DE19703162A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Ausführung von Reparaturen und Inspektionen in einem Reaktordruckbehälter eines Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Ausführung von Reparaturen und Inspektionen in Kernreaktoren und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen, um einen einfachen Zugang zu Stellen in dem Reaktordruckbehälter zu ermöglichen.

Reparaturen und Inspektionen, die innerhalb des Reaktor­ druckbehälters (RPV - reactor pressure vessel) eines Siede­ wasserreaktors (BWR - boiling water reactor) ausgeführt werden, werden üblicherweise mit Seilen und Stangen für die manuelle Manipulation einfacher Werkzeuge oder für die manuelle Zuführung spezieller automatisierter Werkzeuge ausgeführt. Insbesondere weist der RPV üblicherweise eine im allgemeinen zylindrische Form auf und ist an beiden Enden verschlossen, beispielsweise durch einen Bodenabschluß und einem abnehmbaren oberen Abschluß. Eine obere Führungseinrichtung ist übli­ cherweise in einem Abstand über einer Kernplatte in dem RPV angeordnet. Viele andere Komponenten, wie z. B. Dampftrockner, sind ebenfalls in dem RPV angeordnet.

Während einer Reaktorabschaltung und wenn bestimmte Kom­ ponenten innerhalb des RPV′s inspiziert oder repariert werden sollen, muß der obere Abschluß des RPV′s entfernt werden. Weitere Komponenten, wie z. B. die Dampftrockner, können eben­ falls entfernt werden, um einen Zugang zu Stellen des RPV′s zwischen der oberen Führungseinrichtung und der Kernplatte oder Stellen unterhalb der Kernplatte zu ermöglichen. Zum Ausführen der Inspektionen und Reparaturen steht üblicherweise eine aus führende Person auf einer über dem RPV angeordneten Brücke und inspiziert oder repariert unter Verwendung von Seilen oder Stangen, welche sich mehr als 9 m (30 Fuß) unter der Brücke in den RPV erstrecken können, bestimmte Komponenten des RPV. Die Fähigkeit, solche Inspektionen und Reparaturen auszuführen, hängt stark von der Geschicklichkeit der ausführenden Person ab.

Ferner ist es extrem schwierig, unter Verwendung von Seilen und Stangen ein Werkzeug innerhalb des RPV′s, insbesondere unter­ halb der Kernplatte, präzise zu positionieren. Sogar dann, wenn das Werkzeug für einen Arbeitsvorgang an einer gewünschten Stelle genau positioniert ist, ist es extrem schwierig, dann ein weiteres Werkzeug an der exakt gleichen Stelle zu positio­ nieren, um einen nächsten Schritt des Arbeitsvorgangs auszu­ führen. Ferner erfordert jeder Inspektions- und Reparatur­ vorgang normalerweise die Konstruktion und Herstellung eines speziell angepaßten Werkzeuges. Die Konstruktion und Herstel­ lung von Werkzeugen für jede Aufgabe ist teuer.

Schon wegen der Schwierigkeit, lediglich Zugang zu bestimmten Stellen innerhalb des RPV′s zu bekommen, kann die Ausführung von Reparaturen und Inspektionen an solchen Stellen zeitauf­ wendig sein. Es ist natürlich wünschenswert, die erforderliche Zeit für die Ausführung von Reparaturen und Inspektionen in dem RPV zu begrenzen, da der Reaktor für die Ausführung solcher Aufgaben abgeschaltet werden muß. Die Reduzierung des Zeitauf­ wands für die Ausführung derartiger Inspektionen und Repara­ turen würde auch die Reduzierung der Strahlungsexposition der ausführenden Position pro Aufgabe zu erleichtern.

Diese und weitere Aufgaben werden durch Verfahren und Vorrichtungen zur Ausführung von Reparaturen und Inspektionen in einem RPV gelöst, was in einer Ausführungsform der Vor­ richtung die Verwendung eines Stützmastes beinhaltet, um die Positionierung von Werkzeugen innerhalb des RPV′s, insbesondere an Stellen zu erleichtern, welche unter Anwendung herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen extrem schwer zugänglich sind. In einer Ausführungsform der Vorrichtung erstreckt sich ein Mast in einem Reaktordruckbehälter und durch eine Öffnung in der oberen Führungseinrichtung und durch eine Öffnung in der Kernplatte hindurch. Der Mast enthält ein äußeres zylindrisch geformtes Rohr und ein inneres Rohr, das zumindest teilweise innerhalb des äußeren Rohres angeordnet ist. Das Innenrohr besitzt eine im wesentlichen quadratische Querschnittsform und ist mit einem Roboterarm verbunden.

Ein Schlitz ist in dem Außenrohr ausgebildet, und dieser Schlitz erstreckt sich zumindest teilweise entlang der axialen Länge des Mastes. Der Abschnitt des Innenrohres, welcher an der Stelle des Schlitzes angeordnet ist, steht zu den Reaktor­ komponenten in freier Wechselwirkung, wenn der Mast innerhalb des RPV′s angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist ein Roboterarm an dem Innenrohr angebracht und hat durch den Schlitz im Außenrohr auf die Reaktorkomponenten Zugang.

Das Innenrohr und der Roboterarm sind bezogen auf das Au­ ßenrohr vertikal beweglich. Insbesondere ist eine Vertikal­ antriebs-Baugruppe an dem Innenrohr befestigt, und diese Ver­ tikalantriebs-Baugruppe enthält einen Vertikalantriebsmotor und ein Ritzel. Die Drehung des Ritzels wird von dem Verti­ kalantriebsmotor gesteuert. Eine langgestreckte Zahnstange ist an einer inneren Oberfläche des Außenrohres befestigt und erstreckt sich in Längsrichtung über deren Länge. Die Zahn­ stange ist zu dem Ritzel ausgerichtet, so daß sich dann, wenn sich das Ritzel dreht, das Innenrohr vertikal in Bezug auf das Außenrohr bewegt. Eine Gleitführung ist an dem Innenrohr befestigt und erstreckt sich von dem Innenrohr zu der inneren Oberfläche des Außenrohres. Die Gleitführung erleichtert das Beibehalten der koaxialen Ausrichtung des Innenrohres zu dem Außenrohr insbesondere dann, wenn sich das Innenrohr relativ zum Außenrohr bewegt.

Eine Befestigungskomponenten-Schnittstelle ist an einem unteren Ende des Mastes befestigt. Die Schnittstelle bzw. Grenzschicht enthält ein im wesentlichen feststehendes Plat­ tenelement, und Drucklager sind auf einer Oberseite des Plat­ tenelementes befestigt. Der Mast besitzt Ausrichtungsarme, die so konfiguriert sind, daß sie zu den Drucklagern passen, so daß der Mast bezogen auf das Plattenelement drehbar ist. Das Drehen des Mastes ermöglicht es dem Roboterarm, leicht Zugang zu zu­ sätzlichen Stellen in dem RPV zu erhalten.

Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung kann ein Werkzeug in dem RPV auch an Stellen unterhalb der Kern­ platte präzise positioniert werden. Zusätzlich kann das Werk­ zeug mit größerer Sicherheit und hoher Wiederholgenauigkeit präzise positioniert werden. Ferner sind speziell angepaßte Werkzeuge nicht notwendigerweise für jeden Vorgang er­ forderlich, da der Roboterarm eine Vielzahl von Stellen er­ reichen kann, um eine Vielzahl von Inspektionen und Reparaturen innerhalb des RPV′s auszuführen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erleichtert es auch, die zur Ausführung von In­ spektionen und Reparaturen erforderliche Zeit zu reduzieren, was die Reduzierung der Strahlungsexposition der ausführenden Position pro Aufgabe erleichtert.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen erläutert:

Fig. 1 ist eine schematische Teilquerschnittsdarstellung eines Reaktordruckbehälters und einer Brennstoff-Be­ schickungsbrücke eines Siedewasserreaktors.

Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsdarstellung eines Mastes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine detailliertere Ansicht des an dem in Fig. 2 dargestellten Mast befestigten Vertikalantriebsaktuators.

Fig. 4 ist eine detailliertere Ansicht der an dem in Fig. 2 dargestellten Mast befestigten Steuerstabantriebsge­ häuse-Schnittstelle.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die obere Führungseinrich­ tungs-Schnittstelle des in Fig. 2 dargestellten Mastes.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in Fig. 5 dargestellten Linie A-A.

Fig. 7 ist eine detailliertere Ansicht der in Fig. 6 darge­ stellten Klemm- und Aktuatorbaugruppe.

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in Fig. 5 dargestellten Linie B-B.

Fig. 9 ist eine detailliertere Ansicht des an dem in Fig. 1 dargestellten Mast angebrachten Manipulators.

Fig. 10 ist eine bildhafte Darstellung einer Steuerstation für eine ausführende Person, welche in Verbindung mit dem in Fig. 2 dargestellten Mast und dem Manipulatorarm verwendet werden kann.

Fig. 11 ist eine detaillierte Ansicht der Kernplatten- Schnittstelle des in Fig. 2 dargestellten Mastes.

Fig. 12 ist eine bildhafte Darstellung des in Fig. 2 darge­ stellten Mastes, der bezogen auf eine Kernplatte in einem Reaktordruckbehälter in einer Arbeitsstellung angeordnet ist.

Fig. 13 stellt eine alternative Konfiguration des in Fig. 2 dargestellten Mastes mit einer unteren Befestigungs­ einrichtung am unteren Ende, um ein Brennstoff-Gußstück in der Kernplatte auf zunehmen.

Fig. 14 ist eine detailliertere Teilquerschnittsdarstellung des Rotationsaktuators des in Fig. 13 dargestellten Mastes.

Fig. 1 ist eine schematische Teilquerschnittsdarstellung eines einen Reaktordruckbehälter (RPV) 102 und eine Brücke 104 enthaltenden Siedewasserreaktors 100. Der RPV 102 besitzt eine Im allgemeinen zylindrische Form und ist an dem einen Ende durch einen Bodenabschluß 106 und an seinem anderen Ende durch einen (nicht dargestellten) entfernbaren oberen Abschluß verschlossen. Eine obere Führungseinrichtung 108 ist in einem Abstand über einer Kernplatte 110 in dem RPV 102 angeordnet. Ein Mantel 112 umgibt die Kernplatte 110 und wird von einer Mantelhalterungsstruktur 114 gehaltert. Ein Ringraum 116 ist zwischen dem Mantel 112 und der Wand des RPV′s 102 ausgebildet.

Eine Leitplatte 118, welche eine Ringform aufweist, erstreckt sich zwischen der Mantelhalterungsstruktur 114 und der Wand des RPV′s 102 um den RPV 102 herum.

Der RPV 102 wird von einer RPV-Halterungsstruktur 120 un­ zerstützt, und dieser RPV 102 erstreckt sich in ein oberes Con­ tainment 122. Das obere Containment 122 und der RPV 102 sind natürlich mit Wasser gefüllt. Ein Wasserpegel 124 ist als unmittelbar unter Brücke 104 befindlich dargestellt.

Der RPV 102 ist in Fig. 1 in abgeschaltetem Zustand dar­ gestellt, wobei viele Komponenten entfernt sind. Beispielsweise befinden sich während des Betriebs viele (nicht dargestellte) Brennstoffbündel in dem Bereich zwischen der oberen Führungs­ einrichtung 108 und der Kernplatte 110. Zusätzlich befinden sich während des Betriebs Dampftrockner und viele andere (nicht dargestellte) Komponenten in dem Bereich über der oberen Führungseinrichtung 108.

Es dürfte selbstverständlich sein, daß die vorliegende Erfindung nicht auf den Einsatz in dem Reaktor 100 beschränkt ist und die Erfindung in vielen verschiedenen Reaktoren mit vielen unterschiedlichen Konfigurationen verwendet werden könnte. Der Reaktor 100 ist nur als Beispiel und nicht im Sinne einer Einschränkung dargestellt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, erstreckt sich ein gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfigurierter Mast 126 durch eine Öffnung in der oberen Führungseinrichtung 108 und durch eine Öffnung in der Kernplatte 110 hindurch. Ein Manipulator- oder Roboterarm 128 ist in einem sich von dem Mast 126 weg erstreckenden Zustand dargestellt, wobei der Manipula­ torarm 128 für die Ausführung eines Arbeitsvorgangs, wie z. B. einer Inspektion der Leitplatte 118, positioniert ist.

Der Mast 126 wird in die in Fig. 1 dargestellte Position mittels eines Seils 130 und einer auf der Brücke 104 montierten Winde 132 abgesenkt. Die Positionierung des Mastes 126 inner­ halb des RPV′s 102 wird später noch detaillierter beschrieben. Steuer- und Luftleitungen 134 sind gebündelt und erstrecken sich von der (nicht dargestellten) Steuerstation für die ausführende Person aus, die sich üblicherweise auf der (nicht dargestellten) Beschickungsebene befindet. Die ausführende Person steuert die Positionierung des Mastes 126 und des Manipulatorarms 128 unter Anwendung einer derartigen Station, wie sie nachstehend noch detaillierter beschrieben wird.

Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsdarstellung des Mastes 126. Der Mast 126 enthält ein äußeres zylindrisch geformtes Rohr 136 und ein Innenrohr 138, welches zumindest teilweise in dem Außenrohr 136 positioniert ist. Das Innenrohr weist einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt auf und ist mit dem Manipulatorarm oder Roboterarm 128 verbunden. Das Innenrohr 138 könnte natürlich auch viele andere Querschnittsformen als die quadratische Form aufweisen.

Ein Schlitz 140 ist in dem Außenrohr 136 ausgebildet, und dieser Schlitz 140 erstreckt sich zumindest teilweise über die axiale Länge des Mastes 126. Der Abschnitt des Innenrohres 138, der an der Stelle des Schlitzes 140 angeordnet ist, steht im wesentlichen in freier Wechselwirkung mit dem RPV 102 (Fig. 1), wenn der Mast 126 innerhalb des RPV′s 102 angeordnet ist.

Das Innenrohr 138 und der Roboterarm 128 sind bezogen auf das Außenrohr 136 vertikal bewegbar. Insbesondere ist eine Vertikalantriebs-Baugruppe 142 an dem Innenrohr 138 befestigt, und diese Vertikalantriebs-Baugruppe 142 enthält einen Verti­ kalantriebsmotor 144 und ein Ritzel 146. Die Drehung des Ritzels 146 wird von dem Vertikalantriebsmotor 144 gesteuert. Eine langgestreckte Zahnstange 148 ist an einer inneren Oberfläche des Außenrohres 136 befestigt und erstreckt sich in Längsrichtung über dessen Länge. Die Zahnstange 148 ist zu dem Ritzel 146 ausgerichtet, so daß sich dann, wenn sich das Ritzel 146 dreht, das Innenrohr 138 vertikal in Bezug auf das Außenrohr 136 bewegt.

Gleitführungen 150 sind an dem Innenrohr 138 befestigt und erstrecken sich von dem Innenrohr 138 zu der Innenoberfläche des Außenrohres 136. Die Gleitführungen 150 erleichtert das Beibehalten der koaxialen Ausrichtung des Innenrohres 138 zu dem Außenrohr 136 insbesondere dann, wenn sich das Innenrohr 138 in Bezug auf das Außenrohr 136 bewegt.

Eine fixierende Komponenten-Schnittstelle 152 (Grenz­ schicht) ist an dem unteren Ende des Mastes 126 befestigt. Die Schnittstelle 152 ermöglicht gemäß der nachstehenden detail­ lierten Beschreibung eine darauf bezogene Drehung des Mastes 126. Das Drehen des Mastes 126 ermöglicht es dem Roboterarm 128, leicht zusätzliche Stellen in dem RPV 102 (Fig. 1) zu erreichen. Eine Rotationsaktuator 154 führt die Drehung des Mastes 126 gemäß nachstehender detaillierter Beschreibung aus.

Eine obere Führungsgrenzschicht 156 ist an einer äußeren Oberfläche des Mastes 126 befestigt und sorgt für eine laterale Halterung des Mastes 126, wenn er gemäß Darstellung in Fig. 1 in dem RPV 102 positioniert ist. Eine Kernplatten-Grenzschicht 158 ist ebenfalls an einer äußeren Oberfläche des Mastes 126 befestigt und ergibt eine laterale Halterung für den Mast 126, wenn er gemäß Darstellung in Fig. 1 in dem RPV 102 positioniert ist. Die obere Führungsgrenzschicht 156 und die Kernplatten- Grenzschicht 158 werden nachstehend noch detaillierter beschrieben.

Das Außen- und Innenrohr 136 und 138 bestehen in der einen Ausführungsform aus einer korrosionsbeständigen Legierung (z. B. aus rostfreiem Stahl). Die Höhe der Rohre 136 und 138 und die Lage der Grenzschichten (Schnittstellen) 156 und 158, sowie die Länge des Schlitzes 140 und des Armes 128 können alle abhängig von dem Typ des Reaktors variieren, in welchem der Mast 126 verwendet werden soll. Beispielsweise kann der Mast 126 eine Gesamthöhe von etwa 8,60 m (338,6′′) aufweisen und der Abstand von der Schnittstelle 152 zu der Schnittstelle 156 kann etwa 8,33 m (328,1′′) betragen. In der einen Ausführungsform kann der Abstand von der Schnittstelle 152 zu der Schnittstelle 158 kann etwa 4,07 m (160,3′′) betragen, und der Roboterarm 128 kann sich seitlich etwa 1,18 m (49,1′′) von dem Mast 126 weg erstrecken.

Fig. 3 ist eine detailliertere Ansicht der Vertikalan­ triebs-Aktuatorbaugruppe 142, welche an dem in Fig. 2 darge­ stellten Mast 126 befestigt ist. Wie vorstehend erläutert, ist die Vertikalantriebs-Baugruppe 142 an dem Innenrohr 138 befestigt und enthält einen Vertikalantriebsmotor 144 und ein Ritzel 146. Eine langgestreckte Zahnstange 148 ist an einer inneren Oberfläche des Außenrohres 136 befestigt und erstreckt sich in Längsrichtung über dessen Länge. Die Zahnstange 148 ist zu dem Ritzel 146 ausgerichtet, so daß sich dann, wenn sich das Ritzel 146 dreht, das Innenrohr 138 vertikal in Bezug auf das Außenrohr 136 bewegt. Gleitführungen 150 sind an dem Innenrohr 138 befestigt und erstrecken sich von dem Innenrohr 138 zu der Innenseite des Außenrohres 136 hin. Die Gleitführungen 150 erleichtern das Beibehalten der koaxialen Ausrichtung des Innenrohres 138 zu dem Außenrohr 136.

Fig. 4 ist eine detailliertere Ansicht einer Befesti­ gungskomponenten-Schnittstelle 152, welche gemäß Darstellung so konfiguriert ist, daß sie zu einem Steuerstabantriebsgehäuse 160 mit einer darin ausgebildeten Öffnung 162 faßt. Die Schnittstelle 152 enthält ein im wesentlichen feststehendes Plattenelement 164, und Drucklager 166 sind auf einer Oberseite des Plattenelementes 164 befestigt. Der Mast 126 besitzt Ausrichtungsarme 168, die so konfiguriert sind, daß sie an den Drucklagern 166 angreifen, so daß der Mast 126 bezogen auf das Plattenelement 164 drehbar ist. Das Drehen des Mastes 126 ermöglicht es dem Roboterarm 128 (Fig. 2), leicht zusätzliche Stellen in dem RPV 102 (Fig. 2) zu erreichen. Ein Aus­ richtungsstift 170 erstreckt sich aus der Platte 164 und ist so konfiguriert, daß er in die Öffnung 162 des Steuerstaban­ triebsgehäuses (CRD) 160 eingesetzt werden kann. Auf die Weise haltert das CRD-Gehäuse 160 den Mast 126.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die obere Führungs- Schnittstelle 156 des Mastes 126. Gemäß Darstellung in Fig. 5 enthält die Schnittstelle 156 Pfeilspitzen-förmige Klemmteile 172, welche von dem Mast 126 ausgehen und so angeordnet sind, daß sie mit der oberen Führungseinrichtung 108 zusammenwirken, um die laterale Bewegung des Mastes 126 einzuschränken. Die Klemmteile 172 werden von Linear-Aktuatoren 174 gesteuert, welche auf dem Außenrohr 136 befestigt sind. Wenn die Linear- Aktuatoren 174 ausgefahren sind, stellen die Klemmteile 172 einen festen Kontakt mit Oberflächen der Führungseinrichtung 108 her und begrenzen die Bewegung des Mastes 126. Wenn die Linear-Aktuatoren 174 eingefahren sind, ermöglicht ein Spielraum zwischen den Klemmteilen 172 und der oberen Führungseinrichtung 108 eine Bewegung des Mastes 126 innerhalb der oberen Führungseinrichtung 108.

Ein Rotationsaktuator 154 und ein Ringzahnrad 178 sind ebenfalls in Fig. 5 dargestellt. Das Ringzahnrad 178 ist an einem Außenabschnitt des Außenrohres 136 befestigt. Ein Ritzel 180 stellt ein Teil des Rotationsaktuators 154 dar, und dieses Ritzel 180 ist so zu dem Ringzahnrad 178 ausgerichtet, daß sich beim Drehen des Ritzels 180 auch das Ringzahnrad 178 und der Mast 126 drehen.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in Fig. 5 dargestellten Linie A-A. Wie es am besten in Fig. 6 dargestellt ist, ist ein ringförmiger, federgespannter Keil 182 an der Halterung 176 befestigt. Der Keil 182 steht mit den Oberflächen der oberen Führungseinrichtung 108 in Kontakt (Fig. 5) und stabilisiert den Mast 126 zusätzlich.

Fig. 7 ist eine detailliertere Ansicht des federgespannten Keils 182. Gemäß der Darstellung in Fig. 7 ist ein Lager 184 zwischen einer Basis 186 und dem Keil 182 befestigt und er­ streckt sich dazwischen. Das Lager 184 ermöglicht eine Drehung des Außenrohres 136 bezogen auf die Klemmteile 172 (Fig. 5).

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in Fig. 5 dargestellten Linie B-B und stellt das Ritzelrad 180 in Eingriff mit dem Ringzahnrad 178 dar. Der Rotationsaktuator 154 ist auf dem Außenrohr 154 mittels eines L-förmigen Halte­ rungselementes 186 befestigt, das an einer Lagerbaugruppe 188 in drehbaren Eingriff mit einer Basis 190 befestigt ist.

Fig. 9 ist eine detailliertere Ansicht des Manipulatorarms 128, welcher an dem in Fig. 1 dargestellten Mast 126 angebracht ist. Gemäß Fig. 9 enthält der Arm 128 einen hydraulischen Zylinder 192 mit einem sich daraus erstreckenden Schultergelenk 194. Ein Oberarmelement 196 ist an einem Ende mit dem Schultergelenk 194 verbunden. Ein Ellbogengelenk 198 ist mit dem anderen Ende des Oberarmelementes 196 verbunden, und ein Unterarmelement 200 ist mit dem Ellbogengelenk 198 verbunden und ist um das Ellbogengelenk 198 bezogen auf das Oberarm­ element 196 drehbar. Ein Handgelenkelement 202, welches eine (nicht dargestellte) Greifvorrichtung aufnehmen kann, ist an dem Unterarmelement 200 befestigt. Roboterarme sind natürlich allgemein bekannt, und es können viele Arme unterschiedlicher Konfiguration in Verbindung mit dem Mast 126 verwendet werden. Der Arm 128 ist lediglich als Beispiel dargestellt.

Ferner sind in Fig. 9 feststehende Führungselemente 204 dargestellt, welche auf dem Außenrohr 136 befestigt sind. Die feststehenden Führungselemente 204 sind für die Stabilisierung des Innenrohres 138 vorgesehen. Ein Gleitführungselement 206 ist mit dem Innenrohr 138 verbunden und gleitet entlang der inneren Oberfläche des Außenrohres 136, wenn sich das Innenrohr 138 bezogen auf den Schlitz 140 vertikal bewegt.

Fig. 10 ist eine bildhafte Darstellung einer Steuerstation 208 für eine ausführende Person, welche in Verbindung mit dem Mast 126 verwendet werden kann. Die Station ist eine auf einem Computer basierende Arbeitsstation, welche Eingaben der aus­ führenden Person über eine Tastatur 210, eine Kugel-Steuer­ einrichtung 212 und eine Roboterarm-Steuereinheit 214 mit einem darauf befindlichen Roboterarm-Simulator 216 erhält. Die Eingaben der ausführenden Person können auch über Steuerungs­ einstellknöpfe 218 geliefert werden. Prozeßparameter werden üblicherweise auf einer Anzeigeeinrichtung 220 dargestellt. Energie wird der Arbeitsstation 208 über eine Netzleitung 222 zugeführt.

Steuer- und Luftleitungen 134 (Fig. 1) erstrecken sich von dem Mast 126 zu der Arbeitsstation 208. Eine ausführende Person steuert beispielsweise den Eingriff der Klemmteile 172 in der oberen Führungseinrichtung, den Vertikalantriebsmotor 144, den Rotationsaktuator 154 und den Roboterarm 128 an der Arbeits­ station 208. Zusätzlich kann der Computer der Arbeitsstation so programmiert werden, daß er die Ausführungsart bestimmter Manöver betreffende Informationen speichert, so daß solche Manöver, gesteuert von dem Computer, automatisch wiederholt werden können.

Arbeitsstationen 208 und Roboterarme 128, die für den Einsatz in Kernreaktoranwendungen anpaßbar sind, sind im Handel erhältlich. Beispiele solcher Arbeitsstationen und Roboterarme sind von Schilling Development, Inc., 1632 Da Vinci Court, Davis, CA 95616 erhältlich.

Natürlich können sämtliche Bewegungen des Mastes 126 und des Arms 128 von Hand, halbautomatisch oder auch vollautoma­ tisch ausgeführt werden. Im Handbetrieb würde eine Positions­ rückmeldung üblicherweise durch eine in dem RPV 102 (Fig. 1) angeordnete Echtzeit-Videokamera bereitgestellt. Eine halbau­ tomatische Steuerung wird üblicherweise ebenfalls mittels ma­ nueller Manipulation erreicht, wobei aber eine derartige Steuerung durch den Computer mittels vorprogrammierter drei­ dimensionaler Hüllkurven zur Vermeidung von Kollisionen un­ terstützt wird, die in der Arbeitsstation 208 gespeichert und ausgeführt werden. Eine vollständig automatische Bewegung be­ ruht auf dreidimensionalen Computermodellen der Arbeitsum­ gebung. Die dreidimensionalen Modelle würden in die Arbeitsstation 208 integriert und von der Arbeitsstation 208 bei der Ausführung der gewünschten Aufgabe angewendet werden.

Fig. 11 ist eine detaillierte Ansicht der Kernplatten- Schnittstelle 158 des Mastes 126. Die Schnittstelle 158 enthält einen an einer Lagerbaugruppe 226 befestigten Keil 224. Die Lagerbaugruppe ist ferner drehbar an einem Halterungselement 228 angebracht, welches an dem Außenrohr 136 befestigt ist. Der Mast 126 ist deshalb bezogen auf den Keil 224 drehbar. Der Keil 224 bildet eine Nase 230, welche mit einer Oberseite der Kern­ platte 110 in Eingriff steht, um die Begrenzung der lateralen Bewegung des Mastes 126 zu erleichtern.

Fig. 12 ist eine bildhafte Darstellung des Mastes 126, der bezogen auf eine Kernplatte in dem RPV 102 in einer Ar­ beitsstellung angeordnet ist. Der Mast 126 erstreckt sich durch eine Öffnung in der Kernplatte 110 hindurch und der Roboterarm ist bei der Ausführung eines Arbeitsvorganges in dem Bereich unterhalb der Kernplatte 110 dargestellt. Die Kernplatten­ öffnung ist die Öffnung, in welcher normalerweise die Halterung des Brennstoff-Gußstückes während des Reaktorbetriebs ange­ ordnet ist. Der Mast 126 wird auf einem (in der Figur nicht dargestellten) Steuerstabantriebsgehäuse gehaltert.

Anhand von Fig. 12 ist leicht zu erkennen, daß sich der Roboterarm 128 unterhalb der Kernplatte 110 in verschiedenen Höhen und Winkelrichtungen relativ leicht herumbewegen kann. Zusätzlich kann der Arm 128 mit einem hohen Maß an Sicherheit und hoher Wiederholgenauigkeit präzise positioniert werden. Ferner sind speziell angepaßte Werkzeuge nicht notwendigerweise für jeden Vorgang erforderlich, da der Roboterarm 128 eine Vielzahl von Stellen erreichen kann, um eine Vielzahl von Inspektionen und Reparaturen innerhalb des RPV′s 102 auszu­ führen. Der Mast 126 erleichtert es auch, die zur Ausführung von Inspektionen und Reparaturen erforderliche Zeit zu reduzieren, was die Reduzierung der Strahlungsexposition der ausführenden Position pro Aufgabe erleichtert.

Natürlich kann der Mast 126 auf vielen unterschiedlichen Höhen innerhalb des RPV′s 102 gehaltert werden. In Fig. 12 ist der Mast 126 so positioniert, daß der Arm 128 Arbeiten unterhalb der Kernplatte 110 ausführen kann. Es können jedoch auch Arbeiten über der Kernplatte 110 sowohl in Bereichen unter als auch über der oberen Führungseinrichtung 108 ausgeführt werden. Um Arbeiten an solchen alternativen Höhe auszuführen, muß die untere Halterungsstruktur für den Mast 126 einer verfügbaren Halterungsstruktur entsprechend angepaßt werden.

Beispielsweise ist gemäß Fig. 13 die Befestigungskompo­ nenten-Schnittstelle 152 passend für ein in (Fig. 13 nicht dargestelltes aber in Verbindung mit Fig. 14 dargestelltes und beschriebenes) Brennstoff-Halterungs-Gußstück ausgeführt. In Fig. 13 dargestellte Komponenten, welche mit in Fig. 2 darge­ stellten Komponenten identisch sind, werden in Fig. 13 mit denselben Bezugszeichen wie den in Fig. 2 verwendeten bezeichnet. Der Unterschied zwischen der Ausführungsform von Fig. 2 und der Ausführungsform von 13 besteht darin, daß in Fig. 13 die Befestigungskomponenten-Schnittstelle 152 zu einem Brennstoff-Halterungs-Gußstück paßt, während die Befestigungs­ komponenten-Schnittstelle 152 von Fig. 2 zu einem Steuerstab­ antriebsgehäuse paßt. Gemäß besonderem Bezug auf Fig. 13, enthält die Schnittstelle 152 Kernplatten-Schnittstellen-Dorne 232. Eine Rotorbaugruppe 234 ist im unteren Abschnitt des Mastes 126 positioniert, um die Drehung des Mastes 126 bezogen auf das Brennstoff-Halterungs-Gußstück zu ermöglichen.

Gemäß Darstellung in Fig. 14, welche eine detailliertere Teilquerschnittsdarstellung des unteren Abschnittes des in Fig. 13 dargestellten Mastes 126 ist, enthält die Rotorbaugruppe 234 einen Rotationsaktuatormotor 236 mit einem daraus hervor­ stehenden Rotor 238. Der Motor 236 ist auf der Masthalterungs­ platte 164 befestigt. Ein zylindrisches Rotorgehäuse 240 ist über dem Motor 236 angeordnet und der Rotor 238 erstreckt sich durch das Gehäuse 240 hindurch. Ein Mastbefestigungsblock 242 ist mit dem zylindrischen Gehäuse 240 mittels eines Klammer­ elementes 244 und vier Schrauben 246 verbunden. Ferner sind die Kernplatten-Schnittstellen-Dorne 232 zu den Öffnungen 248 in dem Brennstoff-Halterungs-Gußstück 250 ausgerichtet und darin eingesetzt. Das Brennstoff-Halterungs-Gußstück 250 ist in einer Öffnung 252 in der Kernplatte 110 angeordnet.

Im Betrieb dreht sich bei einer Drehung des Rotors 238 das zylindrische Gehäuse 240 mit dem Rotor 238. Eine solche Drehung wird über den Block 242 auf den Mast 126 übertragen. Die Druck­ lager 168 ermöglichen die Drehung des Mastes 126, während die Platte 164 stehen bleibt. Es gibt natürlich viele andere Konfigurationen, welche eingesetzt werden könnten, um eine solche Drehung zu ermöglichen und eine Halterung für den Mast 126 in dem RPV 102 bereitzustellen.

Der Mast 126 kann auch für die Ausführung von Arbeiten in dem Ringraum 116 (Fig. 1) des RPV 102 gehaltert werden. Bei­ spielsweise könnte der Mast von (nicht dargestellten) Strahl­ pumpendiffusoren gehaltert werden, die in dem Ringraum 116 angeordnet sind. Eine zusätzliche laterale Halterung könnte beispielsweise durch einen aus dem Mast 126 zu dem Oberteil des Mantels 112 sich hin erstreckenden Hilfsträger bereitgestellt werden. Der Roboterarm 128 müßte natürlich relativ kurz sein, um in den relativ kleineren Raum des Ringraums 116 zu passen und darin zu arbeiten.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Verwendung in einem Kernreaktor (100), wobei der Reaktor (100) einen Reaktordruckbehälter (102) mit einer oberen Führungseinrichtung (108), die im Abstand von einer Kernplatte (110) darin angeordnet ist, wobei die obere Führungseinrichtung (108) und die Kernplatte (110) hindurchführende Öffnungen aufweisen, einen Mantel (112), der sich um die Kernplatte (110) herum erstreckt, und einen Ringraum (116) enthält, der zwischen dem Reaktordruck­ behälter (102) und dem Mantel (112) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch:
einen langgestreckten Mast (126) mit einem Schlitz (140), der darin ausgebildet ist und sich zumindest teilweise entlang der axialen Länge des Mastes (126) erstreckt,
einen Roboterarm (128), der an dem Mast (126) befestigt und bezogen auf den Schlitz (140) vertikal bewegbar ist, und
eine Vertikalantriebs-Baugruppe (142) zum Steuern der vertikalen Bewegung des Roboterarms.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (126) ein äußeres zylindrisch geformtes Rohr (136) und ein Innenrohr (138) aufweist, welches zumindest teilweise in dem Außenrohr (136) positioniert ist, wobei das Innenrohr (138) mit dem Roboterarm (128) verbunden und bezogen auf das Außenrohr (136) vertikal bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vertikalantriebs-Baugruppe (142) an dem Innenrohr (138) befestigt ist, die Vertikalantriebs-Baugruppe (142) einen Vertikalantriebsmotor (144) und ein Ritzel (146) aufweist, die Drehung des Ritzels (146) von dem Vertikal­ antriebsmotor (144) gesteuert wird, eine langgestreckte Zahnstange (148) an einer inneren Oberfläche des Außenrohres (136) befestigt ist und sich in Längsrichtung über die Länge des Außenrohres (136) erstreckt, die Zahnstange (148) zu dem Ritzel (146) ausgerichtet ist, so daß sich dann, wenn sich das Ritzel (146) dreht, das Innenrohr (138) vertikal in Bezug auf das Außenrohr (136) bewegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleitführung (150) an dem Innenrohr (138) befestigt ist und sich von dem Innenrohr (138) zu der inneren Oberfläche des Außenrohres (136) erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befestigungskomponenten-Schnittstelle (152) an einem unteren Ende des Mastes (126) befestigt ist, wobei die Schnittstelle (152) ein im wesentlichen feststehendes Plattenelement (164) und Drucklager (166) aufweist, die auf einer Oberseite des Plattenelementes (164) befestigt sind, der Mast (126) Ausrichtungsarme (168) besitzt, die so kon­ figuriert sind, daß sie an den Drucklagern (164) angreifen, so daß der Mast (126) relativ zu dem Plattenelement (164) drehbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungskomponenten-Schnittstelle (152) einen Steuerstabgehäuse-Ausrichtungsstift (170) aufweist, der vom Plattenelement (164) ausgeht, wobei der Ausrichtungsstift (170) so konfiguriert ist, daß er in eine Öffnung (162) einsetzbar ist, die in einem oberen Bereich des Steuerstab­ antriebsgehäuses (160) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungskomponenten-Schnittstelle (152) mehrere Brennstoffhalterungs-Gußstück-Ausrichtungsstifte (232) aufweist, die von dem Plattenelement (164) ausgehen, wobei die Ausrichtungsstifte (232) so konfiguriert sind, daß sie in entsprechende Öffnungen der Brennstoffhalterungs- Gußstücke einsetzbar sind, die in einem Brennstoff­ halterungs-Gußstück ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotationsaktuator (154), ein Ringzahnrad (178), das an einem Außenabschnitt des Mastes (126) befestigt ist, und ein Ritzel (180) vorgesehen sind, das mit dem Rotationsaktuator (154) verbunden ist und davon gesteuert wird und mit dem Ringzahnrad (178) derart ausgerichtet ist, daß sich bei einer Drehung des Ritzels (180) auch das Ringzahnrad (178) und der Mast (126) drehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotationsaktuatormotor (236) einen damit verbundenen und sich davon weg erstreckenden Rotor (238) und ein an dem Mast (126) befestigtes zylindrisches Rotorgehäuse (240) aufweist, wobei sich der Rotor (128) durch das zylindrische Gehäuse (240) hindurch erstreckt und mit dem Gehäuse (240) derart zusammenwirkt, daß, wenn sich der Rotor (238) rela­ tiv zu dem Motor (236) dreht, das zylindrische Rotorgehäuse (240) und der Mast (126) sich relativ zum Motor (236) drehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schnittstelle (156) zu der oberen Führungseinrichtung (108) an dem Mast (126) befestigt ist und für ein Zusammen­ arbeiten mit der oberen Führungseinrichtung (108) konfigu­ riert ist und eine laterale Bewegung des Mastes (126) begrenzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche eine Schnittstelle (158) zu der Kernplatte an dem Mast (126) befestigt ist und für ein Zusammenarbeiten mit der Kernplatte (110) konfiguriert ist und eine laterale Bewegung des Mastes (126) begrenzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (126) so bemessen ist, daß er in dem Ringraum (116) angeordnet werden kann.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (126) ferner ein äußeres zylindrisch geformtes Rohr (136) und ein zumindest teilweise in dem Außenrohr (136) angeordnetes Innenrohr (138) aufweist, wobei das Innenrohr (138) eine im wesentlichen quadratische Querschnittsform besitzt, das Innenrohr (138) mit dem Roboterarm (128) verbunden und bezogen auf das Außenrohr (136) vertikal beweglich ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Vertikalantriebs-Baugruppe (142) aufweist, die an dem Innenrohr (138) befestigt ist, wobei die Vertikalantriebs- Baugruppe (142) einen Vertikalantriebsmotor (144) und ein Ritzel (146) aufweist, die Drehung des Ritzels (146) von dem Vertikalantriebsmotor (144) gesteuert wird, eine langgestreckte Zahnstange (148) an dem Außenrohr (136) befestigt ist und sich in dessen Längsrichtung erstreckt, die Zahnstange (148) zu dem Ritzel (146) ausgerichtet ist, so daß, wenn sich das Ritzel (146) dreht, das Innenrohr (138) sich vertikal in Bezug auf das Außenrohr (136) bewegt, ferner eine Gleitführung (150), die an dem Innenrohr (138) befestigt ist und sich von dem Innenrohr (138) zu der inneren Oberfläche des Außenrohres (136) hin erstreckt, und eine Befestigungskomponenten-Schnittstelle (152), die an einem unteren Ende des Mastes (126) befestigt ist, wobei die Schnittstelle (152) eine im wesentlichen feststehendes Plattenelement (164) und auf einer Oberseite des Plattenelementes (164) angebrachte Drucklager (166) auf­ weist, der Mast (126) Ausrichtungsarme (168) besitzt, die so konfiguriert sind, daß sie an den Drucklagern (164) angreifen, so daß der Mast (126) bezogen auf das Platten­ element (164) drehbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboterarm (128) einen hydraulischen Zylinder (192) mit einem sich daraus erstreckenden Schultergelenk (194), ein Oberarmelement (196), das an dem einen Ende mit dem Schultergelenk (194) verbunden ist, ein Ellbogengelenk (198), das mit dem anderen Ende des Oberarms (196) ver­ bunden ist, und ein Unterarmelement (200) aufweist, das mit dem Ellbogengelenk (198) verbunden ist und um das Ellbogen­ gelenk (198) bezogen auf das Oberarmelement (196) drehbar ist.