DE10001634A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors - Google Patents

Abstract

Die Beladevorrichtung weist einen vertikal beweglichen Mast (13) mit beweglichen Befestigungseinrichtungen einer Brennelementanordnung (17) und wenigstens einer Führungseinrichtung (18, 19, 20) der Brennelementanordnung (17) auf, um sie auf einer Kernstützplatte in dem Kernreaktorbehälter abzusetzen. Die Führungseinrichtung wird von wenigstens einem Pfahl oder Balken (18) gebildet, der an einer Bewegungseinrichtung (19, 20) des Balkens zwischen einer Rückzugs- oder Herauszugsposition und einer Betriebsposition aufgehängt ist, in der ein Abschnitt des Pfahls (18) in eine bezüglich des unteren Abschnitts (17a) der Brennelementanordnung (17) benachbarte Position kommt. Der Pfahl (18) weist ein unteres Ende (18a) auf, das vertikal nach unten bezüglich des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung (17) in seiner Betriebsstellung vorspringt. Der untere Endabschnitt (18a) des Pfahls (18) bildet zwei Führungszapfen aus, die in Wasserdurchtrittsöffnungen der Kernstützplatte am Absetzen der Brennelementanordnung (17) eingeführt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beladen des Kerns eines mittels Wasser und insbesondere eines mittels Druckwasser gekühlten Kernreak­ tors.

Die Kernreaktoren, wie beispielsweise die Druckwasser- Kernreaktoren weisen einen Behälter auf, der den Kern des Kernreaktors einschließt, der aus einer Brennelementanord­ nung gebildet ist, und in dem im Betrieb das Kühlfluid des Reaktors zirkuliert.

Die Brennelementanordnungen des Kerns, die allgemein von gerader prismatischer Form sind, ruhen auf einer Kernstütz­ platte im Inneren des Behälters mittels ihres unteren Ab­ schnitts oder unteren Endstücks und sind in vertikaler An­ ordnung plaziert. Die Kernstützplatte weist Positionierzap­ fen der Brennelementanordnungen beziehungsweise Brennstäbe auf, wobei das untere Endstück eines jeden Brennelements zwei Öffnungen aufweist, die in Eingriff sind mit zwei Po­ sitionnierzapfen, um die Brennelementanordnung in ihrer Po­ sition im Kern festzulegen. Die benachbarten Brennelement­ anordnungen bilden ein dichtes Ensemble beziehungsweise eine dichte Anordnungsstruktur, in der jede Brennelement­ anordnung in Kontakt mit benachbarten Anordnungen in einer Netzposition mittels ihrer Endstücke und ihrer Gitterzwi­ schenhülsen ist.

Das spaltbare Brennmaterial, das in den Anordnungen enthal­ ten ist, wird allmählich in dem Kernreaktor im Betrieb ver­ braucht, so daß die Brennelementanordnungen zunehmend an spaltbarem Brennmaterial verarmen und deshalb eine gewisse Abnützung erleiden. Es ist notwendig, periodisch Wiederbe­ ladungsvorgänge des Kerns des Kernreaktors durchzuführen.

Diese Vorgänge, die ein Anhalten und ein Abkühlen des Kern­ reaktors benötigen, bestehen darin, einen Teil der Brenn­ elementanordnungen, die sich in einer Kernzone befinden, durch neue Anordnungen auszutauschen, wobei die anderen Anordnungen des Kerns, die nicht durch neue Anordnungen er­ setzt werden, von einer Zone in eine andere Zone des Kerns verschoben werden.

Andererseits, ist es beim ersten In-Betrieb-nehmen des Kernreaktors notwendig, die Beladung oder Beschickung des Kerns mit neuen Anordnungen durchzuführen, die die erste Charge des Kernreaktors bilden.

Die Vorgänge des Beladens oder Wiederbeladens eines Kernre­ aktors werden unter Wasser durchgeführt, wobei der Deckel des Behälters demontiert ist, von dem oberen Niveau des Re­ aktorbeckens aus, in dessen Boden der Schacht des Behälters mündet.

Um die Beladungs- und Wiederbeladungsvorgänge durchzufüh­ ren, wird eine Maschine oder Vorrichtung zum Anheben und Halten der Brennelementanordnungen, genannt Beladungs- oder Belademaschine oder -vorrichtung, verwendet, die horizonta­ le Führungseinrichtungen aufweist, die oberhalb des oberen Niveaus des Beckens angeordnet sind, und ein Schlitten ist beweglich an den Horizontal-Führungseinrichtungen in wenig­ stens zwei Richtungen einer horizontalen Ebene montiert, derart, daß die Einrichtungen zum Ergreifen und Heben der Brennelementanordnungen senkrecht einer jeden der Brennele­ mentanordnungs-Positionen in dem Kernreaktorkern gesetzt werden können.

Die Aufgreif- und Anhebeeinrichtungen der Brennelemen­ tanordnungen weisen einen Mast auf, der an seinem unteren Abschnitt Greifeinrichtungen einer Brennelementanordnung in einer vertikalen Position mittels seines oberen Endstücks aufweist. Der Mast ist in vertikaler Richtung im Inneren eines außen rohrförmigen Schaftes beweglich, der am Schlit­ ten der Belademaschine mit seiner vertikalen Achse befe­ stigt ist.

In dem in Betrieb befindlichen Reaktor werden die Brennele­ mentanordnungen einer Bestrahlung unterworfen, und sind der Sitz einer intensiven Hitzeabgabe, wodurch sie Verformungen erleiden können. Aufgrund der Tatsache, daß die Brennele­ mentanordnungen im allgemeinen von sehr schlanker Form sind, weist ihr Querschnitt sehr viel geringere Abmessungen als ihre axiale Länge auf, so daß sie beispielsweise durch Verbrennen Verformungen erleiden können, die sich in einen relativ starken Versatz des unteren Endstück bezüglich sei­ ner theoretischen Position, zentriert auf die Achse der Brennelementanordnung, übertragen.

Deshalb kann es sehr schwer sein, den Wiedereingriff einer verformten Brennelementanordnung in dem Kern des Kernreak­ tors sicherzustellen, derart, daß seine Positionsöffnungen in Eingriff kommen mit zwei Positionszapfen der Kernstütz­ platte.

Die Bestückung beziehungsweise Beladung oder Wiederbeladung des Kerns eines Kernreaktors wird durchgeführt unter Setzen der Brennelementanordnungen in benachbarte aufeinanderfol­ gende Positionen, im Inneren einer Halteabtrennung der Um­ fangsanordnungen des Kerns. In dem Fall, wo die Brennele­ mentanordnungen einen quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei sie gemäß einem quadratischen Maschennetz angeordnet sind, wird das Einsetzen der Brennelementanordnungen in prismatische Zonen mit quadratischem Querschnitt durchge­ führt, die umrandet sind durch benachbarte Brennelemen­ tanordnungen auf einer, zwei oder drei Seiten. Wenn man das vor-Ort-setzen einer verformten Brennelementanordnung in einer prismatischen Zone des Kerns umgeben von den benach­ barten Brennelementanordnungen durchführt, ist es notwen­ dig, große Vorsichtsmaßnahmen vorzunehmen, um ein Anhaken zwischen den Endstücken und den Gitterzwischenhülsen der Brennelementanordnung, die eingesetzt wird, und den benach­ barten Brennelementanordnungen zu vermeiden. Es kann not­ wendig sein zur Sicherstellung der vollständigen vor-Ort- Anbringung der verformten Anordnung, mehrere Anhebe- und Absenkmanöver der Brennelementanordnung durchzuführen. Das Einsetzen der Brennelementanordnungen und somit das Wieder­ beladen des Kerns kann eine sehr große Zeitdauer für seine Durchführung erfordern. Damit wird jedoch um so mehr die Betriebsunterbrechung des Kernreaktors verlängert.

Es wurde somit vorgeschlagen, Führungsvorrichtungen zu ver­ wenden, die das Einsetzen der Brennelementanordnungen in den Kern des Kernreaktors erlauben zu beschleunigen.

Beispielsweise wurde vorgeschlagen, Führungskufen zu ver­ wenden, die mit dem Ende von starren Stangen verbunden sind, die an dem Mast der Belademaschine befestigt sind. Es können von einer bis vier Haltekufen des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung verwendet werden gemäß dem Ein­ setztyp, in den die Brennelementanordnung eingesetzt wird, das heißt, gemäß der Anzahl der benachbarten Brennelement­ anordnungen, die den Ort umgeben. Derartige Kufenvorrich­ tungen ermöglichen die Eingriffs- und Einsetzbedingungen der Brennelementanordnung zu verbessern, erlauben jedoch nicht, eine wirksame Führung während der Endphase des Ab­ setzens der Brennelementanordnung für den Eingriff der Po­ sitionierungsöffnungen des unteren Endstücks der Brennele­ mentanordnung auf den Positionszapfen der Kernstützplatte sicherzustellen.

Es wurden ebenfalls Vorrichtungen vorgeschlagen, die verlo­ rene oder tote Anordnungen oder tote Endstücke von Brenn­ elementanordnungen bilden, die auf die Kernstützplatte um einen Einsatzort gesetzt werden, in dem man das Absetzen einer Brennelementanordnung erzeugt. Derartige Vorrichtun­ gen weisen geneigte Führungsabschnitte auf, die ermögli­ chen, das untere Endstück der Brennelementanordnung in eine zufriedenstellende Position zu setzen, in der die Öffnungen des Endstücks in Eingriff kommen können mit den Positionie­ rungszapfen. Diese Vorrichtungen ermöglichen insbesondere das Einsetzen der verformten Brennelementanordnungen we­ sentlich zu verbessern. Jedoch ist der Nachteil derartiger Vorrichtungen der, daß sie am Boden des Beckens abgesetzt beziehungsweise wieder aufgenommen werden müssen vor bezie­ hungsweise nach dem Einsetzen einer Brennelementanordnung.

Es sind ebenfalls komplexe Vorrichtungen bekannt, die seit­ lich an der Beladevorrichtung von Brennelementanordnungen befestigt sind und die Einrichtungen zum Führen und Bewegen des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung aufweisen, derart, daß sie mit der Bewegung des oberen Abschnitts syn­ chronisiert sind. Derartige Vorrichtungen, die komplex und raumgreifend sind, sind nur schwer im Rahmen einer Wieder­ aufladung zu bedienen, die das Einsetzen von einer Vielzahl von Brennelementanordnungen einschließt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors vorzuschlagen, be­ stehend aus Brennelementanordnungen, die mit ihrem unteren Endabschnitt auf der Oberseite einer horizontalen Kern­ stützplatte im Inneren eines Behälters ruhen, mit Positio­ nierungszapfen der Brennelementanordnungen, die an ihrer Oberseite vorspringen und von Reaktorkühlwasser- Durchtrittsöffnungen durchquert sind, wobei die Beladungs­ vorrichtung einen vertikalen Mast aufweist, der mit beweg­ lichen Befestigungseinrichtungen des oberen Abschnitts ei­ ner Brennelementanordnung an ihrem unteren Abschnitt verse­ hen ist, und mit Bewegungseinrichtungen des Mastes in hori­ zontale Richtungen und in die vertikale Richtung, um eine Brennelementanordnung, die am Mast befestigt ist, auf der Kernstützplatte abzusetzen, ausgehend von dem oberen Niveau eines Reaktorbeckens, derart, daß zwei Positionierungsöff­ nungen eines unteren Endes der Brennelementanordnung in Eingriff kommen mit zwei Positionierungszapfen, sowie mit wenigstens einer Führungseinrichtung, die von dem Mast ge­ tragen wird, wobei diese Vorrichtung einfach hergestellt und einfach verwendet werden kann und ermöglicht, eine wirksame Führung der Brennelementanordnung sicherzustellen bis zu seinem vollständigen Absetzen auf der Kernstützplat­ te und des Eingriffs der Öffnungen seines unteren Endstücks mit den Positionierungszapfen der Kernstützplatte.

Hierzu ist die Führungseinrichtung aus wenigstens einem Balken gebildet, der in einer vertikalen Anordnung mit sei­ nem oberen Ende auf gelenkige Weise aufgehängt ist an einer Bewegungseinrichtung des Balkens zwischen einer Rückzugspo­ sition und einer aktiven Position, in der ein Abschnitt des Balkens in eine bezüglich des unteren Abschnitts der Bren­ nelementanordnung benachbarte Position kommt, wobei der Balken darüber hinaus ein unteres Ende aufweist, das verti­ kal bezüglich des unteren Abschnitts der Brennelementanord­ nung nach unten in der aktiven Position des Balkens vor­ springt, gebildet aus wenigstens einem Führungszapfen, der mit geringem Spiel in eine Wasserdurchtrittsöffnung der Kernstützplatte eingeführt werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr bei­ spielhaft und nicht einschränkend eine Beladungsvorrichtung gemäß der Erfindung und ihre Verwendung zum Beladen des Kerns eines Rückwasserkernreaktors beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1A eine Seitenansicht des oberen Abschnitts der Bela­ devvrrichtung,

Fig. 1B eine Seitenansicht des unteren Abschnitts der Be­ ladevorrichtung dessen Führungseinrichtungen in Rückzugspo­ sition sind,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des unteren Abschnitts der Beladevorrichtung und eines Führungsbalkens in Rück­ zugsposition,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, analog zu der An­ sicht von Fig. 2, die den unteren Abschnitt der Beladevor­ richtung und zwei Führungsbalken einer Brennelementanord­ nung zeigt, wobei einer ihrer Balken in Rückzugsposition und der andere in aktiver Position beziehungsweise Arbeits­ position ist,

Fig. 4 eine Seitenansicht des unteren Endabschnitts einer Führungsvorrichtung und einer Brennelementanordnung während des Absetzens auf die Kernstützplatte des Kernreaktors, und

Fig. 5 eine Ansicht auf eine herkömmliche Ebene des Kerns eines Druckwasser-Kernreaktors während des Beladens des Kerns unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In den Fig. 1A und 1B sieht man eine Belademaschine oder -vorrichtung, die allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichnet ist, wobei sie auf dem oberen Rand von vertikalen Seiten­ wänden 3 aus Beton des Beckens 2 eines Kernreaktors ruht, in dessen Boden ein Beckenschacht mündet, welche den Reak­ torbehälter umschließen. Die Beladungsvorrichtung 1 wird verwendet, um Brennelementanordnungen, die den Kern des Kernreaktors bilden, der sich im Inneren des Behälters be­ findet, anzuheben oder abzusetzen.

Die Beladungsvorgänge oder Wiederbeladungsvorgänge des Kernreaktors, die den Einsatz der Beladungsmaschine 1 benö­ tigen, werden unter Wasser ausgeführt, wobei das Becken mit Wasser bis zum Niveau 4 gefüllt ist.

Die Beladevorrichtung 1 weist einen beweglichen Schlitten auf, der allgemein mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist, welcher die Bewegungen der Beladevorrichtung sicherstellt, um das Aufnehmen oder das Absetzen einer Brennelementanord­ nung in irgendeinem Platz des Kernreaktors im Inneren des Behälters durchzuführen.

Der Schlitten 12 weist einen ersten Schlitten 5 auf, der mittels Rädern 7 beweglich auf Schienen 6 angebracht ist. Die Schienen 6 sind ihrerseits auf einem zweiten Schlitten 8 befestigt, der beweglich auf Schienen 9 gesetzt ist, die auf dem oberen Abschnitt der Seitenwände des Beckens 2 ru­ hen und in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Schie­ nen 6 angeordnet sind. Der Schlitten 12, der den ersten und zweiten Schlitten aufweist, bildet einen Schlitten mit ge­ kreuzten Bewegungen, in zwei senkrechte Richtungen der ho­ rizontalen Ebene.

Der erste Schlitten 5 der Anordnung 12, die den Schlitten der Beladevorrichtung bildet, trägt den äußeren rohrförmi­ gen Schaft 10 der Beladevorrichtung, der eine zylindrische Form und eine Achse 11 von vertikaler Richtung aufweist. Der Schaft 10 ruht auf dem Schlitten 5 mittels Führungsein­ richtungen, die seine Drehbewegung und seine Ausrichtung um die Achse 11 auf dem ersten Schlitten 5 ermöglichen.

Im Inneren des äußeren Schafts 10 ist in einer koaxialen Anordnung und auf bewegliche Weise gemäß der Richtung der Achse 11 des äußeren Schafts ein innerer Mast 13 ange­ bracht, der mittels Rollen oder Scheiben an Hebeseilen 14 einer Winde 15 befestigt ist. Der mobile oder bewegliche Mast 13 weist an seinem unteren Abschnitt Einrichtungen 16 auf, die das Anhängen einer Brennelementanordnung mittels ihres oberen Endes oder Endstücks ermöglichen.

Der bewegliche Schlitten 12 der Beladevorrichtung ermög­ licht die Anordnung, gebildet aus dem äußeren Schaft 10 und dem inneren Mast 13 in zwei Richtungen der horizontalen Ebene durch gekreuzte Bewegungen zu bewegen. Auf diese Wei­ se kann man den mobilen Mast 13 lotrecht zu irgendeiner Po­ sition im inneren des Kerns des Kernreaktors setzen, um die Aufnahme oder das Absetzen irgendeiner Brennelementanord­ nung 17 vorzunehmen.

Der äußere Schaft 10 weist Führungseinrichtungen in der axialen Richtung 11 des inneren Mastes 13 auf, der im Inne­ ren des äußeren Schaftes 10 beweglich ist.

Der Mast 13 kann in axialer Richtung 11, die der vertikalen Richtung entspricht, während des Betriebs der Beladevor­ richtung bewegt werden, dank der Winde 15, zwischen einer vollkommen angehobenen Position, dargestellt in Fig. 1 und einer niederen Position, in der die Anhängvorrichtung 16 des beweglichen Mastes 13 sich auf der Höhe des oberen End­ stücks der Anordnungen des Kerns des Kernreaktors befindet. In dieser niederen oder unteren Position kann die Aufnahme oder das Absetzen einer Brennelementanordnung 17 des Kerns des Kernreaktors vorgenommen werden. In der oberen Position des beweglichen Mastes 13, wie in den Fig. 1A und 1B dargestellt, ist die Brennelementanordnung 17, die am unte­ ren Ende des beweglichen Mastes mittels der Anhängvorrich­ tung 16 befestigt ist, vollkommen im Inneren des äußeren Schaftes 10, was den Schutz der Brennelementanordnung si­ cherstellt, aufgenommen, beispielsweise während der Bewe­ gungen in die horizontalen Richtungen des Schlittens 12.

Wie in Fig. 1B ersichtlich, weist die Beladevorrichtung weiterhin wenigstens eine Führungseinrichtung des unteren Abschnitts 17a der Brennelementanordnung während ihres Ab­ setzens auf die Kernstützplatte in dem Behälter des Kernre­ aktors auf.

Die Führungsvorrichtung 18 weist hauptsächlich einen Pfahl auf, der eine allgemeine vertikale Ausrichtung aufweist und mit einem seiner Enden 18b auf gelenkige Weise mit dem Ende einer Handhabungs- oder Betätigungsstange 19, welche im we­ sentlichen vertikal verläuft, verbunden ist, die mit einem Betätigungsstelltrieb 20 auf der Höhe des oberen Abschnitts des äußeren Schaftes 10 der Beladevorrichtung verbunden ist.

Darüber hinaus ist der Balken oder Pfahl 18 mittels der Stange 19 mit einem zweiten Stelltrieb 21 verbunden, der ebenfalls an einem oberen Abschnitt des Schaftes 10 befe­ stigt ist, dessen Achse im wesentlichen senkrecht zur Betä­ tigungsachse des Stelltriebs 20 verläuft.

Wie es insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, erlaubt der Stelltrieb 20 den Pfahl 18 zwischen einer hohen Rückzugsposition und einer tiefen Aktiv- oder Betriebsposi­ tion, im wesentlichen in vertikaler Richtung anzuheben und abzusenken.

Der Übertragungsstelltrieb 21 ermöglicht, die Betätigungs­ stange 19 des Pfahls 18 zu bewegen, um sein Anhängen und sein Verriegeln am oberen Ende 18b des Pfahls 18 mittels des Verriegelungsmechanismus 22 sicherzustellen, oder im Gegensatz, um die Betätigungsstange 18 von dem oberen Ab­ schnitt 18b des Pfahls 18 zu entriegeln beziehungsweise lö­ sen und zu trennen, wenn dieser sich in seiner Betriebspo­ sition befindet, in der er auf Stützelementen 23 und 23' des Mastes 13 ruht.

Der Balken oder Pfahl 18 weist ein unteres Ende 18a auf, das vorzugsweise zwei Zentrierungszapfen bildet, die dazu dienen, mit geringem Spiel in das Innere von zwei Wasser­ durchtrittsöffnungen der Kernstützplatte des Kernreaktors einzugreifen, um das Einsetzen einer Brennelementanordnung sicherzustellen, die am Ende des Hebemastes 13 befestigt ist. Es werden die beiden benachbarten Wasserdurchtritts­ öffnungen aus den vier Wasserdurchtrittsöffnungen verwen­ det, die allgemein die Platte gegenüber einer jeden Brenn­ elementanordnung aufweist.

An dem Pfahl 18 sind zwei Stützelemente 24 und 24' befe­ stigt, die dazu dienen, in Eingriff mit Stützen 23 bezie­ hungsweise 23', die mit dem Mast 13 verbunden sind, in der Betriebsposition des Pfahls 18 zu kommen.

Der Pfahl 18 weist ebenfalls eine Walze 25 auf, die in ein Führungselement 26 eingreift, das mit dem Schaft der Bela­ devorrichtung verbunden ist. Die Walze 25, die in Eingriff ist mit dem Führungselement 26, bildet einen Schwenknocken des Pfahls 18 zwischen seiner Rückzugsposition, wie in den Fig. 1 und 2 oder in dem rechten Abschnitt der Fig. 3 dargestellt, und einer Betriebsposition, wie in dem linken Abschnitt der Fig. 3 dargestellt.

In Betriebsposition ruht der Balken oder Pfahl 18 mittels seiner Anschlagelemente 24 und 24' auf den Stützelementen 23 und 23' des Mastes 13.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist es möglich, mehrere Füh­ rungseinrichtungen zu verwenden, die jeweils aus einem Pfahl 18 und Bewegungseinrichtungen und Stützeinrichtungen des Pfahls gebildet sind, um die Führung einer Brennelement­ anordnung bei ihrem Absetzen auf eine obere Platte des Kernreaktors sicherzustellen, unter Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Beladevorrichtung. Es ist möglich, in dem Fall von Brennelementanordnungen mit prismatischer Form und qua­ dratischem Querschnitt, vier Führungsvorrichtungen zu ver­ wenden, die jeweils einen Pfahl 18 aufweisen.

Wie aus Fig. 1B und aus Fig. 3 ersichtlich, kann der Pfahl 18 zwei geradlinige, im wesentlichen parallele Ab­ schnitte aufweisen, die untereinander durch einen Knickab­ schnitt verbunden sind, der bezüglich der Axialrichtung des Pfahls geneigt ist, derart, daß ein Einsetzen des unteren Abschnitts des Pfahls in der unmittelbaren Nachbarschaft des unteren Endstücks 17a der Brennelementanordnung 17 si­ chergestellt ist, und vorzugsweise, im wesentlichen in Be­ rührung mit diesem unteren Endstück in der Betriebsposition des Pfahls 18. Auf diese Weise befinden sich die unteren Abschnitte 18a der Pfähle 18, die in der Betriebsposition des Pfahls 18 in die vertikale Richtung und nach unten be­ züglich des unteren Endstücks 17a der Brennelementanord­ nung, das an dem Mast 13 befestigt ist, vorspringen, in der Verlängerung des Endstücks und stellen ohne Schwierigkeit ein Einsetzen der Brennelementanordnung auf der Kernstütz­ platte sicher, wie es insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 4 weiter unten beschrieben werden wird.

Wenn eine Brennelementanordnung eine Verformung aufweist, beispielsweise eine bogenförmige Verformung, ermöglicht das Einsetzen von Pfählen, deren unterer Abschnitt in Kontakt mit dem unteren Abschnitt der Brennelementanordnung kommt, gegebenenfalls eine gewisse Geradbiegung der Brennelement­ anordnung sicherzustellen.

Bemerkenswert ist, daß die Pfähle oder Balken 18 der Füh­ rungsvorrichtungen in ihrer Betriebsposition an Elementen befestigt sind, die mit dem Mast 13 der Beladevorrichtung verbunden sind. Aufgrund dieser Tatsache sind die Pfähle perfekt parallel zur Achse des Belademastes 13 ausgerich­ tet, unabhängig von der geometrischen Form der Brennelement­ anordnung 17, die am Mast 13 befestigt ist.

Das in-Betriebsstellung-setzen der Pfähle 18 der Führungs­ vorrichtungen wird im Inneren des Schaftes 10 der Belade­ vorrichtung bewerkstelligt, oberhalb des oberen Niveaus des Beckens des Kernreaktors. Aufgrund dieser Tatsache kann dieser Vorgang leicht gesteuert und unterstützt werden.

Um das in-Betriebsstellung-setzen der Führungspfähle durch­ zuführen, wird das Aufnehmen einer Brennelementanordnung 17 unter Verwendung des Mastes 13 erzeugt, beispielsweise in dem Brennelementbecken des Kernreaktors. Man hebt sodann den Mast 13 der Beladevorrichtung an, an dem die Brennele­ mentanordnung 17 befestigt ist, derart, daß der Mast 13 und die Brennelementanordnung 17 sich in vollständig aus dem Inneren des Schaftes 10 der Beladevorrichtung herausgezoge­ ner Stellung befinden.

Es wird somit oberhalb des Reaktorbeckens das Setzen in Be­ triebsstellung der Pfähle 18 der Führungseinrichtungen der Beladevorrichtung erzeugt unter Betätigen der Stelltriebe 20 und 21, bis zu dem Moment, wo die Anschlagelemente 24 und 24' eines jeden Pfahls 18 in ihrer Position auf einem Stützelement 23 und 23' des Mastes 13 befestigt sind. Die Führungselemente 25 und 26 stellen eine perfekt geführte Bewegung des Balkens oder Pfahls 18 zwischen seiner Rück­ zugs- oder Herauszugsposition und seiner Betriebsposition sicher.

Wenn die Pfähle 18 in Betriebsposition gesetzt sind, sind die unteren Abschnitte der Pfähle in parallelen Richtungen zur Achse des Mastes 13 fixiert, wobei diese Positionen in der axialen Verlängerung von Wasserdurchtrittsöffnungen der Kernstützplatte liegen.

Es ist möglich, einen einzelnen Pfahl 18 zu verwenden, des­ sen unterer Abschnitt 18a zwei Zentrierungszapfen bildet, die in fluchtender Ausrichtung mit zwei Wasserdurchtritts­ öffnungen der Kernstützplatte kommen oder auch zwei, drei oder vier Pfähle zu verwenden, die entsprechend gegenüber einer zugehörigen Seite der Brennelementanordnung angeord­ net sind.

In Fig. 4 ist die Stützplatte 30 des Kerns des Kernreak­ tors dargestellt, deren obere Oberfläche Positionierungs­ zapfen 27 von Brennelementanordnungen, wie die Anordnungen 17, trägt, deren unteres Endstück 17a oder Fuß dazu dient, auf der oberen Oberfläche der Kernstützplatte 30 zu ruhen, Eingriffsöffnungen mit den Positionierzapfen 27 aufweist, die an der oberen Oberfläche der Kernstützplatte 30 vor­ springen.

Die Kernstützplatte 30 wird über ihre gesamte Dicke durch Wasserdurchtrittsöffnungen 29 durchsetzt, die die Vertei­ lung und Einführung von Kühlwasser in eine jede der Brenn­ elementanordnungen 17 ermöglichen. Im Falle von Brennele­ mentanordnungen mit quadratischem Querschnitt, die gemäß einem quadratischen Maschennetz auf der Kernstützplatte verteilt sind, wird die Positionierung der Brennelemente in dem Netz durch die Zapfen 27 sichergestellt, wobei die Kernstützplatte 30 von vier Wasserdurchtrittsöffnungen 29 auf der Höhe einer jeden der Positionen der Brennelement­ anordnungen durchsetzt ist.

In Fig. 4 ist eine Brennelementanordnung 17 bei der End­ phase ihres Absetzens auf die Kernstützplatte 30 darge­ stellt. Es ist ebenfalls der untere Abschnitt eines Pfahls oder Balkens 18 einer Führungsvorrichtung der Beladevor­ richtung dargestellt, an dem die Brennelementanordnung 17 angehängt ist. Der Balken oder Pfahl 18 befindet sich in seiner Betriebsposition, wobei der untere Abschnitts des Pfahls 18, der parallel zur Bewegungsachse 31 des Mastes der Beladevorrichtung ist, in Anlage gegen das untere End­ stück 17a der Brennelementanordnung 17 ist.

Das untere Ende 18a des Pfahls 18, das zwei Zentrierungs­ zapfen bildet, befindet sich somit in axialer Ausrichtung mit Wasserdurchtrittsöffnungen 29, die sich lotrecht zur einer nicht besetzten Brennelementanordnungsposition befin­ den, benachbart zur Position, in der das Absetzen der Brenn­ elementanordnungen 17 vorgenommen wird. Bei der Endphase des Absetzens der Brennelementanordnung 17 werden die Füh­ rungszapfen 18a, die einen kegeligen Eingriffsendabschnitt aufweisen, in die Wasserdurchtrittslöcher 29 eingeführt und stellen eine Führung des unteren Abschnitts der Brennele­ mentanordnung sicher, wobei diese erste Führung eine Vorpo­ sitionierung (oder Vorzentrierung) der Anordnung bildet. Die Endpositionierung wird durch die Positionierungszapfen 27 bei deren Eingriff in die Öffnungen 28 sichergestellt.

Man bewerkstelligt das Einsetzen der Brennelementanordnung 17 in einer benachbarten Position bezüglich der Brennele­ mentanordnung 17', die vorher auf der Kernstützplatte 30 abgesetzt worden war.

Im Falle einer nicht verformten Brennelementanordnung, be­ findet sich die Achse der Brennelementanordnung perfekt ausgerichtet mit der Bewegungsachse 31 des Mastes der Bela­ devorrichtung. In dem Fall einer verformten Brennelement­ anordnung, beispielsweise einer gebogenen, kann die Achse des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung einen ge­ wissen Winkel mit der Bewegungsachse der Beladevorrichtung einschließen, oder leicht bezüglich dieser Achse versetzt sein.

Ein gewisses Geradebiegen oder Versetzen der Brennelemen­ tanordnung in eine zufriedenstellende Eingriffsposition kann durch den Pfahl oder die Pfähle 18 der Führungsein­ richtung oder der Führungseinrichtungen der Beladevorrich­ tung sichergestellt werden. Darüber hinaus ist im Moment des Eingriffs der Brennelementanordnung eine gewisse Füh­ rung ebenfalls durch die benachbarte Brennelementanordnung in dem Kernreaktorkern, wie beispielsweise durch die Bren­ nelementanordnung 17', sichergestellt.

In allen Fällen stellt der Eingriff der unteren Abschnitte 18a der Pfähle 18, die während der Bewegung der Brennele­ mentanordnung 17 mit dieser verbunden sind, in die Wasser­ durchtrittsöffnungen 29 der Kernstützplatte 30, eine Füh­ rung des Hinabsetzens der Brennelementanordnung sicher, derart, daß die Positionierungsöffnungen 28 des unteren Ab­ schnitts 17a ohne Schwierigkeiten in Eingriff mit den ent­ sprechenden Positionierungszapfen 27 kommen. Der Eingriff der Führungszapfen 18a in die Wasserdurchtrittsöffnungen 29, deren Durchmesser im wesentlichen größer sind als die Durchmesser der Positionierungszapfen 27, kann ohne Schwie­ rigkeiten im Moment des Hinabsetzens der Brennelementanord­ nung in die Position bewerkstelligt werden, die ihr zuge­ ordnet wurde und die durch die Koordinaten in dem Netz be­ stimmt ist, das von dem Querschnitt des Kernreaktorkerns gebildet wird.

In Fig. 5 ist der Querschnitt des Kerns 31 des Kernreak­ tors dargestellt, der auf einer Kernstützplatte 30 ruht.

Die Plätze mit quadratischem Querschnitt, die mit Brennele­ menten besetzt sind, sind durch Kreuze angegeben. Es wurden ebenfalls in den Zonen, die noch keine Brennelementanord­ nungen einschließen, Brennelementanordnung 17 dargestellt, bei denen man das Einsetzen und das Absetzen auf einem freien Platz des Kerns durchführt unter Verwendung der er­ findungsgemäßen Beladevorrichtung, die mit Führungseinrich­ tungen der Brennelementanordnung ausgerüstet ist. Die Bren­ nelementanordnungen 17, die sich in ihrem Absetzvorgang be­ finden, wurden durch A und B bezeichnet, entsprechend dem Platztyp (A oder B) in dem man das Absetzen bewerkstelligt.

Für das Einsetzen einer Brennelementanordnung 17 in einen freien Platz 32 vom Typ A, der an beiden Seiten durch Brenn­ elementanordnungen umgeben ist, die vorher in den Kern eingesetzt wurden, setzt man gegen den unteren Abschnitt der Brennelementanordnung 17 zwei Pfähle 18 der Führungs­ einrichtungen der erfindungsgemäßen Beladevorrichtung ein. Die unteren Abschnitte der Pfähle 18 kommen in Anlage gegen den unteren Abschnitt der Brennelementanordnung 17 entlang zwei Seiten der Brennelementanordnung, die den Seiten der Anordnung gegenüberliegen, die in Kontakt mit den Brennele­ mentanordnungen kommen sollen, die den freien Platz 32 be­ grenzen.

Die Brennelementanordnung wird durch die Beladevorrichtung mit großer Geschwindigkeit in die freie Zone der Brennele­ mentanordnungen abgesenkt, die den freien Platz 32 gemäß der in Fig. 5 dargestellten Position aufweisen. Die Brenn­ elementanordnung wird danach horizontal verschoben, um senkrecht über den freien Platz 32 zu kommen. Die Brennele­ mentanordnung wird sodann in die vertikale Richtung ver­ schoben, um auf den Platz 32 abgesetzt zu werden. Während des Absenkens der Brennelementanordnung kommen die Füh­ rungszapfen, die den unteren Abschnitt der Pfähle 18 bil­ den, in Eingriff mit vier Wasserdurchtrittsöffnungen von freien Plätzen benachbart zum Platz 32. Es wird somit eine Führung der Brennelementanordnung 17 bei ihrem Absetzen auf der Kernstützplatte 30 sichergestellt.

Im Falle eines freien Platzes, wie der Platz 33 vom Typ B, der von drei Seiten umgeben ist (im Falle des Platzes 33 durch eine Brennelementanordnung und durch zwei Begren­ zungsplatten des Kerns), wird ein einziger Pfahl in Be­ triebsstellung gegen den unteren Abschnitt der Brennelement­ anordnung 17 gebracht, bei der man das Absetzen auf den freien Platz 33 sicherstellt.

Allgemein ist es möglich, in Betriebsposition gegen den un­ teren Abschnitt der Brennelementanordnung bei deren Abset­ zen auf die Kernstützplatte, einen, zwei, drei oder vier Pfähle der Führungseinrichtungen der Beladevorrichtung zu setzen.

In allen Fällen wird eine perfekte Führung des unteren Ab­ schnitts der Brennelementanordnung bei seinem Absetzen si­ chergestellt.

Die erfindungsgemäße Beladevorrichtung, die Führungsein­ richtungen des unteren Abschnitts der Brennelementanordnung aufweist, ist insbesondere nützlich, um das Einsetzen von verformten Brennelementanordnungen sicherzustellen. Jedoch ist diese Vorrichtung ebenfalls für das Einsetzen von nicht verformten Brennelementanordnungen von Interesse, da das präzise Einsetzen und Absetzen der Brennelementanordnung leichter und schneller vonstatten gehen kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.

Beispielsweise können die Führungseinrichtungen der Belade­ vorrichtung Balken oder Pfähle aufweisen, die unterschied­ liche Formen zu jenen aufweisen, die beschrieben wurden. Die Einrichtungen des Verschiebens, des Einsetzens und des Befestigens der Pfähle an dem Mast der Beladevorrichtung können ebenfalls unterschiedlich sein. Die Beladevorrich­ tung kann ausgerüstet sein, eine, zwei, drei oder vier Füh­ rungseinrichtungen aufzuweisen, in dem Fall von Brennele­ mentanordnungen von prismatischer Form mit quadratischem Querschnitt.

Selbstverständlich können in dem Fall von Brennelemen­ tanordnungen einer anderen Form die Führungseinrichtungen sowohl in ihrer Form als auch in ihrer Anzahl verschieden sein.

Die Erfindung findet Anwendung in dem Fall des Beladens ei­ nes jeden Kernreaktors, der einen Kern aufweist, der aus Brennelementanordnungen gebildet ist, die mit ihrem unteren Endabschnitt auf einer Kernstützplatte ruhen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors, der aus Brennelementanordnungen (17) gebildet ist, die mit ihrem unteren Endabschnitt (17a) auf der Oberseite einer horizontalen Kernstützplatte (30) im Inneren eines Behäl­ ters ruhen, die Positionierungszapfen (27) der Brennele­ mentanordnungen (17) aufweist, die an der Oberseite der Kernstützplatte (30) vorspringen und die von Reaktorkühl­ wasser-Hindurchtrittsöffnungen (29) durchsetzt ist, wobei die Beladevorrichtung (1) einen vertikalen Mast (13) auf­ weist, der mit beweglichen Befestigungseinrichtungen (16) des oberen Abschnitts der Brennelementanordnung (17), an seinem unteren Abschnitt, und Einrichtungen (12, 8, 15) zum Bewegen des Mastes in horizontale Richtung und in die vertikale Richtung versehen ist, um eine am Mast (13) be­ festigte Brennelementanordnung (17) auf der Kernstütz­ platte (30) von der Oberseite eines Beckens (2) des Reak­ tors aus abzusetzen, derart, daß zwei Positionierungsöff­ nungen (28) eines unteren Endabschnitts (17a) der Brenn­ elementanordnung (17) in Eingriff kommen mit zwei Posi­ tionierungszapfen (27), sowie wenigstens eine Führungs­ einrichtung (18, 19, 20, 21) aufweist, die von dem Mast (13) getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rungseinrichtung (18, 19, 20, 21) durch wenigstens einen Pfahl oder Balken (18) gebildet wird, der in einer verti­ kalen Position mit seinem oberen Ende (18b) auf gelenkige Weise mit einer Bewegungseinrichtung (19, 20, 21) des Balkens oder Pfahls (18) zwischen einer Rückzugs- oder herausgezogenen Position und einer Betriebsposition auf­ gehängt ist, in der ein Abschnitt des Pfahls (18) in eine benachbarte Position bezüglich des unteren Abschnitts (17a) der Brennelementanordnung (17) kommt, wobei der Pfahl (18) darüber hinaus ein unteres Ende (18a) auf­ weist, das vertikal nach unten bezüglich des unteren Ab­ schnitts der Brennelementanordnung (17) in der Betriebs­ position des Pfahls (18) vorspringt, gebildet aus wenig­ stens einem Führungszapfen (18a) der mit geringem Spiel in eine Wasserdurchtrittsöffnung (29) der Kernstützplatte (30) eingeführt werden kann.

2. Beladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in seiner Betriebsposition der Pfahl (18) mit­ tels wenigstens einer Anschlagvorrichtung (24, 24) auf einer Stützvorrichtung (23, 23'), die mit dem Mast (13) verbunden ist, ruht, und daß die Bewegungseinrichtungen des Pfahls (18) zwischen seiner Rückzugs- oder Heraus­ zugsposition und seiner Betriebsposition einen ersten Be­ wegungsstelltrieb (20) in vertikale axiale Richtung des Pfahls (18), einen zweiten Bewegungsstelltrieb (21) quer zum Pfahl zwischen der Rückzugsposition und einer Position aufweist, in der wenigstens eine Anschlagvorrichtung (24) des Pfahls (18) senkrecht zu einer Stütze (23) des Mastes (13) der Beladevorrichtung liegt, sowie die Füh­ rungseinrichtung (25, 26) des Pfahls (18) zwischen seiner Rückzugsposition und seiner Betriebsposition liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 im Falle einer Beladevorrich­ tung mit einem Schaft (10), der mit horizontalen Bewe­ gungseinrichtungen (12, 8) des Schaftes (10) oberhalb ei­ nes Beckens des Kernreaktors aufweist, bei der der Mast (13) in der vertikalen Richtung beweglich angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen (25, 26) des Pfahls (18) eine Führungswalze (25) aufwei­ sen, die an dem Pfahl (18) angebracht ist und einen Füh­ rungsweg (26) aufweisen, der mit dem Schaft (10) der Be­ ladevorrichtung verbunden ist.

4. Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Führungszapfen (18a), der den unteren Endabschnitt des Pfahls (18) der Führungseinrichtung bildet, einen kegeligen Eingriffsab­ schnitt in eine Wasserdurchtrittsöffnung (29) der Kern­ stützplatte (30) aufweist.

5. Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pfahl (18) einen oberen Ab­ schnitt und einen unteren Abschnitt aufweist, die im we­ sentlichen parallel und miteinander durch einen geknick­ ten Abschnitt verbunden sind, der bezüglich einer Längs­ richtung des Pfahles geneigt ist, derart, daß der untere Abschnitt des Pfahls (18) in eine benachbarte Position bezüglich des unteren Endabschnitts (17a) der Brennele­ mentanordnung (17) in seiner Betriebsposition und bevor­ zugt in Kontakt mit dem unteren Abschnitt der Brennele­ mentanordnung (17) in seiner Betriebsposition kommen kann.

6. Verfahren zum Beladen des Kerns eines Kernreaktors, der von Brennelementanordnungen (17) gebildet wird, die mit ihrem unteren Endabschnitt (17a) auf der Oberseite einer horizontalen Kernstützplatte (30) im Inneren eines Behäl­ ters ruhen, wobei der Behälter des Reaktors offen ist und mit einem Becken (2) des Kernreaktors während des Bela­ dens des Kerns in Verbindung steht, das von der Oberseite des Beckens (2) des Kernreaktors bewerkstelligt wird, un­ ter Verwendung einer Beladevorrichtung (1) mit einem ver­ tikalen Mast (13), der mit beweglichen Befestigungsein­ richtungen des oberen Abschnitts einer Brennelementanord­ nung (17) an seinem unteren Abschnitt und mit Bewegungs­ einrichtungen (12, 8, 15) des Mastes (13) in horizontale Richtungen und in die vertikale Richtung versehen ist, wobei das Verfahren darin besteht, für eine jede der Brennelementanordnungen (17) des Kerns, dessen Beladen man sicherstellt, aufeinanderfolgend die Befestigung der Brennelementanordnung (17) durch ihren oberen Abschnitt mit dem unteren Abschnitt des Mastes (13) der Beladevor­ richtung (1), das Bewegen der Brennelementanordnung unter Verwendung der Beladevorrichtung zum Einführen in das Becken des Kernreaktors und das Absetzen der Brennelement­ anordnung (17) auf der Kernstützplatte (30) unter In- Eingriff-bringen von Positionierungsöffnungen (28) eines unteren Endes (17a) der Brennelementanordnung (17) mit zwei Positionierungszapfen (27), die an der Oberseite der Kernstützplatte (30) vorspringen, zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß in eine benachbarte Position bezüg­ lich des unteren Abschnitts (17a) einer Brennelement­ anordnung (17) ein Führungspfahl (18) der Brennelement­ anordnung gesetzt wird, der einen unteren Endabschnitt (18a) aufweist, der nach unten an dem unteren Abschnitt (17a) der Brennelementanordnung (17) vorspringt, und das durch Bewegen des Mastes (13) in die vertikale Richtung und nach unten die vertikale Bewegung der Brennelement­ anordnung bis zu ihrem Absetzen in einem freien Platz des Kernreaktorkerns bewerkstelligt wird, wobei die Brenn­ elementanordnung durch den unteren Abschnitt (18a) des Pfahls (18) geführt wird, der wenigstens in eine Wasser­ durchtrittsöffnung (29) der Kernstützplatte (30) einge­ führt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung, die den Pfahl (18) aufweist, in ihre, bezüglich des unteren Abschnitts der Brennelement­ anordnung (17), benachbarte Position gebracht wird, wäh­ rend sich der Beladungsmast (13) und die Brennelement­ anordnung (17) oberhalb der Oberseite des Beckens (2) des Kernreaktors befinden.