DE1076284B - Vorrichtung fuer den Zugang zu den Kanaelen eines Kernreaktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Ermöglichung des Zuganges zu den Kanälen eines Kernreaktors von außen sowie zur Bedienung dieser Kanäle, insbesondere zur Überwachung, Beobachtung, Entstörung usw., wobei der Reaktor vorzugsweise durch ein umlaufendes Druckmittel gekühlt wird.

Der Festigkeit der Werkstoffe als auch der Abdichtung wegen muß, wenn das Herz des Reaktors in einer Hülle liegt, in welcher ein Druck aufrechterhalten wird, die Zahl der zur Durchführung dieser verschiedenen Aufgaben in der Hülle anzubringenden öffnungen möglichst klein gehalten werden. Eine Vorrichtung für den Zugang zu den Kanälen eines Kernreaktors zu schaffen, die mit möglichst wenig Öffnungen in der Reaktorhülle auskommt, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.

Es ist bereits bekannt, die oberen Mündungen der Brennstoffkanäle von Reaktoren mit einer Abschlußplatte zu versehen, die die Form einer Kugelkalotte hat, um jedes einzelne Kanalrohr mittels eines oberhalb der Abschlußplatte allseitig um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagerten Rohres zu beschicken.

Es bildet bereits Gegenstand eines älteren Vorschlages, zur Einführung und zur Entfernung aktiver Stäbe wenigstens einen hohlen, gelenkigen Arm zu benutzen, der um einen Festpunkt gelagert ist, wobei ein Ende des Armes mit dem außerhalb des Reaktors liegenden Raum verbunden werden kann, während das andere Ende nacheinander vor die Mündungen bestimmter Kanäle des Reaktors gebracht werden kann, die auf einer Kugelkalotte liegen, deren Mittelpunkt der genannte Festpunkt ist.

Eine derartige Anordnung gestattet die Verringerung der Zahl der in dem unter Druck stehenden Reaktorgefäß angebrachten öffnungen, da durch eine einzige Öffnung alle auf der gleichen Kugelkalotte mündenden Kanäle bedient werden können; andererseits erfordert eine solche Anordnung jedoch eine große Geschicklichkeit, um die entsprechenden Enden des gelenkigen Armes und des zu bedienenden Kanals einander gegenüberzubringen. Außerdem weist ihr Übergang von einem dieser Enden zu dem anderen eine Unterbrechung auf, welche bei gewissen Vorgängen störend sein kann.

Um diesen Nachteilen abzuhelfen, sind bei einer Vorrichtung, durch die die Kanäle eines Kernreaktors zugänglich sind oder mittels deren von einem Raum außerhalb des Reaktors die Kanäle bedient werden können, wobei ein Verteilungsrohr mit dem außerhalb des Reaktors liegenden Raum in Verbindung gesetzt und um einen Festpunkt so verstellt werden kann, daß eines seiner Enden nacheinander den öffnungen der verschiedenen Kanäle, die sämtlich auf den Festpunkt gerichtet sind, gegenübergebracht werden kann, gemäß Vorrichtung für den Zugang
zu den Kanälen eines Kernreaktors

Anmelder:

Commissariat a !,'Energie Atomique,
Paris

Vertreter: Dr. W. P. Radt, Patentanwalt,
Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 18. März 1957

Maurice Pierxe Andre Moulin,

Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise (Frankreich),

ist als Erfinder genannt worden

der Erfindung außerdem Einrichtungen in Gestalt von Drehstöpseln vorgesehen, mit deren Hilfe das Verteilungsrohr in seiner Längsachse gleitend verschoben und so sein Ende in die mit Erweiterungen versehenen Öffnungen der Kanäle eingeführt oder herausgezogen werden kann.

In diesem Falle treten schädliche Unterbrechungen nicht auf. Da das Rohr in der Längsrichtung gleiten kann, brauchen die Kanäle nicht mehr auf konkaven Kugelkalotten zu münden, sondern die einzige zu erfüllende Bedingung besteht darin, daß ihre Öffnungen auf den Schwenkmittelpunkt des Rohres gerichtet sind.

Derartige Rohre können in einem Reaktor mit waagerechten Kanälen benutzt werden, ihre Anwendung auf einen Reaktor mit lotrechten Kanälen ist jedoch vorteilhafter, da dann die durch die Durchbiegung der langen waagerechten Rohre entstehenden Schwierigkeiten fortfallen und die Schwerkraft zur Handhabung der Prüfstäbe" benutzt werden kann.

Bei der nachstehend beschriebenen bevorzugten Anwendung der Erfindung handelt es sich um einen Reaktor mit lotrechten Kanälen, dessen aktiver Teil in einer Hülle liegt, in welcher ein Druck aufrechterhalten wird.

Die Einführung und die Entfernung der Brennstoffpatronen kann bei einem derartigen Reaktor "in be-

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kannter Weise durch die Unterseite erfolgen, wobei wenigstens ein drehbarer Arm benutzt wird, welcher eine konkave Kugelkalotte bestreicht, auf welcher radial die Kanäle des Reaktors verlängernde Verbindungskanäle münden.

Die Bedienungsvorrichtungen gemäß der Erfindung sind auf der Oberseite des Reaktors angeordnet. So liegt insbesondere über jedem zur Aufnahme eines Prüfstabes bestimmten Kanal eine derartige Vorrichtung, welche mit einem geradlinigen Rohr versehen ist, dessen Schwenkpunkt sich auf der Achse des Kanals befindet.

Man kann die Vorrichtungen so verteilen, daß jede ungefähr gleich viele Kanäle bedient. Da jedoch die Prüfstäbe in den Umfangszonen nicht erforderlich sind, kann in diesen Zonen eine andere Anordnung der Vorrichtungen getroffen werden, wobei nur die Bedingung zu erfüllen ist, daß die Gesamtheit der Vorrichtungen alle Kanäle erfaßt.

Die Mündungen der Kanäle befinden sich zweckmäßig in starren, vorzugsweise aus Gußeisen bestehenden Teilen, welche auf dem Moderatorstapel liegen, falls dieser aus einem festen Stoff besteht. Diese die Mündungen bildenden Bohrungen werden so ausgeführt, daß sich die oberen Enden der in dem Moderator angebrachten Kanäle mit lotrechter Achse kontinuierlich an Mündungen anschließen, welche zu dem Schwenkpunkt der entsprechenden Bedienungsvorrichtung konvergieren.

Diese Teile sind mit dem Moderatorstapel so verbunden, daß sie durch die verschiedenen inneren Spannungen (Druck des Kühlgases, thermische Wirkungen, »Wigner-Effekt« infolge des Neutronenflusses usw.) möglichst wenig verschoben werden.

Diese Teile können noch andere Aufgaben als die obige erfüllen. Bei einem Umlauf des Kühlmittels von unten nach oben können sie z. B. zur Beschwerung des aus Graphit bestehenden Moderators dienen, dessen Dichte so beschaffen ist, daß sein Gewicht kaum größer als die von dem Gasdruck herrührenden Kräfte sind; ferner können diese Teile die Einzel vorrichtungen zur Regelung der Leistung, die Leitungen zur Entnahme des Kühlmittels und die Thermometer aufnehmen, und sie können die Wirkung der Strahlungen auf den oberen Teil der Hülle abschwächen. Bei einem Umlauf des Kühlmittels von oben nach unten können sie gegebenenfalls zur Befestigung der Hauptteile zur Regelung der Durchflußmenge des Kühlmittels dienen (die Grobregelung der Durchflußmenge erfolgt nämlich vor den Kanälen, während die Feinregelung hinter denselben vorgenommen wird).

Während des normalen Betriebes des Reaktors werden die Rohre einer jeden Bedienungsvorrichtung in ihrer einem Prüfkanal entsprechenden lotrechten Stellung verriegelt, so daß die Prüfstäbe durch diese lotrecht in einer Flucht liegenden Rohre und Kanäle hindurch äußerst einfach gehandhabt werden können.

Wie weiter unten ausgeführt ist, können nach Herablassen der Prüfstäbe in die entsprechenden Kanäle und Verriegelung der Bedienungsvorrichtungen diese in anderer Weise benutzt werden, z. B. zur Einführung von Beobachtungsapparaten (Periskop, Fernsehkamera), Entstörungswerkzeugen (Bohrmeißel zur Durchtrennung der Rippen einer Patrone) oder von Ausziehwerkzeugen (Zange) od. dgl. oder auch von Versuchspatronen usw.

Ein beschädigter Kanal kann wenigstens teilweise zunächst nach oben in das Rohr einer Bedienungsvorrichtung der beschriebenen Art und hierauf nach unten in die zur Entleerung vorgesehene Vorrichtung durch einen vorher nach unten entleerten Nachbarkanal entleert werden.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem lotrechten Schnitt eine erfindungsgemäße Bedienungsvorrichtung in einer einen beliebigen Kanal zugänglich machenden Stellung;

Fig. 2 zeigt in einem lotrechten Schnitt die gleiche Bedienungsvorrichtung in ihrer normalen, einen Kanal für einen Prüfstab zugänglich machenden Stellung und die Handhabung des Stabes durch das oben angebrachte Betätigungsgerät;

Fig. 3 zeigt in einer lotrechten geschnittenen Halbansicht eine bevorzugte Ausführungsform des oberen Teils eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Reaktors.

In den Figuren sind nur die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile dargestellt.

Jede Bedienungsvorrichtung ist in der zum biologischen Schutz des Personals dienenden Betonmauer 1 angeordnet und konstruktionsgemäß mit der Hülle 2 des Reaktors verbunden.

Das Verteilungsrohr 3 ist geradlinig, und seine kegelförmige Bewegung um den Punkt 0 erfolgt mit Hilfe von zwei Drehstöpseln 4 und 5, deren Achsen X-X bzw. Y-Y durch 0 gehen. Der Stöpsel 5 enthält eine schräge Bohrung zur Aufnahme des Rohres 3, deren Achse Z-Z ebenfalls durch 0 geht.

Der Stöpsel 4 ist auf dem Anschlag 6 drehbar und wird durch die Drehdichtung 7 abgedichtet. Der in dem Stöpsel 4 bewegliche Stöpsel 5 ist auf dem Anschlag 8 drehbar und wird durch die Drehdichtung 9 abgedichtet. Das Rohr 3 gleitet in dem Stöpsel 5 und wird durch die Gleitdichtung 10 abgedichtet.

Die Teile zur Vornahme der Drehungen sind bei 11 und 12 dargestellt, während die Translationsbewegung des Rohres 3 durch die Vorrichtung 13 erzeugt wird, welche z. B. durch ein Zahnrad gebildet wird, dessen Achse mit dem Stöpsel 5 fest verbunden ist, und welches mit einer mit dem Rohr 3 fest verbundenen Zahnstange zusammenwirkt.

Die angenäherte Anzeige der Lage des Rohres 3 erfolgt durch an den Drehstöpseln 4 und 5 angebrachte Teilungen, während die genaue Feststellung der Lage durch Beobachtung des in der Nähe der Kanäle liegenden Endes des Rohres mittels eines Periskops oder einer Fernsehkamera erfolgt, welche nicht dargestellt sind. Ebenfalls nicht dargestellte Riegel halten die verschiedenen Teile in der gewünschten Stellung fest.

Ein an dem Rohr 3 angeordneter Verschluß 14 kann von außerhalb der Hülle 15 mittels einer eine Stopfbuchse 17 durchdringenden gleitenden Stange 16 betätigt werden. Die richtige Lage des Verschlusses 14 gegenüber der Stange 16 nach den verschiedenen Drehungen der Stöpsel 4 und 5 und den Längsverstellungen des Rohres 3 wird selbsttätig durch die Zahnräder zur Erzeugung dieser Drehungen hergestellt, indem das Rohr 3 in seine Normalstellung gebracht wird, d. h. in die Achse X-X, wobei sein Ende 3_± in die Mündung 18 des entsprechenden zentralen Kanals

19 eingeführt wird (Fig. 2).

Eine in Fig. 1 gestrichelt dargestellte dichte Kappe

20 kann nach Entfernung des Deckels 21 an dem Ende des Rohres 3 befestigt werden, wodurch eine Schleuse zwischen der Kappe 20 und dem Verschluß 14 entsteht. Eine derartige Schleuse gestattet gegebenenfalls die Einführung von Meß- oder Entstörungsgeräten in einen Kanal des Reaktors mit einem möglichst geringen Austritt von verunreinigtem Gas, wobei diese Geräte z. B. nach ihrer Einführung in das Rohr 3

durch Einrichtungen gehalten werden, welche eine in -einer Öffnung der Kappe 20 angebrachte Stopfbuchse durchdringen.

Der Deckel 21 kann durch den Körper des Betätigungsgeräts 22 (Fig. 2) eines Prüfstabes 23 ersetzt werden. In beiden Fällen wird die Abdichtung des oberen Teils an dem Flansch 24 der Vorrichtung durch eine statische Dichtung 25 hergestellt.

Die verschiedenen Mündungen 18, 38 der Kanäle 19, 39 des Reaktors sind in einem Gußeisenteil 26 ίο ausgebohrt, welcher auf dem Moderatorstapel 40 ruht, von welchem angenommen ist, daß er aus Graphit besteht. Diese Mündungen können auf einer auf den Gas bei einem Druck vorgenommen, welcher etwas größer als der in dem Reaktor herrschende Druck ist, um die Verunreinigung des oberen Teils der Vorrichtung zu verhindern und ihre Erwärmung durch das Rohr 3 zu mildern.

Wenn eine Bedienungsvorrichtung zu anderen Zwecken als zur Handhabung eines Prüf Stabes benutzt werden soll, müssen vorher folgende Maßnahmen getroffen werden:

1. Bei den Vorrichtungen 33 und 35 muß das biegsame Verbindungsglied 27 von dem Prüfstab 23 abgekuppelt werden (wobei die Kupplungssysteme auf magnetischem, mechanischem, pneumatischem oder anderem bekanntem Wege selbsttätig ferngesteuert

Punkt 0 zentrierten Kugelkalotte münden, wie dies

schematisch strichpunktiert in den Fig. 1 und 2 dar- 15 werden), worauf der Stab aus Sicherheitsgründen in gestellt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform dem Reaktor gelassen wird; dann wird das Verbin-

liegen die Mündungen aber in einer ebenen Fläche, wobei sie jedoch zu dem Punkt 0 konvergieren und reichlich erweiterte Führungsöffnungen für die Enden der Rohre 3 aufweisen, welche zweckmäßig durch eine Art abgerundeten Ring 41 verstärkt sind.

Während des normalen Arbeitens des Reaktors wird, wie in Fig. 2 dargestellt, das Rohr 3 in die Achse des Kanals für den Prüfstab 23 gebracht. Hierauf wird sein unteres Ende in die Mündung 18 einr gesetzt und das Betätigungsgerät 22 auf die Anordnung aufgesetzt. Der Prüfstab 23 kann dann mit aller Sicherheit mittels eines nachgiebigen Verbindungsgliedes 27 gehandhabt werden. An der oberen Öffnung dungsglied 27 in das Betätigungsgerät 22 hochgezogen, der Verschluß 14 geschlossen und das Gerät 22 entfernt.

2. Bei den am Umfang liegenden Vorrichtungen 34 muß der Deckel 21 entfernt werden.

Falls z. B. eine Brennstoffpatrone in einem Kanal des Reaktors verklemmt ist, führt man nach entsprechender Verdrehung der Stöpsel 4 und 5, nach Einführung des Rohres 3, 30 oder 32 in die Mündung 38 des betreffenden Kanals 39 und nach entsprechender Betätigung des Verschlusses 14 durch das Rohr das Werkzeug zum Ausbau und zur Entfernung der Einzelvorrichtung zur Regelung der Leistung durch

wird, welcher etwas größer als der Druck innerhalb des Reaktors ist, um den Austritt von Gas nach außen zu vermeiden, durch Einstecken hergestellt und durch die statische Dichtung 29 vervollständigt.

In der Umfangszone des Reaktors (Fig. 3), wo die Prüfstäbe nicht erforderlich sind, kann der untere Teil des Rohres 30 etwas abgewinkelt werden, um seinen Winkelausschlag zu vergrößern, ohne den

des Rohres 3 wird die Abdichtung gegenüber der 30 Drosselung des Kanals 39 ein, um die Art und die BeKammer 28, in welcher ein Druck aufrechterhalten deutung der Störung abzuschätzen und die für die Entstörung erforderlichen Werkzeuge wählen zu können. Ein derartiges Werkzeug kann z. B. eine Zange sein, welche benutzt wird, um die beschädigte Brenn-35 Stoffpatrone zu entfernen.

Die Entfernung der Brennstoff patronen kann durch die Oberseite des Reaktors erfolgen, wobei sie dann entweder in eine Bleikammer oder in einen Nachbarkanal, welcher vorher von den in ihm befindlichen

Durchmesser der Öffnung 31 in der Hülle 2 zu ver- 40 Brennstoffpatronen entleert wurde, gebracht werden größern. können. In diesem letzteren Fall kann die Entfernung

Schließlich kann in der Zwischenzone des Reaktors der Brennstoffpatronen aus dem Reaktor durch die zwischen dem Zentrum und dem Umfang, in welcher bereits an dem Fuß des Reaktors vorgesehene Abfuhrdie Handhabung der Prüfstäbe langsamer als in der vorrichtung erfolgen, ohne einen zusätzlichen Schutz mittleren Zone sein kann und daher durch die Reibung 45 zu erfordern.

dieser Stäbe an der Wand des Rohres beim Vorbei- Wenn zur Entfernung der beschädigten Brennstoff

patrone die zum Wärmeaustausch dienenden Rippen abgeschnitten werden müssen, kann ein in das Rohr herabgelassener Bohrmeißel diese Arbeit ausführen. Nach Entfernung der beschädigten Brennstoffpatronen und bei Verunreinigung des Kanals können Reinigungsvorrichtungen, wie eine rotierende Bürste und ein Staubsauger usw., durch das Rohr herabgelassen werden. Zur Beurteilung der Reinigungsarbeit können die Beobachtungseinrichtungen benutzt werden, es können jedoch auch Systeme zur Entnahme von Oberflächenproben des Moderators zur Analyse im Laboratorium eingeführt werden.

Die erfindungsgemäßen Bedienungseinrichtungen gen stärker abgewinkelt sind als die Rohre 32 der 60 machen auch die Einzelvorrichtungen 36 zur Rege-Zwischenvorrichtungen 35, welche Prüfstäbe auf- lung der Leistung zugänglich, um diese nach Stillnehmen können. Setzung des Reaktors und Senkung des Drucks auf Während des normalen Arbeitens des Reaktors sind den gewünschten Wert einzustellen sowie um bedie Betätigungsvorrichtungen 22 an den Vorrichtun- schädigte Regelvorrichtungen für ihre Überholung gen 33 und 35 angebracht, deren Rohre 3 und 32 auf 65 oder ihren Ersatz zu entfernen.

die den Prüfstäben vorbehaltenen Kanäle ausgerichtet Sie gestatten ferner ohne Drucksenkung die Einsind. Die am Umfang liegenden Vorrichtungen 34 führung von Thermoelementen oder Rohren zur zusind durch die Deckel 21 verschlossen. sätzlichen Entnahme von Kühlgasproben zur Eichung In allen Vorrichtungen wird in der Kammer 28 in oder Überprüfung der durch die fest eingebauten an sich bekannter Weise eine Spülung mit frischem 70 Apparate übermittelten Angaben.

gang an einer Abwinkelung etwas verlangsamt werden kann, der untere Teil des Rohres 32 zu dem gleichen Zweck wie oben ebenfalls ganz leicht abgewinkelt werden.

Es ist häufig zweckmäßig, den abgewinkelten Rohren in unmittelbarer Nähe ihres Endes eine Ausgleichsbiegung zu geben, wie dies bei 37 in Fig. 3 dargestellt ist, so daß die unteren Enden der Rohre parallel zu der Richtung ihrer Längsgleitbewegung liegen.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Bedienungsvorrichtungen 33 für den mittleren Teil des Reaktors mit geradlinigen Rohren 3 ausgerüstet sind, während die Rohre 30 der am Umfang angeordneten Vorrichtun-

Sie gestatten ferner die Einführung der optischen Systeme in die Kanäle zur Beurteilung ihres Zustands oder in ein Rohr zur Beobachtung des Arbeitens der anderen Rohre, die Einführung von Versuchspatronen in den aktiven Teil, z. B. zur Vornahme von Ver- S gleichsmessungen (Wärmeaustausch, Neutronenfluß usw.), wobei die Meßgeräte auf dem Dach des Reaktors angeordnet sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für den Zugang zu den Kanälen eines Kernreaktors und/oder zur Bedienung desselben von einem Raum außerhalb des Reaktors, mit wenigstens einem Verteilungsrohr, das mit dem außerhalb des Reaktors liegenden Raum in Verbindung gesetzt und um einen Festpunkt so verstellt werden kann, daß eines seiner Enden nacheinander den öffnungen der verschiedenen Kanäle, die sämtlich auf den Festpunkt gerichtet sind, gegenüber gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Einrichtungen in Ge-

stalt von Drehstöpseln (4, 5) vorgesehen sind, mit deren Hilfe das Verteilungsrohr (3) in seiner Längsachse gleitend verschoben und so sein Ende (3_X) in die mit Erweiterungen versehenen öffnungen (18, 38) der Kanäle (39) eingeführt oder herausgezogen werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalmündungen und die diese mit den geradlinigen Abschnitten der Kanäle verbindenden rohrförmigen Verbindungsteile in starren flachen, insbesondere aus Gußeisen bestehenden Platten (26) liegen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalmündungen auf wenigstens einer Kugelkalotte münden, deren Mittelpunkt der Festpunkt (0) ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 756 858, 2 782158;
Proceedings of the International Conference on the

Peaceful Uses of Atomic Energy: VoI 3, 1955, S. 340 und 341.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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