DE1539832A1 - Brennstoff-Beladesystem fuer Kernreaktor - Google Patents

Description

Anmelder: Canadian General Electric Company Limited, Toronto, Ontario, Canada

Brennstoff-Beladesystem für Kernreaktor

Die Erfindung betrifft ein System zur Manipulierung freistehender Kernbrennstoffanordnungen, insbesondere ein Brennstoff-Beladesystem für einen bodenseitig zu beladenden, vertikalen Druckrohrreaktor.

Die bekannten Beladesysteme verwenden sehr viele Mechanismen, und ihre wegen der nötigen Betriebssicherheit notwendigen Kontrolleinrichtungen sind sehr kompliziert.

Die Erfindung gibt ein Brennstoffbeladesystem mit einer vereinfachten vertikalen Belademaschine an. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Systems ist besonders für einen bodenseitig zu beladenden Kernreaktor und eine bodenseitig zu beladende Brennstoffmanipuliermaschine zusammen mit KugelSchiebereinheiten geeignet, die eine druckdichte Verbindung mit dem Reaktor bzw. der Brennstoffmanipuliermaschine bewirken.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfacheres zweckmäßiges Brennstoff-Beladesystem anzugeben. Ein derartiges System soll einfache Bauteile aufweisen, die miteinander mechanisch gekuppelt sind, um eine druckdichte Verbindung zwischen den zusammenarbeitenden größeren Bauteilen des Systems zu erreichen. Weiter soll das System eine Belademaschine für den druckdichten Anschluß an verbesserte Kugelschieber haben, die einen Zugang sowohl zu den Brennstoff-Druckrohren des Kernreaktors als auch zu der Belade- und Entladeöffnung einer Brennstoff manipulier-

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maschine ermöglichen.

Die bis jetzt zum Laden und Entladen von Kernreaktoren verwendeten Maschinen, die Brennstoffstücke in die Rohre des Reaktors einsetzen oder entfernen, sind sehr kompliziert, um eine genaue Lageeinstellung der Maschine und eine anschließende Kontrolle ihrer Funktion vornehmen zu können, damit der Beladebetrieb sicher abläuft.

Die Belademaschine gemäß der Erfindung ist eine einfach zu bedienende, mechanisch anzuschließende Belademaschine, die für das bodenseitige Beladen eines vertikalen Reaktors vorgesehen ist.

Um eine wirksame Abdichtung in einer Zone hoher Neutronen- und Gammastrahlenaktivität zu erreichen, in der nichtmetallische Dichtungen im allgemeinen nicht verwendet werden können, ist es üblich, den Dichtungsdruck zwischen dem metallischen Absperrorgan-Verschlußglied und dem metallischen Absperrorgan-Sitz zu erhöhen. Das hat jedoch den Nachteil, daß eine häufige Betätigung des Verschlußglieds relativ zum Sitz eine unzulässig hohe Abnutzung des einen oder des anderen oder beider zur Folge hat. Daher gibt die Erfindung ein Verschlußglied an, das auf zwei Arten beweglich ist und die Reibungskräfte zwischen dem Ver schlußglied und dem Sitz reduziert, während gleichzeitig eine ' wirksame Abdichtung dazwischen im geschlossenen Zustand erreicht wird.

Um die Schieber gemäß der Erfindung am unteren Ende eines Kalandria-Druckrohrs zu verwenden, damit sie für eine bodenseitig zu beladende Maschine wie hier beschrieben einen Zugang zum Beladen ergeben, ist der Schieber mit einem Anschlußstück versehen, an das die Belademaschine während des Beladens angeschlossen sein kann. Damit die Belademaschine ungehinderten Zutritt zum Kalandria-Rohr hat, muß der Kanal durch den Schieber, wenn dieser vollständig geöffnet ist, ungefähr den vollen Innendurchmesser des Kalandria-Rohrs haben.

Damit ein Schieber gemäß der Erfindung durch eine Belademaschine wie hier beschrieben betätigt werden kann, ist die Drehachse des Kugelschieberglieds unter einem spitzen Winkel zur

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Hauptachse des Kalandria-Rohrs geneigt, so daß der Schieber mit einer nach unten geneigten Betatigungsspindel versehen werden kann, die in den sehr begrenzt verfügbaren Raum eingepaßt werden kann.

Das Brennstoffbeladesystem gemäß der Erfindung ist für vertikale Kernreaktoren wie den in der Patentanmeldung (meine Akte 1705) des gleichen Anmelders beschriebenen vorgesehen.

Das Brennstoffbeladesystem gibt zum Be- und Entladen eines Kernreaktors, der vertikale, nach unten geöffnete Brennstoffrohre hat, eine Belademaschine an, bestehend aus einer länglichen vertikalen Flasche, einer Transporteinrichtung für die horizontale Verschiebung der Flasche in ungefähre Deckung mit dem unteren Ende eines ausgewählten Brennstoffrohrs, einer Hebeeinrichtung λ zur vertikalen Verschiebung der Flasche in den und aus dem Eingriff mit einem ausgewählten Rohrende, und einer Flaschenhaiterung, die ein Verkanten der Flasche aus einer vertikalen Stellung in eine dazu geneigte Stellung in Zusammenarbeit mit einem Kugelschieber erlaubt, der einen druckdichten Zugang zu dem ausgewählten Brennstoffrohr, oder zu einer Brennstoffmanipuliermaschine zum Austausch oder zur Umordnung ausgewählter aus einer Anzahl von Brennstoffelementen ermöglicht, die eine BrennstoffeinleLt (fuel string) bilden, wodurch ein Brennstoffkanal im Reaktor während dessen Betriebs beladen werden kann und die reaktortechnischen Eigenschaften der Brennstoffeinheit wahlweise geändert werden können.

Damit die Belademaschine zusammen mit einem flüssigkeitsmoderierten Druckrohrreaktor mit in einem Druckrohr enthaltenem Brennstoff verwendet werden kann, wird dessen unterer Auslaß durch einen Auslaßsehieber gesteuert, der einen ungehinderten Zugang zur vollen Bohrung des Rohrs erlaubt, wenn er in seiner geöffneten Stellung ist, und die Belademaschine hat eine Einrichtung zum Anschluß eines oberen Ansatzes der Maschine an das untere Ende des Rohrs, eine Einrichtung zur Druckerhöhung des Kühlmittels in der Maschine auf einen Druck, der dem des Rohrs entspricht, mit dem die Maschine verbunden ist, eine an der Haschine befestigte Einrichtung zur Betätigung des Schiebers zum Zugang zum Druckrohr, eine mechanische Verriegelungs-

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einrichtung zur Nichthetätigung des Schiebers, bis der Druck in der Flasche auf einen dem Rohrinneren entsprechenden Wert ausreichend erhöht worden, ist, welche Einrichtung nachher den Schieber öffnet, so daß eine Verbindung zwischen dem Inneren des Druckrohrs und dem Inneren der Flasche der Belademaschine hergestellt wird.

Die Belademaschine hat ein Drehmagazin, dessen Rotationsachse parallel zur Hauptachse der Flasche verläuft, und einen aus einer ersten Stellung unterhalb des Brennstoffmagazins verschiebbaren Kolben, wodurch das Magazin axial mit dem Druckrohr ausgefluchtet werden kann, und der Kolben ist dann vertikal zur Einführung in das Druckrohr verschiebbar.

Eine Fehlausrichtung zwischen der Flasche der©Belademaschine und des Kugel schiebe rs der Brennstoff-Be lademaschine"^; oder eines ausgewählten Reaktorrohrs wird durch Kippen der Flasche um ihre Aufhängevorrichtung behoben.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Belademaschine des Systems;

Fig. 2 eine genauere perspektivische Ansicht der Halterung der Flasche der Maschine in ihrem Halterungsaufbau;

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch die Flasche der Maschine;

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch die Flasche entlang der Linie 4-4 von Fig. 3;

Fig. 5 den Öffnungsmechanismus des Rohrschiebers;

Fig. 6 einen Teilschnitt entlang der Linie 6-6 von Fig.3, aus dem die Anordnung zum Anschließen des Ansatzes und zum Kuppeln ersichtlich ist;

Fig. 7 einen Schnitt durch ein Rohranschlußstück mit einem Schieber gemäß der Erfindung; .

Fig. 8 einen Teil eines Schiebers und Verschlußglieds mit einer abgewandelten Sitzanordnung;

Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig.8;

Fig. IO ein gegenüber Fig. 8 abgewandeltes Ausführungsbeispiel;

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Fig: H ürie vergrälirte Ansicht eiriiä ΐέϊΐΐ VoE Fi§: ±3 einen QiüMxia iii Richtung del ßfeili 13 von

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GeniäÖ Fig; ί weist die ieiädemääcfiine 20 eine giitfecicti !"iäicfie 21 rtiit eitienS ÄnächlüÖinsatz 22 in ihrem öfieien

ättf. Öie Flasche H tfird durch Stützen 23 an dir RöhrhäiterTihg 24 fistgehältift; die ünen Seitenfähmin 25 aufweist, def ättf einem Ständer li dtircn Ie de rbi las te te FÜße 2Ö montiett iähi öbwie zwei h^dritiiiiche ÄxbeitszyÜiider 26 hat; durch die eine vertikale Justierung der Flasche 21 gegenüber dem ständer 27 mögliäh ist;

Dir Ständer 27 iät auf öinem mit RÜdefh Versehenen Wägen 29 zur Öuerfiewiggung in eirier eiriten Richtung montiert, währirid eine ßrÜcike iÖ eine liüärlsiweglittg in einer zu der ersten senkrecht stehenden zweiten äicfitüh^ eriäükt; Ein ttoicor 31 treibt Sihö Kette an; um äeft Ständer seitlich uritir das Kälandriä-öefäß des ReäktÖrä zitt veflchieben;

GeittäÖ däri pigttfett 3 iinä 4 hat die Flasche 21, die im äilgemeinen ein gestreckter Zylinder ist, ein Drehmagazin 35, das um eine vettikäle Achse äh äiner ürttörin und einer oberen liagefstelle 36 drehbar ist; und äää mit zwei an der Seite offenen Brennstoffkammern 37 abgebildet ist, die Über die ganze Länge deä rtägazins Ü verlaufen. Eihö Antriebswelle 40 und eine ühiversäl-Äntfiebsktip^iüng 4i verbinden das Magazin 35 itiit einem durch einen hydräüiischin Motor angetriebenen Schneckengetriebe (nicht abgebildet).

Die Belademaschine 2Ö hat einen Kolben 43, der sich vertikal entlang der Maschinenachse in einem kanal 42 bewegen kann. Die vertikale Bewegung das Kolbens 43 wird durch einen hydraulischen Motor 51 zur Drehung eines Kettenrads 45 bewirkt, das eine endlose kette 44 antreibt, die um ein unteres Spännrad 46 läuft, wobei die Kette 44 an einem vertikalen Wagen gesichert

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iit; von äim Müirldir 47 in liSgiiciten ft&sspärungeriiä laufen. Öie ößife kränze de£ lihgting dir iäufrider 47 wird durch einen fedetvorfespaiiriten Ärisciii£§ 49 i>eitinirn€; wtftrehd der kolben 43 eine iüffeffeder SO an seinem Mieten Eriää Mt.

Öiä ÖeiäidöMschine 2ö Mt einen kÜhlii€ti !kreislauf mit tüßireri teitürigeri SJ und 54; die mit einer riichi ätigeßiideteii Wlri^äiJfänrtinpeinriclittinef verbüHäeii sirid. Der Flä^ciieriTfcühimittelkreisläiüf üät einen fiiriläß SS und einän Äviäläß 56: Bli einströmende küliiiitteii äis geÄttiicit die gieiche f-iüläipeit Wie die zürn KÜfiien du Mlafiärii-Öefiöei isinütii^ ilfc; itÄt äürch den ftiiigräüm S7 tun äii Magazin nach unten und tJüfcii die Ärenristöffkairanern 37 McB öt>eri. Eis iä€ är sich ti ich, die eine Wärnieäbfiihrungseinr ich türig äh der Belademaschine 20 befestigt sein kann, ödör daß diö MäicÜite ättröfi ein! ÄeilüfMngüng iiitti6iii6äi fiöökup) mit einem stationären wMrmeäüstauscher veirbürideri sein kann.

Die Maschiriö 2Ö kann iää€ an einen kugelförniigeri, gezahnten Teil (FigitirM 3;β tifiä 7} dei üriiereii indil diä Käiiiidiriä-äbnrbdex Brönrtätbfi'-iiiMiaeiaäbKinlii^ügeiäcftiib^ ϊΐο artgescnlBssen werden. Dir Aiitslti 22 hat ein Mund stück §§ mit htehreferi Umfang snuten art seiner Innenfläche; die durch Zähne 69 begrenzt sind. Das mit Kupfer ausgekleidete Mundstück 6Ö ist iül einem Gewindeteil 76 des filschehfiiSiiis 7S ÜÖIr eifi Müftältückglhätiii 71 Befestigt. Das Gehäuse 71 hat einen $eii 73 lit innerigewinde, der auf dem Gewindeteil 76 des Fläscherihälies dazu drehbar moritiert ist:. Das Mundstück 68 wird vom Gehäuse 71 getragen, wobei eine Drehbewegung zwischen dem Mundstück und seinem Gehäuse durch eine geeignete Einrichtung wie Antriebsstangen bewirkt wird. Äh einem Zahnririg 72 am Äüflörirarid des Göhäuses 71 greifen Zwei Betatigungseinrichtungen 80 und 83 an, die mit Zahnstangen 82 bzw. 85 mit dem Zahnring 72 des Mundstückgehäuses kämmen. Hydraulische Drucksteuerleitungen 61 und 81' sind mit der doppelt wirkenden Betätigungseinrichtung 80 zum ArischiieSeri des Ansatzes verbünden, während eiöe Örücitleitürig 84 die iinfichwirkeridö Betätigungseinrichtung Ö3 zum Xtexrlagelii mit dint FläJcneridrücksystem verbindet.

Fig; 5 zöigt iirie Birifichtung für den Anschluß an den ab-

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sperrenden-* Schieber 120 des Kalandria-Röhrs, um einen Zugang zum KäOLandria-Rohr zu ermöglichen. Ein hydraulischer Motor 90, der in d§r' Nähe des oberen Endes der !Plansche? 21 montiert ist, hat eine Antriebswelle 91 mit einer Kupplung 92, die an einer gekerbten Welle 93 des Kugelschiebers 120 angreift. Eine Verriegelungsplatte 95 auf der Welle 91 arbeitet mit einer Verriegelungsplatte 96 zusammen, die an der Maschine befestigt --;.,·■■■._ -.. :;n.f ·---

ist und durch eine Verriegelungsbetätigurigseinrichtung (nicht abgebildet) betätigt wird.

Kuge1schieber

Gemäß Fig. 7 ist der Kugelschieber 120 am unteren Ende eines Rohrs wie eine's Kalandria-Rohrs befestigt und weist ein geteiltes ^ Gehäuse 121, 122 auf, wobei das obere Gehäuse 121 einen Auslaß 123 "Hat, um das Rohr aufzunehmen, während das untere Gehäuse so verlängert ist, daß, jbs ein Anschlußstück 124 mit einem Einlaß 125 umfassen kann, der. über einen Kanal 126 eine Verbindung mit den\. Schieber herstellt..-

Der Schieberverschluß 130 hat ein im wesentlichen kugelförmiges Glied 131 mit einem durch ihn verlaufenden Kanal 132. Die Kugel 131 ist über Lagerzapfen 133 und 134 schwenkbar, die in Lagern 135 bzw. 136 ruhen, und hat eine von ihm ausgehende gekerbte Betätigungswelle 93.

Das Schieberverschlußglied 140 ist in einer Aussparung 142 \ der Kugel 131 verschiebbar, so daß er radial nach außen zur Kugel verschoben werden und eine durch das Spiel an der Stelle ermöglichte Verdrehung annehmen kann, und er. hat einen kreisförmigen, metallischen Dichtungsring 143 aus verhältnismäßig weichem Werkstoff wie Nickel an einer Außenfläche, die zur Abdichtung in Berührung mit einem Sitz 144 am Einlaß zum unteren Schiebergehäuse 122 gebracht werden kann. Der ringförmige Sitz 144 besteht im allgemeinen aus einem harten Werkstoff wie Stellit, das am S-chiebereinlaß angeschweißt oder schw§4#^g^el^a9^ert (weld.:, deposition) ist. :.

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Es ist ersichtlich, daß die Drehung der Schieberbetätigungswelle 93 die Kugel 131 aus der abgebildeten offenen Stellung, in der der Kanal 13 2 eine Verlängerung der Rohrinnenfläche bildet, so daß eine ungehinderte Verbindung mit dem Kanal 126 hergestellt wird, in eine geschlossene Stellung bewegt, in der das Verschlußglied 140 quer zum Schiebereinlaßsitz 144 gleitet, so daß in der geschlossenen Stellung der Dichtungsring 143 zur Abdichtung gegen den Stellitsitz 144,gedrückt wird.

Für den Betrieb eines Kernreaktors ist das Kalandria-Rohr

ein Druckrohr, das unter einem Druck von etwa 100 at (1500 Pfund/

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Zoll ) steht und eine Kühlflüssigkeit wie schweres Wasser enthält. Der Druck des Kühlmittels im Rohr drückt das Verschluß-P glied 140 druckdicht gegen öen Sitz 144, wobei der Dichtungsring 143 und der Sitz 144 polierte Flächen haben. Die Form des Sitzes 144 ist so gewählt, daß der Einheitsberührungsdruck zwischen dem Ring 143 und dem Sitz 144 sich der Streckgrenze des Werkstoffs des Rings 144 während des Betriebs nähert.

Um den Schieber 120 so zu öffnen, daß ein Abnutzen des Dichtungsrings 143 vermieden wird, wird das Verschlußglied 140 von seinem Sitz zum Beispiel durch Einwirkung eines hydraulischen Drucks auf seine Unterseite über den Schiebereinlaß 125 abgehoben. Durch 'Ausgleich der Drücke am Einlaß und am Auslaß des Schiebers 120 ist es dann möglich, die Betätigungswelle 93 zu drehen und den Schieber in die offene Stellung zu bewegen, ohne " daß der Dichtungsring 143 übermäßig abgenutzt wird, und das Glied 140 kann weich auf dem Schiebersitz 144 gleitend verschoben werden.

In dem in Fig¹. 8 abgebildeten Ausführungsbexspiel hat das Verschlußglied 140 eine darauf einwirkende Verschlußfeder 147. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß der Stellitsitz 144 in druckdichte Berührung mit einem glatten Teil 145 des Dichtungsrings 143 kommt, während in Zwischenstellungen die Bewegung des Verschlußglieds 140 eine reibende Berührung der höher liegenden ringförmigen Rippe 146 des Dichtungsrings 43 mit den Innenflächen des Schiebergehäuses 122 erzeugt. Auf diese Weise wird

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eine zu starke Abnutzung des weichen Dichtungsrings 145 vermieden. In Fig.10 ist ein anderes Ausführungsbeispiel abgebildet, bei dem eine Dichtungsfläche 145 mit einem relativ großen Krümmungsradius R, und eine Reibfläche 148 verwendet wird, die einen kleineren Krümmungsradius R- hat, um ein schützendes Spiel der Dichtungsringfläche 145 zu ergeben. Dieses letztere Ausführungsbeispiel erleichtert das Polieren des Verschlußglieds 140 auf dem Stellitsitz 144 des Schiebereinlasses, oder mit einem Polier-Werkzeug (lapping tool) geeigneter Krümmung.

Gemäß Fig. 7 hat die Kugel 131 eine oder mehrere Nuten 150 in ihrem oberen Teil, die mit WeIz- oder Kugellagern in Eingriff stehen können, die von unten vorspringen und einen Teil des Abschirmstopfens bilden, der zur Unterstützung von Brennstoffstücken dient,"die in dem am Schieberauslaß 123 befestigten Rohr untergebracht sind. Obwohl sich die Kugel 131 begrenzt in Öffnungsrichtung drehen kann, um einen Zugang über den Schieber zu erlauben, so daß ein Probekörper der Belademaschine, die in der erwähnten Anmeldung des gleichen Anmelders beschrieben ist, eingefahren werden kann, kann sich die Kugel 130 nicht vollständig in ihre offene Stellung bewegen, bis die Lager des Abschirmstopfens, die in den Schlitzen 150 ruhen, von ihrem Eingriff mit der eingesetzten Probe abgehoben worden sind.

Infolge des vorteilhaften Gleitens des Verschlußglieds 40 auf dem Einlaßsitz 44 wird die Ablagerung von festen Stoffen, die eine Verschmutzung des Schiebers bewirken können, sehr klein gehalten.

Brennstoffmanipuliennaschine

Gemäß den Figuren 11, 12 und 13 ist eine Brennstoffmanipul ie maschine 219 zusammen mit einer Abschirmkammer 22Ο montiert, um die Strahlung von der Maschine klein zu halten. Die Maschine hat ein Brennstoff aufnehmendes Rohr 221 mit einem unteren und einem oberen Teil 223 bzw. 222. Der Zugang zum unteren Teil 223 geht über einen Kugelschieber 224 vor sich, der eine nach unten verlaufende Betätigungswelle 225 und ein Nasenstück 226 zur Befestigung hat, wobei das Nasenstück 226 und die Betätigungswelle 225 mit der Belademaschine zusammenarbeiten können. 9098 8-4/07S0

Die Abschirmkammer 220 wird durch eine Bodenabschirmplatte 227 und Betonwände 228 begrenzt, die wassergekühlt sein können. Der untere Teil 223 des Aufnahmerohrs ragt von der Bodenplatte 227 nach unten.

In der Kammer 220 der Maschine 219 befindet sich ein Brennstoffaustauschmagazin 230, das drei Kammern hat (Fig. 13). Das Magazin hat eine Deckwand 233, eine Bodenwand 234 und wird von einem oberen und einem unteren Lager 235 auf einer Stützwelle 236 getragen.

Im abgebildeten Ausführungsbeispiel sind das den Brennstoff aufnehmende Rohr 221, das den Brennstoff abgebende Rohr ™ 261 und das Brennstoffentladungs- oder -austrittsrohr 217 gegeneinander um 120 in der Grundrißebene versetzt. Daher kommen die drei in Fig. 13 abgebildeten Magazinkammern in Deckung mit den entsprechenden Brennstoffmanipulierrohren, wenn eine Magazinkammer mit einem Rohr fluchtet.

Das den Brennstoff aufnehmende Rohr 221 hat den Brennstoff festhaltende obere Riegel 240 in seinem oberen Teil 222 mit einem oberen Riegel-Verriegelungsrohr 242 und einer ringförmigen Betätigungsmanschette 243, während das Zwischenstück des den Brennstoff aufnehmenden Rohrs, das durch die Magazinkammer 231 (Fig.11) gebildet wird, untere Brennstoff fest- ^ haltende Riegel 241 und ein unteres Verriegelungsrohr 244 zusammen mit einer das Verriegelungsrohr betätigenden Manschette 245 hat.

Die den Brennstoff festhaltenden Riegel 240 und 241 werden durch von Federn vorgespannte Riegelbetätigungsstangen 246 gesteuert, die an den Betätigungsmanschetten 243 bzw. 245 angreifen. Die obere und die untere Betätigungsstange 246 sind untereinander durch eine Verbindungsstange 247 verbunden, an der eine Kurbel 248 befestigt ist. Eine Schubstange 249, die mit der Kurbel 248 für deren Verdrehung verbunden ist, ist in einer Hülse 250 geführt, und hat einen Keil 251, der in einer oberen oder einer unteren verriegelten Stellung eines Schlitzes 252 gesichert sein kann.

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Drehs te Hung des drehbaren Magazins wird durch einen Zahnring 255 bestimmt.; der von einem Steuerritzel 256 über eine Antriebswelle 257 angetrieben wird, mit der ein Positionsanzeiger 258 und ein Bedienungsgriff 259 verbunden sind.

Die Brennstoffentladestation 265 (Fig.11) hat ein Riegelöffnungsrphr 266, dessen.Stellung durch einen schwenkbaren Betätigungsarm 267 gesteuert wird, der durch eine Schubstange 268 betätigt wird. Die Entladestation 265 hat ein Brennstoffaustrittsrohr 270 mit einem federbelasteten tafelförmigen Ventil 271 an seinem unteren Ende, das den Zutritt zu einer Transportleitung 272 zum Transport erschöpften Brennstoffs

zu einer Brennstofflagerstelle ermöglicht. ^

Die Lage einer Kernbrennstoffeinheit (string) in dem aufnehmenden Rohr 221 wird durch einen Trommelzeiger 292 angezeigt. Ein Anzeigerkontaktgewicht 286 hängt von einer Windentrommel 288 über eine Halteschnur 287 herab, wobei die Trommel in Aufwickelrichtung durch eine relativ schwache Feder 293 angetrieben wird, damit die Schnur 287 straff ist. Die Lage des Kontaktgewichts 286 im Rohr 222 wird durch eine Anzeigeantriebswelle »298 auf ein Zahnrad 291 über ein nicht abgebildetes Schneckengetriebe übertragen, während das Zahnrad 291 den Positionsanzeiger 292 betätigt.

Ein Kühlmittelversorgungssystem 295 hat ein Sammelrohr

296, das eine Sprühdüse 297 versorgt. Das hier verwendete "

Kühlmittel ist Deuterium, und das System 295 umfaßt einen Pegelregler und eine Umwälzpumpe mit Wärmeaustauscher. Das System hat ferner eine Abflußleitung 298, die vom Bronnstoffaustrittsrohr 270 zum unteren Teil 223 des den Brennstoff aufnehmenden Rohrs führt, und daher über die Rückleitung 299 zurück zum Kühlmittelsystem geht.

Betrieb der Belademaschine

Um eine Säule von Kernbrennstoffstücken einer einzelnen Einheit herauszuziehen, die in einem Kalandria-Rohr übereinandergeschichtet enthalten sind, um diese durch eine Austauschbrennstoff einheit zu ersetzen, die sich in einer Brennstoffkammer

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des Belademaschinenmagazins 35 befindet, läuft folgender Vorgang ab:

Die Belademaschine 20 wird über Wagenantriebsmotoren, wie den Elektromotor 31 und einen nicht abgebildeten entsprechenden Motor für die Bewegung der Brücke 30 ungefähr unter das ausgewählte zu beladende Kalandria-Rohr verschoben. Nachdem diese Stellung unterhalb des ausgewählten Rohrs eingenommen worden ist, wird durch Betätigung der vertikalen Arbeitszylinder 26 die Flasche 21 nach oben bewegt, bis der Ansatz 22 über die gezahnten Enden 67 des AnschlußStücks 120 des Kalandria-Rohrs gleitet. Das Kupfer ausgekleidete Ansatzmundstück nimmt das Anschlußstück druckdicht auf, und das Ansatzmundstück 71 wird ^ in festen Eingriff mit den Ansatzzähnen 69 durch Zufuhr von Druckflüssigkeit zu dem Anschluß 81' der doppeltwirkenden, den Ansatz anschließenden Betätigungseinrichtung 80 gebracht, so daß das Ansatzmundstückgehäuse 71 im Uhrzeigersinn bewegt wird (Fig. 6). Diese Bewegung im Uhrzeigersinn dient gleichzeitig dazu, das Ansatzmundstückgehäuse 71 durch gegenseitiges Angreifen der Gewindeteile 73 und 76 nach unten zu bewegen, wodurch ein Teil des Gewichts der Belademaschine auf das Anschlußstück des Kalandria-Rohrs übertragen wird. Während dieses Verschraubens bewegt der Zahnring 72 des Ansatzmundstücks die Zahnstange 85 des Verriegelungsmechanismus 83 in die in Fig.6 abgebildete Stellung.

ψ Vor dem Öffnen des Schiebers des Rohranschlußstücks, um den Zugang zum Kalandria-Rohr zu ermöglichen, wird das Kühlsystem der Belademaschine zunächst auf einen Druck gebracht, der ungefähr gleich dem im Kalandria-Rohr vorhandenen Druck

2 (im allgemeinen etwa 30-35 at (400-500 Pfund/Zoll )) ist.

Außer, daß die Belademaschine vollständig mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist, wird die Dichtung zwischen dem Ansatz und dem unteren Anschlußstück ebenfalls durch den Druckanstieg überprüft, während die durch den Anschluß 84 zu der Verriegelungsbetätigungseinrichtung 83 zugeführte Druckflüssigkeit gewähr-• leistet, daß der Ansatz sich vom Rohranschlußstück nicht lösen kann, während in der Belademaschine der Druck auf einen dem Betriebsdruck entsprechenden Wert erhöht wird, wobei die effektive Querschnittsfläche der Betätigungseinrichtung 83

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größer als die effektive Querschnittsfläche der Betätigungseinrichtung 8O ist.

Die Druckerhöhung in der Flasche 21 dient auch zur Betätigung einer gestrichelt in Fig. 5 abgebildeten Verriegelungsbetätigungseinrichtung 98, um die Verriegelungsplatte 96" gegen den Druck einer Feder 99 zurückzuziehen, so daß sich der das Rohr absperrende Schieber über die Welle 91 des hydraulischen Motors 90 drehen kann. Die Zufuhr von Druckflüssigkeit zu dem hydraulischen Motor 90 dreht die Kupplung 92, um den Schieber zu öffnen.

Der Betrieb des hydraulischen Motors 51 des Kolbenmechanismus dreht die Kette 44, so daß die Laufräder 47 sich in der Aus- m sparung 48 nach oben bev/egen und das obere Ende des Kolbens durch den geöffneten Schieber in das Kalandria-Rohr führen. Der schmalere oder abgefaste obere Teil des Kolbens 43 kann durch den teilweise geöffneten Schieber gelangen, um die Brennstoff anordnung im Kalandria-Rohr zu unterstützen, bevor die Unterstützung durch den Schieber aufhört. Das Zurückfahren des Kolbens 43, sobald der Schieber in der vollständig geöffneten Stellung festgehalten wird, ermöglicht, daß die Brennstoffanordnung aus dem Rohr durch den Schieber und das Anschlußstück in eine der Brennstoffkammern 37 nach unten bewegt wird, die sich mit dem Kalandria-Rohr deckt. Wegen des kleineren Teils des Kolbens 43 ist es dann möglich, das Magazin 35 teilweise um seine vertikale Achse in Lagerstellen 36 zu drehen, f um das Gewicht des herausgezogenen Kernbrennstoffs auf das Magazin zu übertragen. Das vollständige Einfahren des Kolbens 43 ermöglicht dann, daß der neue Brennstoff in der gegenüberliegenden Brennstoffkammer 37 in Deckung mit dem Kalandria-Rohr gebracht wird, wobei das obere Ende des Kolbens 43 in die teilweise überdeckte Brennstoffkammer 37 eingesetzt wird, bevor die vollständige Deckung erreicht ist, um das Gewicht der neuen Brennstoffanordnung auf den Kolben 43 zu übertragen.

Die einzelnen Vorgänge laufen dann in umgekehrter Reihenfolge ab, wodurch die Beladung des erfaßten Rohrs vollzogen wird, während die Belademaschine daran angeschlossen bleibt, bis der Vorgang abgeschlossen und das Kalandria-Rohr sicher

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wieder in seinen ursprünglichen abgesperrten Zustand zurückgebracht wird.

Nach Ablassen des Drucks in der Flasche kann dann die Wirkung der Betätigungseinrichtung 83 durch die Betätigungseinrichtung 80 aufgehoben werden, die in der entgegengesetzten Richtung betrieben wird, um das Ansatzstück zu lösen,

Betrieb der Brennstoffmanipuliermaschine

Während des Betriebs wird eine Einheit von erschöpftem Kernbrennstoff in die Brennstoffmanipuliermaschine aus dem Reaktor und in die Belademaschine gebracht, die an der Brennstoffmanipuliermaschine durch das Nasenstück 126 des Kugel-Schiebers befestigt ist, und nachdem die beiden Maschinen sicher miteinander verbunden sind, wird der Kugelschieber 224 durch Drehung der Betätigungswelle 225 geöffnet, die durch die Belademaschine gedreht wird.

Eine heiße Brennstoffeinheit einschl. erschöpfter Brennstoffelemente, die ersetzt werden sollen, wird durch den Kugelschieber 224 in das aufnehmende Rohr 221 bewegt, das so vertikal angeordnet ist, daß ein zu ersetzendes Brennstoffelement von den unteren Brennstoffriegeln 241 getragen wird, während der vorhergehende Teil der Brennstoffeinheit von den oberen Brennstoffriegeln 240 getragen wird.

Wenn die Elemente der Brennstoffeinheit in der gewünschten Stellung sind, führt die Betätigung des Riegelverriegelungshandgriffs 253 zum Absenken der Riegelverriegelungsrohre 242 und 244, so daß die Brennstoffelemente in ihren jeweiligen Stellungen festgehalten werden.

Es ist ersichtlich, daß die Lageeinstellung der Brennstoffeinheit in ihren Rohren durch die Verwendung des Brennstofflageanzeigers erleichtert wird, der anzeigt, wo sich das obere Ende des obersten Brennstoffelements befindet, oder der so geeicht sein kann, daß die Anzahl der Brennstoffelemente in dem Brennstoffaustauschmagazxn 230 angegeben wird.

Die Drehung des Magazins im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 13 bringt das Magazin 231 zusammen.mit seiner Einheit verbrauchten

Brennstoffs in Deckung mit der Brennstoffentladestation 265, während die anderen Stationen der Manipuliermaschine entsprechend mit Magazinkammern fluchten, so daß ein Zugang über das Magazin möglich ist.

Durch Schieben der Betätigungsstange 268 nach unten wird das Riegelentriegelungsrohr 266 angehoben, um die Riegel 241 zu entriegeln, so daß das Brennstoffelement nach unten in das Austrittsrohr 27o fällt, von dem es über das federbelastete plattenförmige Ventil 271 zum Transport zur Lagerstelle verbrauchten Brennstoffs durch das Rohr 272 freigegeben wird.

Die entgegengesetzte Bewegung nach unten der Betätigungsstange 268 entriegelt die Riegel 241, die durch die Einwirkung Λ ihrer Rückführungsfedern nach innen zurückgehen, während das Magazin sich nun im Uhrzeigersinn in eine weitere Stellung drehen kann.

Durch Verwendung des Betätigungshandgriffs 259 wird das Magazin 23O weitergeschaltet, so daß die Kammer 231 in Deckung mit dem neuen Brennstoffkanal oder -Öffnung 261 gebracht wird, unterhalb der ein Austauschbrennstoffelement durch eine geeignete Einrichtung wie ein von Hand verwendetes einfaches Werkzeug abgesenkt werden kann, das ein äußeres Rohr mit einem Verriegelungsfinger an seinem unteren Ende aufweist, wodurch das Austauschbrennstoffelement leicht und genau in der Magazinkammer 231 unterstützt durch die Riegel 241 verschoben werden Λ kann.

Eine weitere Drehung des Brennstoffmagazins um ein Drittel einer vollen Umdrehung im Uhrzeigersinn bringt das Austauschbrennstoff stück in Deckung mit den oberen und unteren Teilen 222 bzw. 223 des den Brennstoff aufnehmenden Rohrs 221. Nachdem diese Stellung eingenommen worden ist, greift die federbelastete Riege!betätigungsstange 246 wieder an der Aussparung der ringförmigen Betätigungsmanschette 245 an.

Ein Anheben des Kolbens 43 (Fig.3) der Belademaschine bewegt das neu hinzugefügte Brennstoffelement nach oben und in Kontakt mit der übrigen Brennstoffeinheit. Das Entriegeln der

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oberen und unteren Riegel durch die entgegengesetzte Bewegung des Betätigungshandgriffs 253 zieht die Riegel zurück, so daß die ergänzte Brennstoffeinheit dann in die Belademaschine zum Transport und zum Austausch im Kernreaktor zurückgeführt werden kann.

Das Vorhandensein von entsprechenden HalteStationen im Magazin wie gemäß Fig.13 erlaubt eine begrenzte Neuabgleichung der Brennstoffeinheit gegenüber dem neuen hinzugefügten Element, um die Flexibilität des Betriebs und eine optimale Verwendung des Brennstoffs zu erlauben.

Das Kühlmittel in Form schweren Wassers wird am Bodenteil 223 des den Brennstoff aufnehmenden Rohrs gesammelt, wobei die Sprührate gesteuert wird, um ein Ansteigen der Temperatur der bestrahlten Anordnung auf einen zerstörenden oder gefährlichen Wert zu verhindern. In der Beladeöffnung 261 ist keine Kühleinrichtung notwendig, da der neue Brennstoff physikalisch und radioaktiv kalt ist, während an der Entladestation die Übertragung von kühlerem schwerem Wasser über das federbelastete Ventil 271 weitgehend verhindert wird, um das schwere Wasser, das sehr teuer ist, nicht zu vergeuden.

Obwohl bis jetzt ein mit einem durch schweres Wasser moderierten, vertikalen Kernreaktor verbundenes System beschrieben worden ist, ist es ersichtlich, daß die Systembauteile auch für abgewandelte Anordnungen verwendet werden können.

Patentansprüche

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Claims (1)

14. April 1969 EH/Sm

Patentansprüche

.1. Beladesystem für die Beladung von unten eines Druckrohr-Kernreaktors mit nach unten strömender Kühlflüssigkeit während des Betriebs, wobei von jedem Rohr nach unten eine Anschlußeinrichtung verläuft, mit einer an die Anschlußeinrichtung anschließbaren Belademaschine, die eine auf Rädern gelagerte Halterung und eine vertikale Flasche zur Aufnahme von mehreren Brennelementen für den Reaktor hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine

(20) an der Flasche (21) ein Mundstück (68) zur Verriegelung nach oben mit dem Rohr,eine Kolbeneinheit (43) zum Einführen in das Rohr, eine Magazineinheit (35) zur Aufnahme des Brennstoffs in freistehender Anordnung, Leitungen (53,54) zur Leitung von Flüssigkeit unter Reaktordruck in die Flasche

(21) und eine Verriegelungseinrichtung (80,83,95,96) zur Verhinderung eines unvorhergesehenen Auskuppeins der Maschine aus der Anschlußstellung hat.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zuführeinrichtung einen Kugelschieber (120) hat, um das Mundstück (68) druckdicht aufzunehmen .

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Brennstoffmanipulierung, die einen Bodenanschluß (120), um das Mundstück (68) druckdicht aufzunehmen, ein drehbares Magazin (231), eine Sicherung (240,241) zum Festhalten der Brennelemente in der Brennstoffmanipulierung und eine Brennstoffrohreinheit (260) zur Abgabe von neuem Brennstoff in das Magazin (231) zum Laden der Belademaschine hat.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß jede Anschlußeinrichtung einen Kugelschieber (120) hat, und daß die Belademaschine eine Kugelschieberbetätigungseinrichtung (91) hat, um den Schieber zu öffnen und zu schließen.

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Unterlagen {Art 7 J1 Al* 2 Nr. I Satz 3 dee Änderung««, v. 4.9. 19ü,

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekenn-' zeichnet, daß der Bodenanschluß (12O) der Brennstoffmanipulierung ein Kugelschieber ist, an dem die Kugelschieberbetätigungseinrichtung (91) der Belademaschine angreifen kann, um den Kugelschieber zu öffnen und zu schließen.

6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinheit (43) sich durch den Kugelschieber (120) erstreckt, wenn der Schieber teilweise geöffnet ist, um ein Brennelement über dem Kugelschieber zu stützen,

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belademaschine einen

™ Mundstückverschluß (71) mit einer hydraulischen Verriegelungseinrichtung (83) hat, um ein Lösen des Mundstückverschlusses während Druckbelastung der Belademaschine zu verhindern.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichn e t , daß der Kugelschieber (120) eine Kugel (131) mit einer drehbaren Betätigungswelle (93) hat, die von dem Schieber schräg nach unten verläuft, um den Schieber durch die Belademaschine aus einer Stellung unterhalb des Schiebers zu betätigen, und daß die Kugel (31) auf einem Oberflächenabschnitt Verriegelungsnuten (150) hat, in die eine Verriegelungsnase eingreifen kann, so daß ein teilweises Öffnen des Schiebers und durch ihn die Durchführung der Kolben-

" einheit (43) der Belademaschine möglich sind.

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