 without a step, so that the carriage 38 of the lifting arm 25 (not shown) extends into the
Central tube 29 can be lowered without inhibition. Of the
Magazine table 22 has stands 54 for the fuel assemblies
12 or the moderator blocks 12 ', on which unused and used fuel assemblies 12 are placed alternately. The magazine table 22 is driven by a drive motor
24 rotatable and has detent marks 27 on the circumference, which are scanned by the sensor 28 and stop the drive motor gate 24 in the intended positions.
FIG. 3 shows the same structure as FIG. 2, except that instead of the change position for the fuel element 12 on the magazine table 22 in FIG. 3, the lift position of the lifting arm 25 is shown above the central tube 29.
FIG. 4 shows a section through the lifting arm 25 according to FIG. 1 in a position lowered into the core 55. The Teeskoprohr 34 is inserted into the standpipe 4, and sits on the mouth 35 of the standpipe 4 to the gas space 36 of the reactor. It is provided with a rotatable ring 56 which, in addition to centering, also seals the standpipe 4 from the gas space 36.
The slide 38, which is guided on rollers 39 and to which the cable 57 of the lifting mechanism 10 is articulated, is arranged in the telescopic tube 34. The parallelogram pendulum joint 40 is attached to a beam 58 and consists essentially of cardanically suspended pendulum supports 59. As a result, radial movements of the lifting arm 25 are admitted on all sides without its predetermined vertical position changing. This is advantageous when irregularities occur in the core structure 55 and these make it necessary to adapt the axis of the lifting arm 25 to the shaft 49 in order to be able to achieve an undisturbed exchange of the fuel assemblies 12.
For this purpose and to limit the deflection to a predeterminable amount, a lock 61 is provided, which is formed from a pneumatic cylinder 62 which can be acted upon by helium. The pendulum movement can hereby be arrested during the pivoting of the gripper 26 by 1800 from the extended position to the fuel assembly shaft 49 and vice versa to the elevator position and during the elevator stroke of the lifting arm 25. But even if the fuel assembly shaft 49 deviates from the vertical position, the lock 61 can be used in order to be able to introduce the gripper 26 more easily into the inclined or curved shaft.
The pendulum joint 40 is surrounded by a bellows 63 which is attached in a gas-tight manner to the lifting arm 35 or to the support tube 41 and to the slide 38. In the support tube 41 of the lifting arm 25, which is firmly attached to the counter beam 64 of the pendulum joint 40, the pivot drive 46 for the gripper 26 together with the hood 42 is provided. The eccentric rod 45, equipped with a roller guide 65, for the gripper pin 43, the upper end of which is rotatably mounted on a bracket 47, is arranged in the support tube 41. The bracket 47 is rigidly attached to one side of the support tube 41 and consists in principle of support plates 66 designed like flat springs, which form axial bearings for the eccentric rod 45 and also carry the swivel drive 46.
The swivel drive 46 can rotate the gripper 26 into the elevator position so that it assumes the position shown in FIG. 3. To rotate the gripper 26 into the position of deflection, as shown in FIGS. 4 and 5, the pivot drive 46 is designed as a hydraulic motor. This consists of a bellows that changes its length by supplying pressure oil and is equipped with a toothed rack that meshes with a toothed segment on the extenter rod 45. By changing the length of the 3alges, the gripper can be rotated by 1800.
The reset is carried out in a simple manner by pulling celebrations, which at the same time bring the bellows into its rest position.
In order not to combine resetting to the lift position with vibrations, damping is used on the bellows of the swivel drive, which can be done in a simple manner by a throttle.
The arrangement of the swivel drive 46 on the n axial direction of the support tube 41 resilient console 47 makes it possible to exert forces according to the spring characteristics when inserting or pulling fuel assemblies or moderator blocks 12 into or out of the shaft 49. However, these are only effective if the fuel assembly 12 becomes jammed in the shaft 49.
The deflection of the resilient bracket 47 can be measured by a pushbutton 70 rigidly attached to the lifting arm 25 and thus the force exerted on the fuel assembly 12, both in the pulling and pushing directions, can be determined.
The button 70 can also be of a hydraulic nature, e.g. B.
a pressure load cell. By suitably designing this auxiliary device, it is possible to limit the forces that can be exerted and to avoid damage to the fuel assembly 12.
With the present loading machine 1, however, the fuel assembly 12 that has already been seized and jammed in the shaft 49 can be set down again and the obstacle in the shaft itself for changing the deformed fuel assembly 12 can be removed by pulling out the adjacent column of the shaft 49. This manipulation has not been possible with the loading machines that have been customary up to now, since fuel assemblies that were once gripped and jammed could no longer be put back in their place, thus making further loading of the reactor impossible. This inevitably led to a shutdown of the reactor and, for example, to the failure of a large part of the energy generation.
The hood 42 is rotatably arranged on the support tube 41 and encloses the support tube 41 with a seal 68. The hood 42 or the eccentric rod 45 carry the guide rollers 48 of the gripper 26, which enable improved guidance of the lifting arm 26 in the shaft 49. The gripper pin 43 is attached to the eccentric rod 45 and, with its lock 44, grips the fuel assembly 12 after it has been introduced into the manipulation bore 60 of the fuel assembly 12.
FIG. 5 shows a plan view of the core 55 in a schematic representation, the gripper hood 42 being visible in a view. The end face of the fuel assembly 12 is covered by the gripper hood 42. At the abutting edges 69 of the individual fuel assemblies 12 with the adjacent fuel assembly 12, the guide rollers 48 are placed on the hood 42, which thus partially compensate for unevenness and projections of the fuel assembly column 71 and also provide guidance in the shaft 49. The support tube 41 is shown in section, the hollow eccentric rod 45 being supported centrally by guides 65.
The hollow design of the eccentric rod 45 allows the supply of cold gas to the gripper pin 43 and the guide rollers 48, whereby cooling of the entire lifting arm and also of the fuel assembly can be achieved. Cold gas also flows through the displacement 25, whereby the telescopic tube 34, the slide 38, the pendulum joint 40 and the hollow support tube 41 and the hood 42 are cooled and this cold gas is also brought to the manipulated fuel assembly 12. Reliable cooling of the lifting arm 26 is thus ensured, so that no bends or local overheating can occur on it.
In addition, the lifting arm 25 or the support tube 41 of the loading machine according to the invention can be coated with insulation so that the heat radiation on the lifting arm or on the gripper is also reduced from the outset.
The dash-dotted line indicates the position of the standpipe 4 with respect to the core 55, from which it can be seen that in this embodiment of the reactor or the loading machine three fuel assembly columns 71 can be charged or replaced by a standpipe 4.