DE1182758B

DE1182758B - Maschine zum Anbohren von in Kernreaktoren ausgenutzten Brennstoffelementen an ihrenbeiden Enden

Info

Publication number: DE1182758B
Application number: DEC29078A
Authority: DE
Inventors: Georges Fritz; Andre Lachambre; Jean Claude Mettetal; Emmanuel De Robien
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1962-02-05
Filing date: 1963-02-04
Publication date: 1964-12-03
Also published as: CH421661A; LU46862A1; NL6410356A; NL288480A; GB1060252A; GB985761A; BE652799A; LU43117A1; BE627854A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4%ßWWl· PATENTAMT Internat. Kl.: G 21

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1182758

Aktenzeichen: C 29078 VIII c/21 g

Anmeldetag: 4. Februar 1963

Auslegetag: 3. Dezember 1964

Die Brennstoffelemente, die in einem Kernreaktor ausgenutzt worden sind, werden üblicherweise angebohrt, um sowohl die in den Patronen enthaltenen gasförmigen Spaltprodukte als auch die zur Wärmeübertragung zwischen Brennstoff und Brennelementhülse dienende Flüssigkeit zu gewinnen, damit man das Gas und die Flüssigkeit analysieren kann. Dieses Anbohren erfolgt im allgemeinen in dicht abgeschlossenen Räumen mit Hilfe von Bohrmaschinen normaler Bauart. Die Anwendung dieser Maschinen bringt gewisse Schwierigkeiten mit sich, die insbesondere mit der Handhabung der Brennelemente verbunden sind und das vollständige Abziehen der gasförmigen Spaltprodukte praktisch unmöglich machen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, diese Nachteile zu beseitigen.

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Anbohren von in Kernreaktoren ausgenutzten Brennstoffelementen an ihren beiden Enden, welche gekennzeichnet ist durch einen zentralen, vertikal angeordneten Zylinder, der mit einer an ihren beiden Enden offenen Längsausnehmung zur Aufnahme des Brennelementes versehen ist, einen oberen und einen unteren Schlitten, die über bzw. unter dem Zylinder angeordnet sind und je ein Ansatzstück aufweisen, von denen das eine mit dem oberen, das andere mit dem unteren Teil des Zylinders zwecks Abdichtung seiner Ausnehmung zusammenwirkt, Bohrvorrichtungen, deren Bohrelemente einerseits Maschine zum Anbohren von in Kernreaktoren ausgenutzten Brennstoffelementen
an ihren beiden Enden

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz

und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Emmanuel de Robien, Grenoble, Isere,
Georges Fritz, Montrouge, Seine,
Andre Lachambre, Grenoble, Isere,
Jean Claude Mettetal, Paris (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 5. Februar 1962 (887 029)

F i g. 2 eine perspektivische vorderseitige Ansicht der Maschine gemäß Fig. 1, bei der jedoch der das durch das obere Ansatzstück und andererseits durch 30 Brennstoffelement enthaltende zentrale Zylinder

ausgeschwenkt ist,

Fig. 3 einen axialen Längsschnitt durch den zentralen Teil der Maschine in der Stellung gemäß

F i g. 4 eine größtenteils längsgeschnittene Seitenansicht des oberen Teiles der Maschine in der Stellung gemäß Fig. 1,

F i g. 5 eine größtenteils längsgeschnittene Seitenansicht des unteren Teiles der Maschine in der Stel-

das untere Ansatzstück hindurchführen und durch einen Getriebemotor drehend antreibbar sind, Bewegungs- und Betätigungsmittel für die Verschiebung jedes der Schlitten gegenüber dem Zylinder und in den Ansatzstücken vorgesehene Leitungen, 35 die es gestatten, einerseits den oberen und andererseits den unteren Teil der Brennstoffpatrone mit Vorrichtungen zum Abziehen der Gase und Vorrichtungen zum Abziehen der Flüssigkeiten in Verbindung zu bringen, die in den Patronen enthalten sind 40 lung gemäß Fig. 1,

und durch Anbohren der letzteren zugänglich Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der in den

werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die beiden Schlitten mit mehreren Dichtungen versehen, welche die Durchtrittsöffnung für die Bohrorgane nach außen abdichten.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer solchen Maschine veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 und 2 dargestellten Maschine in derjenigen Stellung, in der der zentrale Zylinder ausgeschwenkt ist und die Bohrorgane sichtbar sind,

F i g. 7 eine rückwärtige Ansicht der Maschine in der Stellung gemäß Fig. 1.

Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellte Maschine zum Anbohren von Brennstoffpatronen enthält im wesentlichen einen zentralen Zylinder 1, der an dem

Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht der 50 Gestell der Maschine seitlich ausschwenkbar ge

Maschine während des Anbohrens eines Brennstoffelementes,

lagert ist und der in seiner Längsachse eine Ausnehmung^ aufweist, in die ein Brennstoffelements

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eingesetzt werden kann. Dieses Brennstoffelement 3 soll zwei Bohrlöcher erhalten, das eine in seinem oberen Teil 3 a, das andere in seinem unteren Teil 3 b. Wie man deutlich aus der F i g. 3 sieht, besteht der zentrale Zylinder 1 aus einem unteren Teil I₁, der mit dem eigentlichen Zylinder 1 mit

halten sind, nach Anbohren des oberen Teiles 3 β dieses Brennelementes abgezogen werden können. Der Einsatz 16_t in dem unteren Ansatzstück 16 ist seinerseits mit einer stirnseitigen Ausnehmung 16₂ 5 versehen, in die ein Kanal 29 mündet, der mit einem äußeren Anschluß 30 versehen ist. Der Boden der Ausnehmung 1O₂ ist — wie auch der Kanal 29 — derart geneigt, daß über diesen Kanal 29 die Flüssigkeiten abgezogen werden können, die in der Brenn-

Hilfe der Schraubenbolzen 4 verbunden ist. Für die
Abdichtung zwischen dem Zylinder 1 und seinem
unteren Teil I₁ ist eine Ringdichtung 5 vorgesehen.
Wie sich ebenfalls aus der F i g. 3 ergibt, wird das io Stoffpatrone 3 enthalten sind und nach dem AnBrennstoffelement 3 in der Ausnehmung 2 des bohren des unteren Endes 2>b aus dieser Patrone Zylinders 1 mit Hilfe einer oberen Haltebuchse 6 herausfließen. Wie man aus den Figuren der Zeich- und einer unteren Haltebuchse 7 geführt und fest- nung erkennt, ist jeder Getriebemotor 17 fest mit gehalten; die Haltebuchse 6 wird nach dem Ein- einem Führungsstück 31 verbunden, das seinerseits setzen des Elementes 3 in den Zylinder 1 ihrerseits 15 fest auf einer zylindrischen Stange 32 sitzt, welche in den Zylinder eingeführt. Am unteren Teil des mit Hilfe von Gleitlagern 33 auf einer Tragplatte 34 Zylinders 1 ist eine Dichtung 8 vorgesehen, die durch senkrecht verschiebbar gelagert ist. Die beiden Trageine Ringscheibe 9 und eine Mutter 10 festgehalten platten 34 bilden zusammen mit den Tragsäulen 35, wird. Diese Dichtung hat den Zweck, eine Sitzfläche an denen sie über Lagerhalterungen 36 festgelegt für den unteren Teil 3 & der Patrone 3 zu bilden und 20 sind, das Gestell der Bohrmaschine; die Säulen 35 auf der Stirnfläche des unteren Patronenteiles die werden an ihren unteren Enden von zwei Sockeln 37 anzubohrende Zone zu begrenzen. Weiterhin ist der getragen, die vorzugsweise auf einer festen Grund-Zylinder 1 mit einer Querbohrung 11 versehen, die platte 38 sitzen. Der zentrale Zylinder 1 ist an einer in der Nähe der unteren Anbohrzone liegt und es der Säulen 35 mittels einer Schwenklagerung 42 gestattet, die Stellung des unteren Bohrers zu über- 25 schwenkbar gelagert. Die Verschiebung jedes der prüfen, wie es später erläutert wird. Der Zylinder 1 Führungsstücke 31 gegenüber der entsprechenden hat in seinem mittleren Teil noch eine Radialbohrung Tragplatte 34 bringt gleichzeitig die Verschiebung 12, die außen mit einem Anschluß 13 versehen ist der Kupplungen und Bohreinrichtungen 19 gegen- und über die die Ausnehmung 2 im Zylinder 1 auf über dem zentralen Zylinder 1 mit sich. Die vertikale Unterdruck gebracht werden kann, wie dies ebenfalls 30 Verschiebung jedes der Führungsstücke 31 wird später geschildert wird. Oberhalb und unterhalb des durch einen Getriebemotor 39 bewirkt, der über Zylinders 1 sind zwei Ansatzstücke vorgesehen, ein Kegelräder 40 und eine Gewindespindel 41 auf das oberes Ansatzstück 15 und ein unteres Ansatzstück Ansatzstück 3I₁ des Führungsstückes 31 wirkt; das 16, mit deren Hilfe die Ausnehmung 2 des Zylin- Ansatzstück 3I₁ ist mit Innengewinde versehen, das ders 1 an dem oberen und unteren Ende dieser Aus- 35 in das Gewinde der Gewindespindel 41 eingreift. Wie nehmung abgedichtet werden kann. Die Ansatz- dies vor allem aus der F i g. 7 hervorgeht, sind die stücke 15 und 16 bilden jeweils den unteren bzw. Getriebemotoren 39 für die vertikalen Verschiebunden oberen Teil eines oberen und eines unteren gen der Führungsstücke 31 vorzugsweise auf den Schlittens, die je einen Getriebemotor 17, eine Kupp- rückseitigen Flächen der Tragplatten 34 angeordnet; lung 18 und eine Bohrvorrichtung 19 enthalten, die 40 die Ansatzstücke 3I₁ der Führungsstücke 31 greifen ihrerseits eine Spindel 19_X aufweist, an deren Ende durch in diesen Platten 34 vorgesehene Ausnehmungen 34j hindurch. Andererseits sind — wie dies aus den Darstellungen der Ansatzstücke 15 und 16 hervorgeht — die beiden Ansatzstücke auf den zylin-

ein Bohrer 19₂ sitzt. Jeder Getriebemotor 17 treibt den ihm zugeordneten Bohrer 19₂ über die Kupplung 18 an, mit der einerseits das Ende YJ₁ der

Motorwelle 17 und andererseits das Ende 19₁₀ der 45 drischen Stangen 32 verschiebbar, längs deren sie

Bohrspindel W₁ verbunden ist. Wie man aus den durch die Lager 43 geführt werden. Zwischen den

F i g. 3, 4 und 5 erkennt, führen durch das obere Führungsstücken 31 und den Ansatzstücken 15 und

Ansatzstück 15 und das untere Ansatzstück 16 16 sind elastisch Zwischenglieder, wie Federn 44,

die Bohrorgane hindurch; die Ansatzstücke sind eingefügt, die den Zweck haben (wie später beschrie-

infolgedessen mit Abdichtungen, wie Dichtungen 50 ben wird), in einer ersten Phase die Verschiebung

20, versehen, die durch Muttern 21 festgehalten der Ansatzstücke 15 und 16 durch die Verschiebung

werden. Die Dichtungen und die Muttern sind in der Führungsstücke 31 zu bewirken und in der zwei-

Einsätzen IS_x und 1O₁ der Ansatzstücke 15 und ten Phase — nachdem die Ansatzstücke an dem

16 enthalten und mit Hilfe von Schraubenbolzen zentralen Zylinder 1 anliegen — eine Fortsetzung

22 unter Zwischenlage von Ringdichtungen 23 55 der Bewegung der Bohrvorrichtungen 19 in Richtung

an den Ansatzstücken festgelegt. Wie es beson- auf den Zylinder zu gestatten, wobei die Bewegungen

ders klar aus der F i g. 4 für das obere der beiden Ansatzstücke (Stück 15) hervorgeht, sind dünne Anzapfkanäle 24 in den Ansatzstücken vorgesehen,

dieser Bohrvorrichtungen von denen der Führungsstücke 31 abhängig sind.

Die Wirkungsweise der Maschine läßt sich wie

die innerhalb der Ringdichtung 23 in der oberen 60 folgt beschreiben: Stirnfläche und der Bohrung der Ansatzstücke mün- a) Der obere und der untere Schlitten befinden

den und mit äußeren Anschlüssen 25 in Verbindung sich zunächst in ihrer höchsten und tiefsten Stellung, stehen; über diese Anzapfkanäle kann ein Zwischenvakuum im Bereich der Dichtungen 20 vorgesehen

wie sie die F i g. 2 zeigt, und der zentrale Zylinder 1 ist seitlich ausgeschwenkt. In dieser Stellung der

werden. Außerdem ist das obere Ansatzstück 15 mit 65 Maschine wird ein Brennstoffelement in den Zylineinem an einen Anschluß 27 angeschlossenen der 1 eingeführt und durch Einstecken des oberen Radialkanal 26 versehen, über den die gasförmigen
Spaltprodukte, die in der Brennstoffpatrone 3 ent-

Führungsstückes 6 in der Zylinderausnehmung festgehalten.

b) Der Zylinder 1 wird entweder selbsttätig oder durch Betätigen einer Behandlungsvorrichtung, welche sich in der Zelle befindet, in der die Bohrmaschine benutzt wird, so weit in die Maschine geschwenkt, bis er koaxial zu den Ansatzstücken 15 und 16 liegt. Wie dies aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird die Einschwenkstellung des Zylinders 1 in die Achse der Ansatzstücke 15 und 16 durch Anschläge 47 sichergestellt (F i g. 2 und 6).

c) Es werden dann die Getriebemotoren 39 be- ίο tätigt, um den oberen und den unteren Schlitten an den eingeschwenkten* zentralen Zylinder 1 heranzuführen.

d) Die durch die Druckfedern 44 längs der zylindrischen Stangen 32 verschobenen Ansatzstücke 15 und 16 kommen mit den oberen und unteren Stirnenden des zentralen Zylinders 1 in Berührung und durch das Zusammendrücken der Dichtungen 53 wird die innere Ausnehmung 2, in der sich die anzubohrende Brennstoffpatrone 3 befindet, nach außen abgedichtet.

e) Darauf werden die Anschlüsse 25, 27 und 29 an den Ansatzstücken und der Anschluß 13 am Zylinder 1 mit einer Unterdruckquelle verbunden, um sowohl in der Ausnehmung 2 des Zylinders 1 als auch in den mit dieser Ausnehmung in Verbindung stehenden Leitungen und Kanälen ein hohes Vakuum herzustellen.

f) nach dem Erzeugen des Vakuums in der Ausnehmung 2 werden erneut der obere und der untere Schlitten durch Einschalten der Getriebemotoren 39 so weit verschoben, daß die Bohrer 19₂ in ihre Arbeitslage kommen, d. h. in die Nähe des oberen, 3 a, und unteren Endes 3 & des Brennstoffelementes 3. Nun kann die Stellung des oberen und unteren Bohrers mit Hilfe der Schauöffnung 11 im unteren Teil I₁ des Zylinders 1 und der Schauöffnung 45 in dem oberen Ansatzstück 15 kontrolliert werden.

g) Sodann werden die Getriebemotoren 17 in Gang gesetzt, welche die Bohrer 19₂ drehen; die Drehgeschwindigkeit der Bohrer wird vorzugsweise der Vorschubgeschwindigkeit der Bohrer angepaßt, mit der die Bohrvorrichtungen durch die Getriebemotoren 39 vorgeschoben werden. Bei dieser Vorschubbewegung werden die Federn 44 zusammengedrückt, und die in die Stirnflächen des Brennstoffelementes eindringenden Bohrer stellen die gewünschten Anbohrungen her. Zuvor wurden die Anschlüsse 27 und 29, die zum Herausziehen der gasförmigen Spaltungsprodukte bzw. der als wärmetragendes Zwischenmedium dienenden Flüssigkeit aus den Hülsen bestimmt sind, mit Abzug- und Aufbewahrungsvorrichtungen für diese Medien verbunden.

h) Nach Beendigung der Bohrarbeiten hat man nur die Antriebe in umgekehrter Richtung zu betätigen, um den zentralen Zylinder 1 wieder frei zu machen, aus dem nach seinem Ausschwenken das angebohrte Brennstoffelement entfernt wird.

Um den Zylinder durch Abheben bzw. Absenken der Ansatzstücke 15 und 16 frei zu machen, sind am unteren Teil der zylindrischen Stangen 32 des oberen Schlittens und am oberen Teil der entsprechenden zylindrischen Stangen 32 der unteren Schlittens Anschläge 46 vorgesehen, die beim Auftreffen der fest mit den Ansatzstücken 15 und 16 verbundenen Lager 43 als Kuppelstücke wirken, so daß die Verschiebungen der beiden Ansatzstücke gemeinsam mit den Führungsstücken 31 verlaufen, die durch die Getriebemotoren 39 bewegt werden. Um die Verschiebungen der Lager 43, die das obere Ansatzstück 15 halten, zu begrenzen, sind in der Bewegungsbahn dieser Lager 43 feste Anschläge 48 vorgesehen. Um einen leichten Ausbau des oberen Bohrers 19₂ durchführen zu können, ist ebenfalls eine Anschlagvorrichtung mit ausschwenkbaren Anschlägen 49 über den festen Anschlägen 48 vorgesehen, welche die Verschiebung des Ansatzstückes 15 beim Absenken des oberen Schlittens stoppt. Da infolgedessen die Bewegung des Bohrers 19₂ vorzeitig begrenzt wird, ist er sehr schnell für einen Ausbau oder ein Auswechseln zugänglich. Die ausschwenkbaren Anschläge 49 sitzen fest an einem Bügel 50 (Fig. 7), der an einer fest mit der oberen Tragplatte 34 verbundenen Halterung 51 quer verschwenkbar ist; ein den Bügel 50 nach außen verlängernder Hebel 52 gestattet die Verschiebung der Anschläge 49. Um das Abfließen der Wärmeübertragerflüssigkeit aus der angebohrten Hülse zu erleichtern, ist das obere Ende der Bohrspindel 19_t mit einer etwa halbkugelig gewölbten Haube 54 versehen, auf welche die Flüssigkeit heruntertropft, ehe sie durch die in dem unteren Ansatzstück 16 vorgesehene Ablauföffnung abläuft und durch den Kanal 29, der vorzugsweise leicht nach unten geneigt ist, in die Abführleitung weiterfließt.

Während die Beschreibung nur die Verwendung der Maschine zum Anbohren von Brennstoffelementen erwähnt, so ist es doch selbstverständlich, daß die Maschine auch für das Anbohren von Kapseln oder Behältern verwendet werden kann, die gleichzeitig Gase und Flüssigkeiten enthalten, die man gewinnen will, nachdem die Kapseln oder Behälter einer Bestrahlung ausgesetzt waren.

Wenn der Stoff, der als Wärmeübertrager in der Hülse oder Kapsel enthalten ist, die angebohrt wird, nur bei einer höheren als der Umgebungstemperatur sich in flüssigem Zustand befindet, muß man — zumindest in dem unteren Ansatzstück 16 und dem zentralen Zylinder 1 der Bohrmaschine — Mittel vorsehen, um die Temperatur der Hülse oder Kapsel auf einem Wert zu halten, bei dem dieser Stoff flüssig bleibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Maschine zum Anbohren von in Kernreaktoren benutzten Brennstoffelementen an ihren beiden Enden, gekennzeichnet durch einen mit einer Längsausnehmung versehenen zentralen, vertikal angeordneten Zylinder, der zur Aufnahme des Brennstoffelementes bestimmt und an seinen beiden Enden offen ist, einen oberen und einen unteren Schlitten, die oberhalb bzw. unterhalb des Zylinders angeordnet sind und je ein Ansatzstück aufweisen, von denen das eine mit dem oberen, das andere mit dem unteren Teil des Zylinders zwecks Abdichtung seiner Ausnehmung zusammenwirkt, Bohrvorrichtungen, deren Bohrelemente einerseits durch das obere Ansatzstück und andererseits durch das untere Ansatzstück hindurchführen und durch einen Getriebemotor drehend antreibbar sind, Bewegungs- und Betätigungsmittel für die Verschiebung jedes der Schlitten gegenüber dem Zylinder und in den Ansatzstücken vorgesehene Leitungen, die es

gestatten, einerseits den oberen und andererseits den unteren Teil der Brennstoffpatrone mit Vorrichtungen zum Abziehen der Gase und Vorrichtungen zum Abziehen der Flüssigkeiten in Verbindung zu bringen, die in den Patronen enthalten sind und durch Anbohren der letzteren zugänglich werden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitten auf eine Tragplatte aufgebaut ist, die zum festen Gestell der Maschine gehört.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell der Maschine zwei vertikale Säulen aufweist, die durch die Tragplatten und zwei Sockel verbunden sind, in denen die unteren Enden der Säulen sitzen und die auf einer Grundplatte befestigt sind.

4. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Zylinder schwenkbar an einer der Säulen des Gestells gelagert ist.

5. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitten zwei fest mit ihm verbundene zylindrische Stangen aufweist, die axial verschiebbar in fest auf der Tragplatte sitzenden Lagern geführt sind.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzstücke des oberen und unteren Schlittens Lager aufweisen, welche die Führung der axial beweglichen Ansatzstücke an den zylindrischen Stangen gewährleisten.

7. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung jedes Schlittens gegenüber der ihm zugeordneten Tragplatte mittels eines Getriebemotors erfolgt, der den Schlitten über eine Spindel-Mutter-Anordnung bewegt.

8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schlitten mit mehreren Dichtungen versehen sind, welche die Durchtrittsöffnung für die Bohrorgane nach außen abdichten.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Dichtungen dünne Kanäle in den Ansatzstücken vorgesehen sind, die ein Absaugen aus dem Bereich der Dichtungen ermöglichen und am äußeren Umfang der Ansatzstücke münden.

10. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des zentralen Zylinders eine öffnung vorgesehen ist, welche es gestattet, die Ausnehmung des Zylinders unter Vakuum zu setzen.

11. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ansatzstück und der untere Teil des zentralen Zylinders je ein Schauloch aufweisen, durch das hindurch die Lage der Bohrorgane kontrollierbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

403 730/267 11.64

B undesdruckerei Berlin