DE1141034B - Geraet zum Entnehmen von Materialproben aus dem mit Kanaelen versehenen Graphitkoerper eines Kernreaktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 21558 VHIc/21g

ANMELDETAG: 30. MAI 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 13. DEZEMBER 1962

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Entnehmen von Materialproben aus dem mit Kanälen versehenen Graphitkörper eines Kernreaktors, das aus einem langgestreckten, in einen Kanal des Reaktors einführbaren und in dem Kanal axial einstellbar geführten Gestell besteht und ein motorisch angetriebenes Antriebsgestänge enthält, das mit einer senkrecht zur Längsachse des Gestells in diesem gelagerten Antriebswelle eines Entnahmewerkzeuges gekuppelt ist.

Bei Kernreaktoren mit einem Graphit-Moderatorkörper ist es notwendig, den mit der Einwirkung des Neutronenflusses zusammenhängenden Verlauf der Energiespeicherung in dem Graphitmaterial zu verfolgen. Durch die Überwachung dieser Energiespeicherung ist es möglich, jeweils denjenigen Zeitpunkt zu bestimmen, in dem durch Glühen des Graphitmaterials diese Energie wieder freigesetzt werden muß; weiterhin gestattet diese Überwachung die vorherige Ermittlung der für einen derartigen Glühvorgang notwendigen Temperaturen.

Für eine solche Überwachung muß man in bestimmten Zeiträumen aus der Masse der Graphitblöcke des Reaktors Proben entnehmen, um diese in einem Laboratorium auf ihren Zustand hin zu prüfen.

Die diesem Zweck dienende Vorrichtung gemäß der Erfindung soll die Aufgabe lösen, Materialproben des Graphits in Gestalt von kleinen Zylindern aus den inneren Wänden der Brennstoffkanäle eines Kernreaktors auszuschneiden, ohne die Eigenschaften des zu untersuchenden Graphits der Proben zu ändern; insbesondere soll bei der Probeentnahme die Temperatur des Graphits nicht erhöht werden, da eine solche Temperaturerhöhung Anlaß zu einer Änderung des festzustellenden Energiezustandes des Probekörpers geben könnte.

Es ist bereits bekannt, zum Entnehmen abgebrochener Stücke von Brennstoffelementen aus den Brennstoffkanälen eines Kernreaktors ein Entnahmegerät zu verwenden, das aus einem langgestreckten, in einen Kanal des Reaktors einführbaren und in dem Kanal axial einführbaren geführten Gestell besteht und ein motorisch angetriebenes Antriebsgestänge enthält, das mit einer senkrecht zur Längsachse des Gestells in diesem gelagerten Antriebswelle eines Entnahmewerkzeuges gekuppelt ist. Bei diesen bekannten Entnahmegeräten ist das Werkzeug als zangenartiger Greifer ausgebildet, dessen Arbeiten innerhalb des Reaktorkanals mittels einer an dem Gerät angeordneten Fernsehkamera fernbeobachtet werden kann. Die Drehung der Antriebswelle erfolgt durch einen außerhalb des Reaktorkanals bleibenden Antriebsmotor; zur weiteren Übertragung an das Entnahmewerkzeug dienen Zahn-Gerät zum Entnehmen von Materialproben aus dem mit Kanälen versehenen
Graphitkörper eines Kernreaktors

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R.Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. Mai 1959 und 18. März 1960
(Nr. 796 170 und Nr. 821 691)

Roger Cante, Roquemaure, Gard (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

rädergetriebe und beispielsweise eine fernsteuerbare mechanische Kupplung.

Diese bekannten Entnahmegeräte sind zwar für die Entnahme von Materialstücken geeignet, die sich innerhalb des Reaktorkanals befinden; es ist aber nicht möglich, mit diesen Geräten aus den Wänden der Kanäle Materialproben zu entnehmen.

Das diese Aufgabe lösende Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht dem obenerwähnten bekannten Gerät im wesentlichen hinsichtlich seiner Ausführung als ein langgestrecktes, in den Kanal des Reaktors einführbares Gestell mit einem motorisch angetriebenen Antriebsgestänge, das mit einer senkrecht zur Längsachse des Gestells in diesem gelagerten Antriebswelle eines Entnahmewerkzeuges gekuppelt ist. Es ist aber — abweichend von dem bekannten Gerät — dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Antriebswelle über eine elastische Treibverbindung gekuppelte Arbeitswelle, die einen zur Entnahme eines Bohrkernes aus der Graphitwand des Kanals bestimmten Kronenfräser trägt, der sich nach rückwärts konisch verjüngt, mittels einer vom Ende des Gestells aus betätigbaren Vorschubvorrichtung in Richtung ihrer Drehachse längs einer Führung des Gestells verschiebbar ist, die in demjenigen Teil, der die Antriebswelle am Ende der Vorschubbewegung führt, einen erweiterten, ein Schwenken der Antriebswelle und des

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Fräsers zwecks Abbrechens des Bohrkernes gestatten- der Länge des Gestells variieren kann, wobei die Mulden Abschnitt aufweist. fen vorzugsweise in festen Abständen längs des Ge-Der als Kernbohrer wirkende Kronenfräser, der stells angeordnet sind. Der äußere Durchmesser der beim Einführen der Vorrichtung in einen Reaktor- Muffen ist mit geringem Spiel gleich dem inneren kanal zunächst innerhalb des Gestells liegt, kann nach 5 Durchmesser des Kanals, so daß das Gerät leicht in Einführen des Gestells bis an die zur Probeentnahme diesem gleiten kann.

vorgesehene Stelle fräsend radial in das Wandmaterial, Der äußere, »vor« dem Gestell befindliche Abd. h. den Moderatorgraphit, vorgeschoben werden, bis schnitt ist durch einen länglichen Profilbauteil 4 mit er in seinem Innern einen genügend großen Bohrkern U-förmigem Querschnitt gebildet, der an seinem Ende aus Graphit enthält. Gegen Ende der radialen Vor- io durch die letzte Muffe 3 η gehalten ist und an der Schubbewegung des Kronenfräsers kann dann der Frä- Stelle 5 mit der Muffe 3 b in Verbindung steht, ser wegen seiner rückwärtigen konischen Verjüngung Das Gestell wird bis zu der Stelle, an der die Probegeschwenkt werden, um den Bohrkern abzubrechen, entnahme vorgenommen werden soll, in den Kanal der nun in dem Fräser sitzt und nach Zurückziehen eingeführt. Es kann außen durch eine Vorrichtung 6 des Fräsers in das Gestell mit diesem aus dem Reak- 15 festgehalten sein, die ein Feststellen des Gestells in torkanal herausgebracht werden kann. Dreh- und in Translationsrichtung entsprechend den Die rückwärtige konische Verjüngung und ein von vorgewählten Koordinaten für die Probeentnahme er-Kronenbohrern bekannter innerer Einstich des Fräsers möglicht. Diese Vorrichtung umfaßt einen Kragenverringern die Reibung und damit die Erwärmung des teil 7, der den außerhalb des Kanals C liegenden BeMaterials an der Probeentnahmestelle; ein Herausfallen 20 reich des Verbindungsrohres 2 einklemmt, und einen des abgebrochenen Bohrkernes aus der Höhlung des in die auf der Vorderseite F des Kernreaktors ange-Kronenfräsers ist praktisch ausgeschlossen, wenn man ordnete Endbuchse B des betreffenden Reaktorkanals dafür sorgt, daß zumindest beim Herausziehen der dichtend eingesetzten Stopfen 8 aus Aluminium. Der Vorrichtung die Öffnung des Fräsers nicht nach unten Stopfen 8 hat an seinem Umfang Anschläge 9, an die geneigt ist. 25 sich ein Bolzen 10 anlegen kann, der in der gewünsch-Um eine unerwünschte Materialerwärmung sehr ten Stellung in einem Schlitz 12 in dem Kragenteil weitgehend zu vermeiden, erweist es sich als vorteil- durch eine Mutter 11 feststellbar ist. haft, eine Kühlvorrichtung für den Fräser vorzusehen, Die Fräs- oder Bohrvorrichtung 13, der Vorschubbeispielsweise eine Kühlung durch Beblasen mit kai- mechanismus 14 und das als Kronenfräser ausgebiltem Gas. 30 dete Schneidwerkzeug sind in dem U-förmigen Bau-Weitere Besonderheiten des Gerätes zur Probeent- teil 4 nahe dem inneren Ende des Gestells (d. h. dem nähme nach der Erfindung ergeben sich aus der M- in den Graphitkanal hineinragenden Ende) angeordgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das net. Das Werkzeug wird von einem außerhalb des Kain der Zeichnung veranschaulicht ist; es zeigt nals gelegenen Motor angetrieben. Die Übertragung Fig. 1 einen Längsschnitt durch den wesentlichen 35 der Bewegung des Motors auf das Werkzeug geschieht Teil des Gerätes in der Arbeitsstellung in einem Re- durch ein Antriebsgestänge 15, das als Antriebswelle aktorkanal, wobei drei aneinandergrenzende Längsab- dient und aus einer bestimmten Anzahl von Stangen, schnitte untereinander gezeichnet sind, um einen ge- die durch Klemmhülsen 16 gekuppelt sind, besteht, nügend großen Maßstab für eine deutliche Darstellung Dieses Gestänge wird durch Kugellager 17, in denen zu bekommen, 40 es sich drehen kann, unterstützt, und die Kugellager Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in sind in Backen gehalten, die ihrerseits durch die Muf-Fig. 1, fen 3 a, 3 b oder durch den Teil 4 unterstützt sind. Das Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Gestänge trägt an seinem Ende ein Kegelrad 18, das Fig. 1, mit einem weiteren Kegelrad 19 im Eingriff steht. Die-Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in 45 ses ist zusammen mit einer Rolle 20 in einem Kugel-Fig. 1 in größerem Maßstab, lager 21 gelagert, das von dem U-förmigen Bauteil 4 Fig. 5 eine Schnittansicht eines einzelnen Teiles des getragen wird. Die Bewegung der Rolle 20 wird über Gerätes in einer durch die Linie V-V der Fig. 6 ange- einen Riemen 22 auf die Rolle 23 übertragen, deren deuteten Schnittebene, Welle 24 ein Gewinde trägt, auf das der das Schneid-Fig. 6 eine Schnittansicht dieses Teiles in der durch 50 werkzeug bildende Kronenfräser 26 aufgeschraubt ist. die Linie VI-VI der Fig. 5 angedeuteten Ebene, Die Welle 24 dreht sich außerdem in einem Kugel-Fg. 7 einen Axialschnitt in größerem Maßstab, der lager 27. Das Gehäuse des Kugellagers (Fig. 7) ist an Einzelheiten des Schnittwerkzeuges und der Antriebs-, jeder Seite des Gerätes mittels zweier Führungszapfen Vorschub- und Schwenkvorrichtungen zeigt, 28 und 29 unterstützt, die untereinanderliegend in der Fig. 8 einen Längsschnitt entsprechend dem dritten 55 Wand des Kugellagergehäuses befestigt sind und die Abschnitt in Fig. 1, in dem eine Kühleinrichtung dar- in einem vertikalen Schlitz 30, der in der entsprechengestellt ist, den Wand des U-förmigen Bauteiles 4 eingearbeitet Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8. ist, gleiten können. Dieser Schlitz hat über den größ-Das in den Figuren der Zeichnung veranschaulichte ten Teil seiner Länge eine gleichbleibende Breite mit Gerät hat ein Gestell 1 von länglicher Form, dessen 60 einem zum Durchmesser der Zapfen passenden Spiel, Länge mit derjenigen der Brennstoffkanäle C des Re- weist jedoch an seinem oberen Ende einen Abschnitt aktors vergleichbar ist, für den das Gerät bestimmt ist. 30 α von größerer Breite auf.

Dieses Gestell umfaßt ein Verbindungsrohr 2 und zahl- Der als Schneidwerkzeug verwendete Kronenfräser reiche Stützmuffen3a, 3b usw. bis 3n. Die in Fig. 1 26 hat eine Schneidkrone 31, deren innerer Durchdargestellten drei Abschnitte, die dort senkrecht unter- 65 messer den Durchmesser des Probestückes E, das hereinanderliegen, sind in Wirklichkeit hintereinanderlie- ausgenommen werden soll, bestimmt. Der Fräser weist gend miteinander verbunden und bilden ein einziges einen inneren Einstich 32 auf. Die Schneidkrone 31 Gestell, bei dem die Anzahl der Stützmuffen je nach kann z. B. acht Zähne mit 2,5 mm Tiefe aufweisen;

der äußere und innere Kronendurchmesser des Fräsers beträgt z. B. 19 und 15 mm; der Einstich hat z. B. 20 mm Tiefe und 16 mm Durchmesser.

An der Außenfläche ist der Fräser mit einem Schrägungswinkel von einigen Graden, z.B. von 3°, nach rückwärts konisch verjüngt.

Der Antriebsmotor (nicht dargestellt) ist auf einem Sockel am Ende des Gestells befestigt. Es wird z.B. ein Motor mit einer Nennleistung von 250 Watt verwendet, der das Gestänge 15 mit einer Drehgeschwindigkeit von 2000 Umdrehungen pro Minute antreibt. Die Vorschubeinrichtung 14, die den Fräser in Achsrichtung vortreiben soll, weist zwei Führungsschlitze 33 auf, die zur Achse des Gerätes schräg verlaufen und in die Schenkelabschnitte eines aus U-Profil-Leisten bestehenden Bauteils 34 (Fig. 1, 2 und 7) eingearbeitet sind. Der Teil 34 — Vorschubteil genannt — gleitet in dem U-förmigen Teil 4; jeder der beiden Zapfen 28 des Werkzeughalters ragt jeweils in eine Nut 33. Der Vorschubteil 34, dessen Gestalt klar aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, trägt am hinteren Ende einen Klotz 35, der zwischen den beiden U-förmigen Seitenteilen befestigt ist und der an der Stelle 36 von einer Stange des Antriebsgestänges 15 und an der Stelle 37 von einem Vorschub-Steuergestänge 38 durchquert ist, an dem der Vorschubteil mit Stiften 39 festgelegt ist. Das Gestänge 38 umfaßt eine rohrförmige Stange 40, die innerhalb des Verbindungsrohres 2 liegt, ein Rohr 41, das mit dem Rohr 40 verschweißt und an dem Klotz 35, wie oben beschrieben, befestigt ist, und ein nachgiebiges Verbindungsrohr 42, das mit einem Rohrstück 43 versehen ist. Dieses ist an einem Klotz 44 befestigt, der einige der Kugellager trägt, die das Gestänge 15 unterstützen. Der Klotz 44 ist mit Öffnungen 45 versehen, die die in das Gestänge 38 hineingeblasene Druckluft in den vorderen Bereich des Gerätes und insbesondere an das Schneidwerkzeug gelangen lassen. Das Gestänge 38 kann in Längsrichtung durch Betätigung von Hand verschoben werden.

Bei einer verbesserten Abänderung der vorhergehend beschriebenen Anordnung, die an den Fig. 8 und 9 erläutert wird, ist in der Nähe des Fräsers 26 an dem Profilteil 4 ein Hahn 46 befestigt. An diesen Hahn ist eine Leitung 48 angeschlossen. Diese verläuft längs im Gestell, an dem sie in regelmäßigen Abständen festgemacht ist, bis zum Außenraum des Kanals, der das Probeentnahmegerät enthält, und wird z.B. mit einer Flasche verbunden, die flüssige Kohlensäure enthält.

Der Hahn 46 wird durch ein Gestänge 49 betätigt, das sich entlang dem Gestell erstreckt und von diesem unterstützt ist. Das Gestänge 49 wird von dem außerhalb des Kanals befindlichen Ende aus betätigt.

Wie es für die Übertragungsorgane der ersten Ausführungsart bereits beschrieben ist, sind die Leitungen 48 und das Gestänge 49 aus einzelnen Teilen Stück für Stück zusammengesetzt, so daß man dem gesamten Gerät einerseits eine gewünschte Länge geben und es anderseits auch leicht auseinandernehmen kann.

Das Gerät wirkt in folgender Weise: Wenn das Vorschubgestänge zunächst in dem Gestell zurückgezogen ist, so daß der Werkzeughalter sich in der Nähe der Basis des U-förmigen Teiles 4 befindet, wird das Gerät bis auf die gewünschte Tiefe, an der man ein Probestück entnehmen will, in einem Kanal eingeführt. Das Gestell wird dann um seine Achse gemäß gedreht, bis das Werkzeug die Richtung hat, die es haben soll, und wird in dieser Stellung durch den Kragen 7 festgehalten. Sodann wird der Antriebsmotor angelassen, während Druckluft durch das Vorschubgestänge geblasen wird. Beim Ausschneiden des Probestückes übt man mit der Hand einen beständigen Druck auf das Betätigungsgestänge für den Vorschubteil 34 aus und treibt so den Fräser in seiner Achsrichtung vor, die dabei unverändert bleibt, wobei der Werkzeughalter 27 durch die beiden Schlitze 30 in den Seitenflächen des Gerätes geführt wird. Die beiden Stiftpaare 28-28 und 29-29 befinden sich in den engen Bereichen der Schlitze 30. Der Einstich 32, der einen Zwischenraum zwischen der inneren Wand des Fräsers und dem Probestück E läßt (Fig. 7), vermindert die Reibung und trägt dazu bei, die Erwärmung während des Schneidens zu begrenzen. Die äußere konische Verjüngung des Fräsers verhindert, daß dieser mit seiner rückwärtigen Umfangsfläche an der Bohrlochwand reibend anliegt. Die elastische Verbindung der beiden Rollen 20 und 23 durch den sich dabei etwas schräg anstellenden Riemen 22 ermöglicht den axialen Vorschub der Fräsvorrichtung bei dem Eindringen des Werkzeuges in den Graphit.

Wenn der Fräser ganz in den Graphit eingedrungen ist, befindet sich das Zapfenpaar 29-29 in dem erweiterten Abschnitt 30 α der Schlitze 30. Zieht man nun das Gestell zurück, so wird die Achse des Fräsers in der in Fig. 7 dargestellten Weise geschwenkt. Dies ist wegen der konischen Außenflächen des Fräsers möglich. Die Probe wird dabei durch Abbrechen von der Graphitmasse getrennt und bleibt in dem Einstich des Fräsers sitzen. Man führt: diesen in seine ursprüngliche Stellung zurück, indem man den Vorschubteil betätigt, und zieht schließlich das Gerät aus dem Kanal heraus.

Das Probestück wird zugleich mit dem Fräser in den Außenraum gebracht. Es sei bemerkt, daß die Probeentnahmen aus »liegenden« Kanälen vorzugsweise im Deckenbereich eines Kanals unter einem Winkel von 60° beiderseits der Vertikalen vorgenommen werden sollen, um sicherzugehen, daß das Probestück im Innern des Fräsers bleibt.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gerät zum Entnehmen von Materialproben aus dem mit Kanälen versehenen Graphitkörper eines Kernreaktors, das aus einem langgestreckten, in einen Kanal des Reaktors einführbaren und in dem Kanal axial einstellbar geführten Gestell besteht und ein motorisch angetriebenes Antriebsgestänge enthält, das mit einer senkrecht zur Längsachse des Gestells in diesem gelagerten Antriebswelle eines Entnahmewerkzeuges gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Antriebswelle über eine elastische Treibverbindung gekuppelte Arbeitswelle, die einen zur Entnahme eines Bohrkernes aus der Graphitwand des Kanals bestimmten Kronenfräser trägt, der sich nach rückwärts konisch verjüngt, mittels einer vom Ende des Gestells aus betätigbaren Vorschubvorrichtung in Richtung ihrer Drehachse längs einer Führung des Gestells vorschiebbar ist, die in demjenigen Teil, der die Antriebswelle am Ende der Vorschubbewegung führt, einen erweiterten, ein Schwenken der Antriebswelle und des Fräsers zwecks Abbrechens des Bohrkernes gestattenden Abschnitt aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung für den Fräser.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Treibverbindung zwischen der Antriebswelle und der Arbeitswelle ein Riementrieb ist, dessen erste Rolle durch das Antriebsgestänge angetrieben ist und dessen zweite Rolle fest mit der Welle des Fräsers verbunden ist.

4. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle von einem Tragteil gehalten ist, der durch an ihm befestigte Zapfenpaare in senkrecht zur Längsachse des Gestells in die Wand des Gestells eingearbeiteten Längsschlitzen geführt ist.

5. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubvorrichtung aus einem in und relativ zu dem Gestell längsverschiebbaren Bauteil besteht, der ein Paar schräg zur Achse des Gestells angeordneter Schlitze aufweist, in die je ein starr mit ao dem Tragteil der Arbeitswelle verbundenes Zapfenpaar eingreift, so daß sich der Fräser beim Bewegen des Bauteiles senkrecht zur Achse des Kanals verschiebt.

6. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Schlitzen versehene Bauteil der Vorschubvorrichtung von Hand über ein Gestänge betätigbar ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge zum Bewegen des mit Schlitzen versehenen Bauteiles der Vorschubvorrichtung rohrförmig ausgebildet ist und als Leitung zum Einblasen von Kühlmittel in das Gerät dient.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem eine Düse enthält, die in der Nähe des Fräsers angeordnet ist und mit einem Hahn verschließbar ist, welcher an dem Gestell befestigt ist, und daß die Düse über eine Zuführungsleitung mit einer außerhalb des Kanals befindlichen Kühlmittelquelle verbunden ist und daß ein Gestänge zum Betätigen des Hahnes vom Außenraum des Kanals an dem Gestell entlanggeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 057 249.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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