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Atomreaktoranlage mit ferngesteuerter Belademaschine Für die Beschickung
und Auswechselung der Brennelemente bei Atomreaktoranlagen werden Belademaschinen
verwendet. Oftmals sind dieselben außerhalb des biologischen Schirmes angeordnet,
so daß sie direkt von Hand bedient werden können. Sind sie jedoch innerhalb des
biologischen Schirmes angeordnet, so muß unbedingt eine Fernsteuerung vorgesehen
sein, da dieser Aufstellungsort wegen der äußerst starken y- und Neutronenstrahlung
nicht mehr zugänglich ist.
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Es ist bekannt, diese Fernsteuerung nach einem Analogverfahren durchzuführen;
d. h., jedem Lademaschinenweg ist in jeder Koordinatenrichtung ein besonderer Widerstandswert
zugeordnet. Dies geschieht durch an der Lademaschine angebrachte Potentiometer,
deren Abgriff proportional dem zurückgelegten Weg wandert. Die Fahrt der Lademaschine
dauert dabei so lange, bis ein Brückengleichgewicht zwischen dem Widerstandswert
des Potentiometers und dem eines außerhalb des Reaktors befindlichen festen Widerstandes,
der der Solllage der Lademaschine entspricht, hergestellt ist. Es ist in diesem
Zusammenhang auch bereits vorgeschlagen worden, für jede Koordinatenrichtung zwei
Antriebsaggregate vorzusehen.
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Für die Steuerung der Belademaschinen werden sehr hohe Genauigkeitsforderungen
gestellt, so müssen z. B. die Elementenpositionen bis auf ± 1 cm genau angefahren
werden können, was bei einem Reaktordurchmesser von etwa 4 m einen maximalen zulässigen
Fehler von ± 2,5%o bedeutet.
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Diesen Genauigkeitsforderungen stehen die ungünstigen Betriebsbedingungen
einer solchen Lademaschine - Temperaturschwankungen zwischen etwa 50 und 200° C,
Druck, Strahlung usw. - entgegen. Werden für die Analogsteuerung sehr robuste Bauelemente
verwendet, die solchen Betriebsbedingungen z. B. hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit
gewachsen sind, so l'äßt sich mit ihnen nicht mehr die gewünschte Genauigkeit erzielen,
genauso ist es umgekehrt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beladevorrichtung
für einen Kernreaktor mit in zwei Koordinatenrichtungen mittels je einer ferngesteuerten
Antriebseinrichtung verfahrbaren Belademaschine. Sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß für jeweils eine Antriebseinrichtung zwei verschiedenartige, an sich bekannte,
voneinander unabhängige und mit unterschiedlicher Genauigkeit und Abschaltjustierung
arbeitende Steuereinrichtungen vorgesehen sind, deren Geber gekuppelt sind, und
daß jeweils der -Abschaltpunkt der genaueren der beiden Steuereinrichtungen noch
innerhalb des Auslaufes der anderen Steuereinrichtung liegt.
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Neben der Lösung der Aufgabe, die Genauigkeit des Anfahrens bei Verwendung
einfachster, robustester Bauelemente zu erhöhen, ergibt sich durch die Anordnung
gemäß der Erfindung als weiterer Vorteil, daß bei Ausfall der einen Steuereinrichtung
die andere für die Steuerung der Lademaschine eingesetzt werden kann.
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Die eine Steuereinrichtung arbeitet nach dem bereits erwähnten Analogprinzip
und kann gleichzeitig, da dieses Prinzip das anschaulichere ist, für den Antrieb
des Anzeigegerätes, das auf einer Sichtplatte den Reaktorquerschnitt und die jeweilige
Lage der Lademaschine zeigt, verwendet werden.
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Die andere Steuereinrichtung, die parallel zur analogen vorgesehen
ist, arbeitet im Gegensatz zu dieser nach dem Digitalprinzip. Sie hat lediglich
Impulse zu zählen, wobei jeder Elementenposition nach jeder Bewegungsrichtung der
Lademaschine eine ganz bestimmte Impulszahl von vornherein zugeordnet ist. Es ist
nach diesem Prinzip sehr leicht möglich, die Belademaschine genau in ihrer Endlage
zum Stehen zu bringen, da die Impulsfolge pro Längeneinheit praktisch beliebig hoch
gemacht werden kann: Folgendes Ausführungsbeispiel erläutert diesen Erfindungsgedanken:
In F i g. 1 ist ein Reaktor schematisch dargestellt, aus dessen Deckel die mit Hochdruckverschlüssen
3 versehenen Brennstoffkanäle herausragen. Seitlich ragen diagonal die Regelstäbe
5 in den Reaktorkern hinein. über dem eigentlichen Reaktorbehälter befindet sich,
und zwar noch innerhalb des biologischen Schildes, der der Einfachheit halber nicht
dargestellt ist; die Lademaschine 2. Sie ist an der Laufkatze
eines
Deckenkranes befestigt, wobei die Bewegung der Katze der X-Richtung und die. Bewegung
des Deckenkranes der Y-Richtung, also den beiden Koordinaten des Fahrprogramms,
entspricht.
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In F i g. 2 ist aus einer Draufsicht die Anordnung der Druckverschlüsse
(= Arbeitspositionen) 3 zu ersehen, wobei mit Pfeilen X und Y die Bewegungskoordinaten
der Belademaschine angegeben sind.. Die mit Z bezeichnete Linie, die in X-Richtung
läuft, zeigt jene Bahn an;- in. welcher die Lademaschine über den Reaktorkernbereich
hinaus seitwärts fahren kann, um z. B. Brennelemente abzusetzen oder auszutauschen.
An anderen Stellen ist es nicht möglich, den Bereich des- Reaktors nach der Seite
zu verlassen, da dort die Regelstäbe 5 angeordnet sind. Damit diese Regelstäbe mit
absoluter Sicherheit von der Lademaschine nicht beschädigt werden können, sind in
üblicher Weise zwei hintereinanderliegende Endschalter vorgesehen, die nach zwei
Prinzipien, wie z. B. dem Ruhestrom- und dem Kurzschlußprinzip, -für eine rechtzeitige
Abschaltung der Belademaschine sorgen.
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In F i g. 2 ist die Fahrt der Lademaschine von der Elementenposition
A zur Elementenposition B dargestellt. Die Lademaschine bewegt 'sich
zunächst in Y-Richtung bis zur Z-Linie, dann in X-Richtung bis auf die Höhe der
Elementenposition B und fährt von dort wiederum in negativer Y-Richtung in die Position
B ein.
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Wie bereits erwähnt, arbeiten jeweils beide Steuerungssysteme parallel
und sind zu diesem Zweck mit gekoppelten Gebern ausgerüstet, die die den Arbeitspositionen
entsprechenden Widerstände bzw. die Einstelleinrichtungen. -für die Sollimpulszahlen
enthalten.
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Bei der Analogsteuerung ist jedem Lademaschinenstandort ein bestimmter
Widerstandswert zugeordnet, was am einfachsten über mit den Antriebsgeräten 2x bzw.
2y festgekoppelte Pötentiometer erreicht wird - selbstverständlich unter Zwischenschaltung
entsprechend großer, starrer Übersetzungen. Die Potentiometer werden mit Hilfe von
Kabeln, die über eine Kabelschleppeinrichtung geführt' sind; nach außen mit den
im Steuergerät einstellbaren Sollwertwiderständen zu einer Brückenschaltung verbunden,
r1 deren Nullzweig sich zwei Dreipunktregler befinden.
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Durch die doppelte Anordnung solcher an sich bekannter Regler, die
auf verschiedene Empfindlichkeit eingestellt sind, also zu verschiedenen Zeiten
ansprechen, ist es ohne Schwierigkeiten möglich, die Antriebsmotoren von voller
Geschwindigkeit auf sogenannte Kriechfahrt zu schalten und dann in der genauen Endlage
ohne Nachlauf ganz abzuschalten.
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Es ist dabei aus Sicherheitsgründen zweckmäßig, an Stelle nur eines
Potentiometers für jede Bewegungsrichtung deren zwei anzuordnen, die erdsymmetrisch
mit Spannung beaufschlagt waren. Dadurch kann bei eventuellem Ausfall eines Potentiometers
nach entsprechender Umschaltung des jeweils ebenfalls doppelt vorhandenen Sollwertwiderstandes
die Brückenschaltung unsymmetrisch weiterarbeiten und zur Steuerung der Belademaschine
dienen. Nach dem gleichen- Analogprinzip wird auch die jeweilige Stellung der Lademaschine
z. B. mit Hilfe eines Leuchtfleckes auf der Sichtplatte eines Anzeigegerätes markiert.
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Für das digitale Meßsystem sind mit den Antriebseinrichtungen 2x und
2y Impulsgeber z. B. nach Art eines Tachometers verbunden, deren Anschlüsse in ähnlicher
Weise wie beim analogen System, nach Möglichkeit im selben Kabel, nach außen (durch
den biologischen Schirm hindurch) zu einem Impulszähler geführt werden. Dieser Impulszähler
ist so eingerichtet, daß er in demselben Augenblick, in dem die im Geber voreingestellte
Impulszahl erreicht ist, ein entsprechendes Signal an das eigentliche Steuergerät
zur Stillsetzung der Antriebsmotore angibt.
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Damit beim Parallellauf der beiden Steuereinrichtungen keine Überschneidung
der Abschaltsignale auftreten kann, wird die Analogsteuerung so eingestellt, daß
das Abschaltkommando einem etwas längeren Fahrweg entspricht, die Abschaltung der
Fahrmotoren damit also eindeutig durch die Digitalsteuerung erfolgt. Diese Fahrwegverlängerung
wird automatisch rückgängig gemacht, wenn wegen einer eventuellen Störung. der Digitalsteuerung
auch die Abschaltung durch die Analogsteuerung erfolgen muß.
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Die F i g. 3 veranschaulicht in einem übersichtsschaltbild diese Verhältnisse
näher, wobei die Grenzen des biologischen Schildes durch eine gestrichelte Linie
angedeutet sind. Zur Stromversorgung der Motoren ist ein Netz mit einer Frequenz
von 50 Hz vorgesehen, das zur Durchführung der Kriechfahrt mit Hilfe eines Frequenzwandlers,
der aus dem Motor M3 und dem Generator G3 besteht, wahlweise mit einer Frequenz
von 6 Hz eingespeist werden kann. Der Steuervorgang läuft dann etwa folgendermaßen
ab: Im Positionswähler W, der die Geber für die beiden Steuersysteme enthält, wird
die Ladeposition, die angefahren werden soll, festgelegt. Für das Analogsystem bedeutet
dies, daß die den jeweiligen Elementenpositionen entsprechenden Widerstände in X-
und Y-Richtung eingeschaltet werden.
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Für das Digitalsystem bedeutet dies, daß die entsprechende Impulszahl
eingestellt wird, was zweckmäßig über entsprechende Drucktasten erfolgen kann. Nach
dieser Einstellung der Sollwerte wird ebenfalls wieder durch einen Tastendruck die
Lademaschine in Bewegung gesetzt. Für die X-Richtung geschieht dies über den Motor
Ml, der den Generator G1, der mit dem Fahrwerkmotor Mx zu einer sogenannten elektrischen
Welle verbunden ist, antreibt. Damit wird erreicht, daß der Widerstand R1, der sich
außerhalb des biologischen Schildes befindet und zur Betätigung des Anzeigegerätes
dient, in gleicher Weise verstellt wird wie das Potentiometer am Fahrwerk R., das
mit den Sollwiderständen im Steuergerät zu der bereits genannten Brückenschaltung
zusammengeschlossen ist. Dadurch wird auch gewährleistet, daß die Stellung der Lichtmarke
im Anzeigegerät A stets der Stellung der Fahrwerke und damit der Lademaschine 2
entspricht. 'Gleichzeitig gelangen von dem mit dem Motor Mx starr verbundenen Impulsgeber
J,. entsprechend der Bewegung der Lademaschine Impulse zum Impulszählgerät JZ, das
mit Erreichung der Impulssollzahl dem Steuergerät S ein Signal zur Stillsetzung
des Antriebsmotors Ml und damit auch des Fahrwerkmotors Mx gibt.
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Da die digitale Methode ein wesentlich höheres Maß an Genauigkeit
ermöglicht, wird das Analogsystem so eingestellt, daß es von sich aus kurz hinter
der Ladeposition den Motor abschalten würde, so daß also der Abschaltpunkt der genaueren
der beiden
Steuereinrichtungen noch innerhalb des Auslaufes der
anderen Steuereinrichtung liegt. Das Analogsystem dient also, weil es gegenüber
dem digitalen den Vorzug der Anschaulichkeit besitzt, im Normalfall lediglich zur
Grobsteuerung und zur Stellungsanzeige der Lademaschine während des Fahrbetriebes.
In gleicher Weise arbeitet parallel dazu das Antriebssystem für die Y-Richtung,
das aus dem Motor M2, dem Generator G2 und dem Motor My sowie den variablen
Widerständen Ry und R2 besteht. An den eigentlichen Antriebsmotor My ist wieder
der Impulsgenerator J, angeschlossen, der in gleicher Weise wie der Impulsgenerator
Jx mit dem Impulszählgerät JZ verbunden ist. Vom Steuergerät S werden neben der
Betätigung der Motoren Ml und M2 auch die entsprechenden Bremsen Bz und By für die
eigentlichen Antriebsmotoren betätigt, damit ein Nachlauf dieser Motoren mit Sicherheit
vermieden wird.
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In F i g. 3 ist die Lademaschine 2 nur schematisch angedeutet,
wobei sie sich gerade über einem Druckverschluß 3 befindet. Diese Lademaschine 2
ist in bekannter Weise mit einem kontaktlosen Positionskontrollgerät 21 verbunden,
das mit Hilfe der in nächster Nähe des Verschlusses 3 angebrachten Meßmarke 31 die
genaue Endlage der Lademaschine in bekannter Weise zu kontrollieren gestattet.
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Die parallele Anwendung von zwei verschiedenen Steuersystemen hat
außer den genannten Vorteilen noch den Vorzug, daß bei Ausfall des einen das andere
sofort die gesamte Steuerung der Lademaschine übernehmen kann. Bei Ausfall des Analogsystems
geschieht dies automatisch, es entfällt lediglich die anschauliche Kontrolle mit
Hilfe des Anzeigegerätes. Eine visuelle Kontrolle ist auch mit dem digitalen Meßsystem
allein möglich, da die Impulszahl, die ein Maß für den zurückgelegten Weg der Lademaschine
im Koordinatensystem darstellt, optisch angezeigt wird. Durch die zusätzlich innerhalb
des biologischen Schildes angebrachte Fernsehkamera ist außerdem eine weitere Sicherheit
für die überwachung der Lademaschinenbewegung gegeben.
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Wie bereits erwähnt, ist es umgekehrt erforderlich, Mittel zum Vorverlegen
der Abschaltung der analogen Steuereinrichtung beim Ausfall der digitalen Steuereinrichtung
infolge einer Störung auf den sonst von der digitalen Steuereinrichtung festgesetzten
Abschaltpunkt vorzusehen. Eine Genauigkeitskontrolle ist in jedem Fall durch die
kontaktlose Positionskontrolleinrichtung aus den erwähnten Bauelementen 21 und 31
gegeben, die z. B. nach dem induktiven und kapazitiven Prinzip arbeitet, eine genaue
Nachjustierung der Lademaschine von Hand ermöglicht und vor allem ermöglicht, bei
ungenauer Einstellung eine vertikale Bewegung der Lademaschine, die zu einer Beschädigung
derselben führen könnte, zu verhindern.