DE1297776B

DE1297776B - Vorrichtung zum Beschicken vertikaler Kanaele gasgekuehlter Kernreaktoren mit Brennstoffelementen

Info

Publication number: DE1297776B
Application number: DEC36722A
Authority: DE
Inventors: Costes Didier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1964-09-01
Filing date: 1965-08-24
Publication date: 1969-06-19
Also published as: IL24224A; SE308349B; BE668674A; US3341423A; LU49415A1; CH442542A; FR1414864A; NL6511433A; GB1044450A; ES317023A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung verbleibenden Teile praktisch vollständig. Außerdem zum Beschicken vertikaler Kanäle gasgekühlter Kern- wird die Reibung zwischen den einzelnen Teilen der reaktoren mit Brennstoffelementen von einem sich in Beschickungsvorrichtung wesentlich verringert, und einem Reaktordruckbehälter oberhalb der Spaltzone schließlich entfällt die Notwendigkeit, den Beschikbefindenden Beschickungsboden aus, bei der ein mit- 5 kungsboden auf niedriger Temperatur und niedrigem tels einer Antriebseinrichtung um eine zu den Kanä- Strahlungspegel zu halten, sofern die weiterhin im len parallele Achse drehbarer, sich in radialer Rieh- Beschickungsboden untergebrachten Einrichtungen rung erstreckender Arm an einem Ende auf einem dies zulassen.

zentralen Lager in der Schwenkachse ruht und sich Die für eine Speisung der verschiedenen Lager mit

an seinem anderen Ende mit Hilfe eines mit dem io Schmiergas erforderliche Leistung ist bei unter Be-Arm verbundenen Tragteils über ein peripheres Lager triebsdruck stehendem Reaktor verhältnismäßig klein, auf einem rangförmigen Stützkranz gleitend abstützt Eine größere Leistung wird erst dann erforderlich, und bei der mittels einer weiteren Antriebseinrichtung wenn sich das Reaktorinnere auf Atmosphärendruck ein Wagen längs des Armes verschiebbar ist. befindet. Für diesen Fall kann man einen mit einem

Der Beschickungsboden eines Kernreaktors besteht 15 Speicher ausgestatteten Kompressor verwenden, der aus einer im Innern des Druckbehälters des Reaktors einen diskontinuierlichen Betrieb zuläßt, wie er bei vorgesehenen und gegebenenfalls von der den Reak- einer Beschickungsvorrichtung zum Beladen und Enttorkern enthaltenden Kammer durch eine der Ab- laden von Kernreaktorkanälen mit Brennstoffelemenschwäehung der von dem Reaktorkern ausgehenden ten auftritt.

Strahlung dienenden und mit einem Zugang zu den 20 Eine Speisung der Lager mit Schmiergas ist im Reaktorkanälen ermöglichenden verschließbaren übrigen nur dann erforderlich, wenn die von diesen Durchbrüchen versehene Wand getrennten Kammer, getragenen Teile bewegt werden sollen, während der . in der die verschiedensten Einrichtungen, insbeson- Ruhezeiten stützen sich dagegen die Lagerteile undere die Beschickungsvorrichtung zum Beladen und mittelbar auf ihren Lagerflächen ab, wobei die zwi-Entladen der Reaktorkanäle mit Brennstoffelemen- 25 sehen Lagerteilen und Lagerflächen dann auftretende ten, untergebracht werden können. hohe Reibung gleichzeitig als Sicherung für die be-

Bei Reaktoren mit einem derartigen Beschickungs- weglichen Lagerteile gegen eine ungewollte Verschieboden ist es üblich, einen Hilfskreis vorzusehen, der bung dient.

Gas aus dem Hauptkreis für das Kühlgas abzweigt Im Rahmen der oben beschriebenen Beschickungsund nach Kühlung, Filtration und leichter Erhöhung 30 vorrichtung findet eine Reihe von Bauteilen Verwenseines Drucks in den Beschickungsboden einführt. Im dung, die für sich genommen in anderem Zusammen-Beschickungsboden erwärmt sich dieses Gas und hang bereits erkannt sind. So sind kugelschalenförströmt anschließend über Verbindungen in die den mige pneumostatische Lager, wie sie als zentrales Reaktorkern enthaltende Kammer zurück. Auf diese Lager für den um eine vertikale Achse drehbaren Weise läßt sich eine radioaktive Verseuchung des 35 Arm bei der oben beschriebenen Vorrichtung benutzt Beschickungsbodens vermeiden und die in diesem werden, in der deutschen Patentschrift 951324 und herrschende Temperatur niedrig halten, so daß man in der USA.-Patentschrift 3137531 beschrieben, die die mechanischen Bauteile der Beschickungsvorrich- sich beide jedoch ausschließlich mit dem Bau eines tung in üblicher Weise ausbilden und an ihren La- derartigen Lagers beschäftigen, ohne einen Hinweis gern, Gleitflächen usw. übliche Schmiermittel verwen- 40 auf dessen Verwendbarkeit zu geben. Die Abstützung den kann, wobei man lediglich dafür sorgen muß, daß eines längs eines ringförmigen Stützkranzes bewegdiese Schmiermittel den Hauptkreis des Kühlgases liehen Bauteiles über ein pneumostatisches Lager, wie nicht chemisch verunreinigen. es beim peripheren Lager des Armes der oben beKernreaktoren dieser Bauart, die mit Beschickungs- schriebenen Vorrichtung vorliegt, ist in der USA.-vorrichtungen der eingangs erwähnten Art arbeiten, 45 Patentschrift 3 113 808 beschrieben, die jedoch wiesind in der französischen Patentschrift 1314 054 und derum nur die Bauweise des Lagers betrifft, ohne in der belgischen Patentschrift 635777 beschrieben. einen Hinweis auf eine dem erfindungsgemäßen Ein-Ihr Hauptnachteil besteht darin, daß eine Wartung satz eines solchen Lagers auch nur annähernd verder bewegbaren mechanischen Teile, die ständig im gleichbare Verwendung zu enthalten. Darüber hinaus Beschickungsboden verbleiben, erst nach Stillsetzen 50 wird bei dem bekannten Lager im Gegensatz zur des Reaktors bei Atmosphärendruck vorgenommen oben beschriebenen Vorrichtung eine Druckflüssigwerden kann, was unerwünschte Auswirkungen auf keit verwendet. Die französische Patentschrift den Reaktorbetrieb hat. 1311048 offenbart schließlich die Möglichkeit, einen

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Gasverbraucher, der am Ende eines drehbaren Armes eine Beschickungsvorrichtung der eingangs genannten 55 einer Beschickungsvorichtung für einen Kernreaktor Art so auszubilden, daß sie für die Wartung ihrer sitzt, mit Hilfe einer auf dem Arm abgestützten Lei-Lager keine Stillsetzung des Reaktors verlangt. tung mit Gas zu versorgen. Irgendeine Beziehung zu Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß Dadurch der gewählten Einsatzmöglichkeit einer solchen Leigelöst, daß sowohl das zentrale Lager als auch das tung zur Gasversorgung von pneumostatischen Laperiphere Lager pneumostatische Lager sind, wobei 60 gern ist dieser Patentschrift jedoch wiederum nicht das zentrale Lager kugelschalenförmig ausgeführt zu entnehmen.

und eine Gaszuführungsleitung für die Speisung des Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll nun-

peripheren Lagers an dem Arm angebracht und ge- mehr ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben wermeinsam mit einer das zentrale Lager speisenden den, das in der Zeichnung veranschaulicht ist, die Gasleitung an eine einzige Versorgungsleitung ange- 65 einen Schnitt durch den oberen Teil des Beschikschlossen ist. kungsbodens eines mit einer Beschickungsvorrichtung

Bei der erfindungsgemäßen Beschickungsvorrich- nach der Erfindung ausgerüsteten Kernreaktors dartung entfällt eine Wartung der im Beschickungsboden stellt.

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Die in der Zeichnung dargestellte Beschickungsvor- Armes 10, ohne daß ein metallischer Kontakt zwirichtung dient zum Einführen und Entfernen von sehen dem Kugelring 38 und der Kugelschale 34 beBrennstoffelementen in die bzw. aus den Kanälen steht.

eines Kernreaktors mit festem Moderator und Küh- In gleicher Weise enthält jeder Stützfuß 28, der lung durch ein Gas (im allgemeinen CO₂). Die Be- 5 auf der etwa horizontalen Oberfläche des Stützkran-

schickungsvorrichtung ist in einem Beschickungs- zel 30 gleitet, an seiner unteren Stützfläche wenigstens

boden 2 angeordnet, der durch ein Gehäuse 4 mit drei Kammern 40, die gesondert mit Gas gespeist

vertikaler Achse 9 und oberer Kammer 5 sowohl werden, so daß eine gleichmäßige Auflage ohne festen

durch eine Wand 6 begrenzt wird, die verschließbare Kontakt gewährleistet ist. Die Kugelgelenkverbindung Schächte 8 enthält, durch die die im Reaktorkern io 32 kann in bekannter Weise Wälzflächen enthalten

vorgesehenen vertikalen Kanäle zugänglich sind. und schmiermittelfrei ausgebildet sein.

Die Beschickungsvorrichtung weist einen um die Im folgenden sei der Gleitmittelkreislauf in Strö-

vertikale Achse 9 drehbaren Arm 10, die zugehörige mungsrichtung erläutert:

Antriebseinrichtung sowie einen längs des Armes 10 Die Einrichtungen zur Versorgung mit Gas sind in

verschiebbaren Wagen 12 auf, der mit einem Greifer 15 bekannter Weise ausgebildet und in der Zeichnung

20 versehen ist. gestrichelt veranschaulicht. Eine Abzweigleitung 42,

Der Arm 10 zeigt im Querschnitt die Form eines die beispielsweise unterhalb des Gebläses an den umgekehrten U und ist etwa in mittlerer Höhe seiner Hauptkreis des Reaktors angeschlossen ist, um einen Schenkel mit zwei Stegen 14 versehen, die als Füh- Gasstrom mit verhältnismäßig hohem Druck und nierungen für den Wagen 12 dienen. Der obere Teil des ao derer Temperatur abzuzweigen, mündet in einen Armes 10 weist eine koaxial zur Achse 9 liegende Kühler 44, in dem die Gastemperatur auf einen für öffnung 16 auf, durch die der Wagen 12 einführ- die Beschickungseinrichtung zweckmäßigen Wert herbar ist. abgesetzt wird, beispielsweise auf 100° C. Das ge-

Die Neigung des Armes 10 ist groß genug, daß sich kühlte Gas strömt dann über einen Filter 46 und

der Wagen 12 bei Freigabe durch die Steuereinrich- as einen Kompressor 48, der den Gasdruck auf einen

tung unter der Wirkung seines Gewichtes nach außen WertP+p erhöht, wobei P der Druck im Beschik-

bewegt. Die Oberseite der Wand 6 weist zweckmäßig kungsboden und ρ der Überdruck ist, der für den

die Form eines Kegels auf, dessen Symmetrieachse Betrieb der pneumostatischen Lager erforderlich ist.

und Neigung der von den Stegen 14 bei einer Dreh- Das Gas wird dann in etwa gleichen Teilströmen in

bewegung des Armes 10 beschriebenen Kegelfläche 30 drei Versorgungsleitungen 50, 50 α und 50 b einge-

entspricht und von dieser Kegelfläche einen dem ver- führt; um eine gleiche Aufteilung des Gasstromes zu

tikalen Raumbedarf des Wagens 12 entsprechenden erzielen, kann man in den drei Leitungen gleiche

Abstand aufweist. Blenden vorsehen und einen ziemlich großen Druck-

Der Wagen 12 weist die Form einer einfachen abfall zulassen. Statt dessen kann man jedoch auch

Glocke auf, die auf den Stegen 14 laufende Rollen 35 bekannte Einrichtungen vorsehen, die weniger Ener-

trägt. Die Verschiebung des Wagens 12 in Richtung gie benötigen: Servogesteuerte Drosselschieber oder

zur Achse 9 hin erfolgt durch Zug über das Kabel 18, drei Volumenmeßgeräte mit gekoppelten Achsen,

während die Bewegung des Wagens 12 nach außen In der Zeichnung ist nur der Verlauf der Leitung

bei Freigabe des Kabels 18 unter der Wirkung der 50 näher veranschaulicht; die Leitungen 50 a und 50 b

Schwerkraft erfolgt. 40 verlaufen in gleicher Weise, jedoch um 120° bezogen

Der von dem Wagen 12 getragene Greifer 20 ist auf die Achse 9 versetzt. Die Leitung 50 mündet in

mit Greiferbacken versehen, die über ein Kabel 22 die Kammer 36 über ein bewegliches Leitungsstück 52,

betätigt werden, das von einer außerhalb des Be- das ein Abnehmen der Kugelschale 34 ermöglicht,

schickungsbodens 2 angeordneten Winde gesteuert Das den Kugelring 38 tragende Gas entweicht

wird. 45 einerseits über den Innenkreis und den Außenkreis

Der Arm 10 wird durch mit Gaslagern zusammen- des Kugelringes 38 in die Kammer 5 und andererseits

wirkende Bauteile getragen: bei dem dargestellten in einen Ringraum 54, der am äußeren Umfang einer

Ausführungsbeispiel ruht der Arm 10 im Zentrum auf Buchse 56 vorgesehen ist, die den Kugelring 38 mit

einem Kugelschalenlager mit dem Mittelpunkt 24 und Hilfe einer Befestigungsmutter 78 mit dem Arm 10

wird hinsichtlich seiner Winkellage durch einen 5° verbindet. Der Ringraum 54 ist mit dem zentralen

Zahnkranz 26 gesteuert. Weiterhin stützt sich der pneumostatischen Lager über wenigstens sechs radi-

Arm 10 am äußeren Umfang auf zwei symmetrisch ale Kanäle 58 verbunden, die einen gewissen Druck-

zur Zeichenebene liegende Stützfüße 28 ab. Jeder verlust herbeiführen, so daß die Gleichmäßigkeit der

dieser Stützfüße gleitet auf einem Stützkranz 30 und Lagerabstützung durch das Gas nicht durch eine

ist mit dem Arm 10 über eine Kugelgelenkverbindung 55 direkte Verbindung zwischen den einzelnen Kam-

32 verbunden, die eine kleine Schwenkbewegung ge- mern 36 beeinträchtigt wird.

stattet. Die zwei Stützfüße 28 und die zwei Kugel- Das im Ringraum 54 gesammelte Gas wird über eine

gelenkverbindungen 32 bilden das Tragteil für das Gaszuführungsleitung 60 zum äußeren Ende des

periphere Lager. Der Arm 10 ist auf diese Weise Armes geführt. An die Gaszuführungsleitung 60 sind

isostatisch gelagert, so daß bei auftretenden Längen- 60 Stichleitungen 62 angeschlossen, die je eine Kammer

änderungen keine zusätzliche Beanspruchung eintritt. 40 der Stützfüße 28 mit Gas versorgen. Durch die

Das Kugelschalenlager mit dem Mittelpunkt 24 Druckverluste in diesen Leitungen wird die erforderenthält eine Kugelschale 34 mit wenigstens drei Kam- liehe Stabilität der Lagerabstützung gewährleistet, mern 36, die gesondert mit Gas gespeist werden und Die Winkeleinstellung des Armes 10 wird durch gleichmäßig um die Achse 9 verteilt sind. Weiterhin 65 einen Motor 63 gesteuert, der lösbar in der Kamenthält die Lagerung einen mit der Kugelschale 34 mer 5 angeordnet ist und über ein Ritzel 64 mit dem zusammenwirkenden Kugelring 38. Diese Anordnung Zahnkranz 26 im Eingriff steht. Mit Rücksicht auf gewährleistet eine gleichmäßige Abstützung des die kleine mögliche Bewegung des Zahnkranzes 26

gegenüber dem Mittelpunkt 24 besitzt der Zahnkranz 26 eine konische Verzahnung, wobei die Normalen auf den Basiskegel durch den Verzahnungskreis durch den Mittelpunkt 24 verlaufen. Im Hinblick auf die sehr kleinen Widerstände gegenüber einer Drehbewegung kann man eine sehr feine Verzahnung wählen, was eine hohe Genauigkeit der Einstellung ermöglicht. Gegebenenfalls kann man ferner bekannte Einrichtungen zum automatischen Ausgleich des Verzahnungsspiels vorsehen.

Bei der Vorrichtung sind ferner Maßnahmen getroffen, um das zentrale Kugelschalenlager auch dann überprüfen zu können, wenn der Reaktor unter Druck steht. Die Buchse 56 enthält an ihrer Innenseite eine Nut 66, die es nach Entfernen des Wagens 12 und des Stopfens 68 ermöglicht, ferngesteuert einen Dichtungsstopfen bekannter Bauart einzusetzen, der die Öffnung 16 verschließt. Die Buchse 56 enthält ferner einen unteren Kragen 70, der mit einem Ring 72 zusammenwirken kann. Der Ring 72 ist durch Keile 74 und eine mit dem Gehäuse 4 verschweißte Dichtung 76 befestigt. Man setzt den Dichtungsstopfen in die Öffnung 16 ein und hebt dann den zentralen Teil des Armes 10 an, so daß sich der Kragen 70 an den Ring 72 legt, was eine hinreichende Abdichtung gewährleistet. Man kann dann den Druck in der Kammer 5 verringern und von Hand eingreifen. Danach kann man den Motor 63 weiterhin nach Abschrauben der Befestigungsmutter 78, den Kugelring 38 und schließlich — falls erforderlich — auch die Kugelschale 34 entfernen.

Wenn die im Beschickungsboden verwendeten Einrichtungen eine einfache Bauweise aufweisen und ihre Steuerorgane (beispielsweise Winden) außerhalb des Beschickungsbodens 2 angeordnet sind, so kann die Beschickungseinrichtung mit der am Kühlgaseinlaß des Reaktors herrschenden Gastemperatur arbeiten; man kann dann den Kühler 44 weglassen und den

ίο Beschickungsboden 2 mit heißem Gas speisen.

Es genügt, ein pneumostatisches Lager für diejenigen Teile der Beschickungsvorrichtung vorzusehen, die nicht aus dem Beschickungsboden 2 herausgezogen werden können; für die anderen, insbesondere den Wagen 12 in der dargestellten Bauweise, die herausgezogen werden können, kann man übliche Rollenlager vorsehen.

Zur Erläuterung seien weiterhin einige Zahlenwerte für einen Leistungsreaktor mit einem Arm 10 von

ao 8 m Radius angegeben. Das Gewicht eines derartigen Armes, der einen Wagen 12 von etwa 1,5 t Gewicht trägt, wobei 11 dem biologischen Schutz entspricht, beträgt etwa 41, wobei 2,51 auf dem zentralen Lager ruhen. Zu Diesem Gewicht kommt dann noch das des Verschlußstopfens von etwa 0,51.

Für den Betrieb muß man, wenn der Reaktor unter Druck steht, bei Verwendung eines Kugelschalenlagers und geeignet bemessener äußerer Stützfüße etwa folgende Werte vorsehen:

	Kugelschalen lager	Stützfüße
Minimaler Abströmquerschnitt Mittlerer Überdruck	9,4 cm² 1,5 bar 61 dm^s/sec	10 cm² 0,3 bar 73 dm³/sec
Strömungsmittelmenge (wenn sich der Wagen am inneren Ende befindet)

Die vorstehend wiedergegebenen Zahlen entsprechen den für die Stützfüße ungünstigsten Bedingungen, wenn sich der Wagen 12 am inneren Ende des Armes 10 befindet.

Wird der Beschickungsboden auf Atmosphärendruck gebracht, so werden die effektiven Abströmgeschwindigkeiten sowie die Kompressionsleistung etwa um den Faktor 6 größer.

Eine für die Beschickung notwendige Bewegung des Armes 10 dauert maximal 20 Sekunden und verbraucht daher etwa 0,134-6-20 dm³=16 m³ Gas bei 2 bar. Es genügt somit ein Speicher von etwa 6 m³ Inhalt bei 8 bar mit einem Kompressor verhältnismäßig kleiner Leistung (beispielsweise von 50 kW).

Claims

Patentansprüche: 55

1. Vorrichtung zum Beschicken vertikaler Kanäle gasgekühlter Kernreaktoren mit Brennstoffelementen von einem sich in einem Reaktordruckbehälter oberhalb der Spaltzone befindenden Beschickungsboden aus, bei der ein mittels einer Antriebseinrichtung um eine zu den Kanälen parallele Achse drehbarer, sich in radialer Richtung erstreckender Arm an einem Ende auf einem zentralen Lager in der Schwenkachse ruht und sich an seinem anderen Ende mit Hilfe eines mit dem Arm verbundenen Tragteils über ein peripheres Lager auf einem ringförmigen Stützkranz gleitend abstützt und bei der mittels einer weiteren Antriebseinrichtung ein Wagen längs des Armes verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das zentrale Lager (34, 38) als auch das periphere Lager (30, 28) pneumostatische Lager sind, wobei das zentrale Lager kugelschalenförmig ausgeführt und eine Gaszuführungsleitung (60) für die Speisung des peripheren Lagers an dem Arm (10) angebracht und gemeinsam mit einer das zentrale Lager speisenden Gasleitung (52, 36) an eine einzige Versorgungsleitung (50) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 für Kernreaktoren mit einem Beschickungsboden, der über einen Hilfskreis mit gereinigtem Kühlgas von den Gasdruck in den Kanälen übersteigenden Druck gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Hilfskreis eine Abzweigleitung (42) ausgeht, die unter Zwischenschaltung eines Kompressors (48) an die das zentrale Lager speisende Gasleitung (52, 36) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (12) über Rollkörper auf dem Arm (10) abgestützt und aus dem Beschickungsboden (2) herausziehbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen