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Vorrichtung zum Einschieben und Ausziehen von langgestreckten Wirkkörpern,
insbesondere Brennstoffelementen für Kernreaktoren Das Einschieben von Brennstoffelementen
in die Brennstoffelementenfächer eines Kernreaktors bereitet häufig Schwierigkeiten,
weil die Flaschen für die Brennstoffelemente mit den Antriebsvorrichtungen aus baulichen
und strahlungstechnischen Gründen nicht bis unmittelbar unter die Brennstoffelementenfächer
reichen können.
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Die Erfindung behebt diese Schwierigkeiten. Sie geht aus von einer
Vorrichtung zum Einschieben und Ausziehen von langgestreckten Wirkkörpern, insbesondere
von Brennstoffelementen für Kernreaktoren, in ein Fach bzw. aus diesem mit Hilfe
von umlaufenden Antriebsmitteln deren Mitnahmeflächen mit einem erheblichen Abstand
vor der Eintrittsöffnung des Faches enden. Nach der Erfindung ist eine derartige
Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß an dem von dem Fach abgewandten Ende des
Wirkkörpers eine Nachführeinrichtung angeordnet ist, die einen Stempelkörper, der
sich vor dem Beginn des Einschiebvorganges außerhalb der Reichweite der umlaufenden
Antriebsmittel befindet, und einen an dem Wirkkörper angreifenden, in dem Stempelkörper
stativartig verschiebbaren Stempel aufweist, der nach dem Ausziehen in eine Endlage
dem. Stempelkörper gegenüber selbsttätig durch ein Stellglied festgestellt wird,
und dann den Stempelkörper veranlaßt, an der weiteren Einschiebbewegung des Wirkkörpers
teilzunehmen und diese entsprechend der ausgezogenen Länge der Nachführeinrichtung
zu verlängern. Zweckmäßig dient zum Feststellen des Stempels gegenüber dem Stempelkörper
eine Kugelsperrvorrichtung, wobei die Kugeln, bevor der Stempel in die Endstellung
ausgeschoben ist, in Kammern des Stempels liegen, deren Austrittsöffnungen durch
die den Stempel führende Innenfläche des Stempelkörpers abgeschlossen sind und die
beim Eintreten des Stempels in die Endstellung einer Ausnehmung in dem Stempelkörper
gegenübertreten. Die Kugelsperrvorrichtung kann z. B. eine innerhalb des Stempels
verschiebbar geführte Stange aufweisen, die durch eine Druckfeder od. dgl. in Richtung
von dem Wirkkörper weg verschoben wird, wenn der Stempelkörper beginnt, an der Einschiebbewegung
des Wirkkörpers teilzunehmen, wobei ein an der Stange sitzender Kopf die Kugeln
in die Ausnehmung hineindrückt, wenn der Stempel die Endstellung erreicht hat.
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Bekannt ist an sich eine Lademaschine für heterogene Kernreaktoren
mit flüssigem oder gasförmigem Arbeitsmittel, die innerhalb des Reaktorbehälters
über den die Brennstoffelemente enthaltenden Kühlmittelführungsrohren fernsteuerbar
angeordnet ist und bei der das Druckmittel eines äußeren Druckspeichers zum Ausfahren,
das Arbeits- bzw. Kühlmittel des Reaktors zum Einfahren des Teleskops dient. Hierbei
dient zum Erfassen der Brennstoffelemente ein Teleskop, dessen Rohre im ausgefahrenen
Zustand bis zu einem gewissen Ausmaß beliebig gegeneinander verschiebbar sind. Es
handelt sich also nicht um eine Vorrichtung, von welcher die vorliegende Erfindung
ausgeht und für die es wesentlich ist, daß zum Bewegen der Brennelemente od. dgl.
umlaufende Antriebsmittel dienen, deren Mantelflächen mit einem erheblichen Abstand
vor der Eintrittsöffnung des das Brennstoffelement od. dgl. aufnehmenden Faches
enden. Auch fehlt eine stativartige Feststellung eines Stempels gegenüber einem
Stempelkörper im ausgezogenen Zustand in der oben näher bezeichneten Weise. Eine
hierzu beispielsweise als Feststelleinrichtung verwendbare Kugelsperrvorrichtung
mit Sperrkugeln ist z. B. bei einer Einrichtung zur Fernbetätigung einer Greifzange
bekannt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach
der Erfindung dargestellt; und zwar zeigen F i g. 1 und 2 eine Vorrichtung zum Einschieben
von Brennstoffelementen in ein Brennstoffelementenfach eines Kernreaktors und zum
Herausziehen solcher Elemente aus dem Fach in Axialschnitten in zwei verschiedenen
Betriebsstellungen und F i g. 3 und 4 in größerem Maßstab die Hauptteile der Vorrichtung
in Axialschnitten in zwei verschiedenen Betriebsstellungen.
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In einem Kernreaktor befindet sich ein Fach 1 für Brennstoffelemente,
in das ein Brennstoffelement 2 eingeschoben werden soll. Eine hierzu vorgesehene
Flasche
3 für die Brennstoffelemente 2 kann nicht dicht an das Fach 1 herangesetzt werden,
vielmehr muß zwischen ihr und dem Fach 1 aus baulichen und strahlungstechnischen
Gründen ein beträchtlicher Abstand A gewahrt werden. Im Bereich dieses Abstandes
befindet sich eine Wand 4 mit einer Durchtrittsöffnung 5.
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Die Flasche 3 enthält eine Fördereinrichtung für die Brennstoffelemente
2, und zwar sind mehrere endlose Förderbänder 6 so angeordnet, daß sie zwischen
sich das Brennstoffelement 2 in einer zu dem Fach 1 gleichachsigen Lage festklemmen.
Die Förderbänder 6 bilden beispielsweise einen das Brennstoffelement 2 allseitig
umschließenden Gummibelag, der von endlosen Ketten getragen wird. Durch einen entsprechenden
Antrieb dieser Ketten kann das Brennstoffelement 2 in Richtung nach dem Fach 1.
hin bewegt werden. In einem Ansatz 3 a der Flasche 3 an dem von dem Fach l abgewandten
Ende befindet sich eine Nachführeinrichtung. Diese weist einen rohrförmigen Stempel
7 auf, der unter Vermittlung eines Kopfstückes 8 an dem Brennstoffelement 2 befestigt
ist. Der Stempel 7 ist mit seinem von dem Brennstoffelement 2 abgewandten, verstärkten
zylindrischen Ende 9 in einer Bohrung 10 eines Stempelkörpers 11 geführt.
Dieser liegt bei der Ausgangsstellung nach F i g. 1 und 3 unter der Wirkung seines
Eigengewichtes mit seiner von dem Brennstoffelement 2 abgewandten Stirnfläche auf
einem im Boden des Ansatzes 3 a befestigten magnetischen Zylinder 12. Zur Führung
des zylindrischen Stempelkörpers 11 dienen Rollen 13, die im Inneren
der Flasche 3
gelagert und über den Umfang des Stempelkörpers 11 verteilt
sind. Der Stempelkörper 11 und das Kopfstück 8 haben den gleichen, vorzugsweise
quadratischen Querschnitt wie das Brennstoffelement 2.
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Der Stempel 7 hat anschließend an das Ende 9 einen kleineren Durchmesser
als dieses und tritt durch eine ihn führende Bohrung des Stempelkörpers 11 nach
außen. Durch die Abstufung zwischen den Durchmessern des Endes 9 und des anschließenden
Teiles des Stempels 7 wird eine ringförmige Anschlagfläche 14 gebildet, die bei
ausgefahrenem Stempel 7 nach F i g. 4 in Anlage an einer die Bohrung 10 abschließenden
Ringfläche 15 gelangt. Der Ringraum zwischen den Umfangsflächen der Bohrung 10 und
des Stempels 7 ist in der Nähe der Anschlagfläche 15 erweitert durch eine ringförmige
Ausnehmung 16 von trapezförmigem Querschnitt.
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In dem Ende 9 des Stempels 7 befinden sich radial angeordnete Bohrungen
in denen aus Stahl bestehende Kugeln 1.7 liegen. In einer Bohrung 18 des hohlen
Stempels 7 ist ein zylindrischer Kopf 19 einer Stange 20 geführt, die durch eine
Bohrung in dem Ende 9 und durch eine anschließende Bohrung in dem Stempelkörper
11 herausgeführt ist. Zwischen einem am freien Ende der Stange 20 sitzenden Bund
21 und einer Auflagefläche des Stempelkörpers 11 befindet sich eine Druckfeder 22,
die die Stange 20 innerhalb des Stempels 7 und in der Durchtrittsbohrung des Stempelkörpers
11 in Richtung von dem Brennstoffelement 2 weg zu verschieben sucht. Bei der in
F i g. 1 und 3 dargestellten Ausgangslage liegt die Stange 20 mit dem Bund
21 an einer Stellschraube 23 an, die innerhalb des magnetischen Zylinders
12 in die von dem Brennstoffelement 2 abgewandten Stirnwand des Ansatzes 3 a der
Flasche 3 eingeschraubt ist. Die Flasche 3 kann mit Hilfe von Gelenkzapfen 25 mit
waagerechter Achse und einem Antriebszahnrad 26 um 90° geschwenkt werden.
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In der Ausgangslage nach F i g. 1 und 3 wird das Brennstoffelement
2 mit dem Kopfstück 8 des Stempels 7 fast vollständig zwischen den Förderbändern
6 festgehalten, wobei sich der Stempelkörper 11 außerhalb der Reichweite der Förderbänder
6 unterhalb von diesen befindet.
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Wenn das Brennstoffelement in das Fach 1 eingebracht werden soll,
wird es zunächst mit Hilfe der Förderbänder 6 nach oben geschoben, wobei es durch
die Durchtrittsöffnung 5 in der Wand 4 hindurchtritt. Dieser Bewegung folgt der
Stempel?, bis sich die Anschlagfläche 14 gegen die obere Ringfläche 15 der Bohrung
10 legt. Bis dahin bleibt der Stempelkörper Il unter der Wirkung seines Gewichtes
und des magnetischen Zylinders 12 in seiner Ausgangslage nach F i g. 1 und
3. Die die Kugeln 17 enthaltenden radialen Bohrungen sind dabei der Ausnehmung 16
gegenübergetreten.
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Bei der weiteren Verschiebung des Brennstoffelementes 2 nach oben
mittels der Förderbänder 6 nimmt der Stempel 7 den Stempelkörper 11 mit, der hierbei
zwischen die Förderbänder 6 tritt und von diesen erfaßt wird; vgl. F i g. 4. Wenn
sich sonach der Stempelkörper 11 von dem magnetischen Zylinder 12 abhebt und damit
der Bund 21 der Stange 20 nicht mehr in Anlage an der Stellschraube 23 gehalten
wird, wird die Stange 20 durch die Druckfeder 22,
wie es in F i g.
4 veranschaulicht ist, gegenüber dem Stempel 7 und dem Stempelkörper 11 nach unten
verschoben. Dabei werden die Kugeln 17 durch ein kegelstumpfförmiges übergangsstück
24 zwischen dem Kopf 19 der Stange 20 und deren anschließendem Teil aus den Rad_
ialbohrungen heraus in die Ausnehmung 16 hinein' gedrückt. Der Kopf 19, der sich
danach hinter die Kugeln 17 legt, verhindert, daß diese aus der Ausnehmung 16 wieder
heraustreten. Sonach ist der Stempel 7, wenn er gemäß F i g. 4 in seine Endlage
aus dem Stempelkörper 11 herausgeschoben ist, stativartig festgestellt.
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Nunmehr bildet der Stempelkörper 11 mit dem Brennstoffelement 2 ein
starres Ganzes. Wenn demnach das Brennstoffelement 2 aus dem Raum zwischen den Förderbändern
6 nach oben heraustritt, wird es durch den Stempelkörper 11., der nunmehr zwischen
denBändern 6 nach oben befördert wird, weiterbewegt. Das Brennstoffelement 2 wird
hierbei völlig in das Fach 1 hineingeschoben und in dieser Lage durch eine geeignete
Schraubverbindung verankert. Gleichzeitig tritt das Kopfstück 8, wie F i g. 2 zeigt,
in die Eintrittsöffnung des Faches 1 ein. Der Stempelkörper 11 wird in der
in F i g. 2 dargestellten Lage noch auf einer wirksamen Länge von den Förderbändern
6 erfaßt.
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Das Ausbauen eines Brennstoffelementes 2 aus dem Fach 1 geschieht
mittels der beschriebenen Vorrichtung durch entsprechende Bewegungsschritte, die
im umgekehrten Sinne und in der umgekehrten Reihenfolge vor sich gehen wie beim
Einschieben des Brennstoffelementes 2.
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Dabei werden die Kugeln 17, wenn der Kopf 19 infolge der Verschiebung
der Stange 20 beim Aufsetzen auf der Stellschraube 23 sich entsprechend relativ
zu dem Stempel ? nach oben bewegt hat, unter dem durch den Stempel ? nach unten
wirkenden Druck und unter dem Einfluß der kegelförmig geneigten
Auflagefläche
der Ausnehmung 16 völlig in die Radialbohrungen des Endes 9 hineingedrückt.
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Damit jeweils ein Brennstoffelement 2, das in--Jas Fach 1 eingeschoben
werden soll, in die Flasche 3 eingebracht werden kann, wird diese um die Achse der
Gelenkzapfen 25 um 90° in eine waagerechte Lage geschwenkt. Das Einbringen
des Brennstoffelementes 2 und das Heräusschieben eines verbrauchten Brennstoffelementes
2 aus der Flasche 3 erfolgt mit Hilfe der Förderbänder 6 und der Nachführeinrichtung
7 bis 11 grundsätzlich in der gleichen Weise, wie die vorher beschriebene
Verschiebung des Brennstoffelementes 2 nach oben und unten. Hierbei kann allerdings
nicht das Gewicht des Stempelkörpers 11 und des Stempels 7 zum Spannen der Feder
22 ausgenutzt werden. Hierzu dient dann der magnetische Zylinder 12 allein oder
zusätzlich mit irgend einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einem Kugelschnäpper.