DE1199462B - Vorrichtung zum Einschieben und Ausziehen von langgestreckten Wirkkoerpern, insbesondere Brennstoffelementen fuer Kernreaktoren - Google Patents

Vorrichtung zum Einschieben und Ausziehen von langgestreckten Wirkkoerpern, insbesondere Brennstoffelementen fuer Kernreaktoren

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DE1199462B
DE1199462B DEK49260A DEK0049260A DE1199462B DE 1199462 B DE1199462 B DE 1199462B DE K49260 A DEK49260 A DE K49260A DE K0049260 A DEK0049260 A DE K0049260A DE 1199462 B DE1199462 B DE 1199462B
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Bernhard Hoffmeister
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Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
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Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/02Details of handling arrangements
    • G21C19/10Lifting devices or pulling devices adapted for co-operation with fuel elements or with control elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. 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, d a d u r c h gekennzeichnet, daß an dem von dem Fach (1) abgewandten Ende des Wirkkörpers (Brennstoffelemente 2) eine Nachführeinrichtung (7 bis 11) angeordnet ist, die einen Stempelkörper (11), der sich vor dem Beginn des Einschiebvorganges außerhalb der Reichweite der umlaufenden Antriebsmittel (6) befindet, und einen an dem Wirkkörper (Brennstoffelement 2) angreifenden, in dem Stempelkörper (11) stativartig verschiebbaren Stempel (7) aufweist, der nach dem Ausziehen in eine Endlage dem Stempelkörper (11) gegenüber selbsttätig durch ein Stellglied (17, 19) festgestellt wird und dann den Stempelkörper (11) veranlaßt, an der weiteren Einschiebbewegung des Wirkkörpers (Brennstoffelement 2) teilzunehmen und diese entsprechend der ausgezogenen Länge der Nachführeinrichtung (7 bis 11) zu verlängern.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feststellen des Stempels (7) gegenüber dem Stempelkörper (11) eine Kugelsperrvorrichtung dient, wobei die Kugeln (17), bevor der Stempel (7) in die Endstellung ausgeschoben ist, in Kammern des Stempels (7) liegen, deren Austrittsöffnungen durch die den Stempel führende Innenfläche (Bohrung 10) des Stempelkörpers (11) abgeschlossen sind und die beim Eintreten des Stempels (7) in die Endstellung einer Ausnehmung (16) in dem Stempelkörper (11) gegenübertreten.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelsperrvorrichtung eine innerhalb des Stempels (7) geführte Stange (20) aufweist, die durch eine Druckfeder (22) od. dgl. in Richtung von dem Wirkkörper (Brennstoffelement 2) weg verschoben wird, wenn der Stempelkörper (11) beginnt, an der Einschiebbewegung des Wirkkörpers (Brennstoffelement 2) teilzunehmen, wobei ein an der Stange (20) sitzender Kopf (19) die Kugeln (17) in die Ausnehmung (16) hineindrückt, wenn der Stempel (7) die Endstellung erreicht hat.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Kopf (19) und der Stange (20) ein kegelstumpfförmiges übergangsstück (24) befindet, das beim Verschieben der Stange (12) sich gegen die Kugeln (17) legt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1055 705; USA.-Patentschriften Nr. 2 805 762, 3 012 811.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2805762A (en) * 1953-10-08 1957-09-10 Conveyor Specialties Company Vertical conveyor
US3012811A (en) * 1960-03-21 1961-12-12 Sandrock Raymond James Gripping tool

Patent Citations (2)

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