DE2052088A1

DE2052088A1 - Greifervornchtung fur Kernraktor belademaschine

Info

Publication number: DE2052088A1
Application number: DE19702052088
Authority: DE
Inventors: Friedheim Eltorf Schwarz Hans Nussbaumen Rosgen, (Schweiz) M G21d 5 00
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1970-10-23
Publication date: 1972-04-06
Also published as: GB1360265A; CH522270A; FR2108089A1; DE7039193U; FR2108089B1; US3801148A

Description

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Aktiengesellschaft Brown Boveri & CIe., Baden (Schweiz)

Greifervorrichtung für Kernreaktorbelademaschine . i

Die Erfindung betrifft eine Greifervorrichtung einer Belademaschine für Brennelemente eines gasgekühlten Kernreaktors, wobei jedes Brennelement mindestens eine durchgehende Bohrung mit Ausziehflächen aufweist und in diese Bohrung ein Tragrohr einführbar ist, und im Tragrohr eine Verriegelung für das Brennelement angeordnet ist.

An die Greifer von Belademaschinen wird die Anforderung gestellt, έ dass sie bei hoher Umgebungstemperatur und Gasatmosphäre, beispielsweise 900⁰C und Helium, wie sie bei gasgekühlten Kernreaktoren der heutigen Technik auftreten, mit grosser Betriebssicherheit arbeiten.

Es sind Greifervorrichtungen bekannt, die in zentrale Bohrungen von Kernelementblöcken eingreifen und durch mechanische oder teilweise pneumatische Vorrichtungen das Brennelement erfassen und manipulieren können. Bei den bekannten Ausführungeformen

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wird durch die Gleitreibung der Bauelemente des Greifers aneinander die Gefahr des Anfressens oder Verreibens als Nachteil . wirksam, da die an der Oberfläche der Teile normalerweise ausgebildete Oxydhaut fehlt.

Die Eigenart des Verreibens von Metallen bei Berührung in Gasatmosphäre, 2.E. auch Methan, Ileon usw. wird durch hohe Umgebungstemperaturen wesentlich verstärkt, so dass die Punktionssicherheit der Greifervorrichtung während des Betriebes des Kernreaktors nicht weiter gegeben ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, die Punktionssicherheit der Greifervorrichtung dauernd zu gewährleisten und Gleitreibung zwischen den bewegbaren Teilen derselben weitgehend auszuschliessen.

Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Tragrohr mit Kühlgas durchströmt 1st und Im Innern des Tragrohres ein in der Längsrichtung beweglicher Stössel vorgesehen 1st, welcher Verriegelungsklinken mittels Abwälzführungen an den Ausziehflächen des Brennelementes anlegt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist darin zu sehen, dass der über einen Balg an einer Hülse abgestützte Stössel zwei selbsttätige Ventile steuert und der Stösseleyllnder Ober flexible Leitungen mit Regeldruck beaufschlagt 1st.

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Ferner isi- es vorteilhaft, eine erfindungsgemässe Ausführungsform dermassen auszurüsten, dass die V/älzführungen durch flexible Bänder gebildet sind.

Die Vorteile der Erfindung liegen im einfachen Aufbau der Greifervorrichtung, da die rollende Reibung auf ein Minimum begrenzt wird und die massgebende Umgebungstemperatur durch das die Greifervorrichtung durchströmende Kühlgas auf eine die Funktionssicherheit nicht beeinträchtigende Arbeitstemperatur herabgesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Greifervorrichtung ergibt sich aus der dauernden Ueberwachung der Stellung des Greifers im Reaktorkern und ferner aus der praktisch wartungsfreien Anordnung der Bauelemente.

Die Erfindung viird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig.l eine Gesamtansicht der Greifervorrichtung im Schnitt, Fig.2 eine Teilansicht der Verriegelung mit Abwälzzähnen, Fig.3 die Ausfuhrungsform gemäss Fig.2, jedoch in Verrlegelungsstellung,

Fig.ή eine andere Ausführungsform der Verriegelung mit Wälzbändern.

In den einzelnen Figuren sind einander entsprechende Teile mit'

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gleichen Bezugszeichen versehen. Zur besseren Uebersicht sind alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht nicht notwendigen Konstruktionsdetails, wie Lager oder Schrauben usw. in den Zeichnungen weggelassen worden.

Die strichlierte Linie in Pig.l stellt die Kontur des Brennelementes 1 dar, in dessen Bohrung 2 der sogenannte Greiferzapfen 3 eingeführt ist.·Der Greiferzapfen 3 besteht aus einem Tragrohr ¹J, das über den Flansch 5 am Lenkarm 6 befestigt ist. Der Lenkarm 6 ist seinerseits über den Anschlusszapfen 29 im Tragarm 7 drehbar gelagert. Das Tragrohr ¹J ist mit einem Anschlag 8 versehen, an dem die Stirnfläche ^l des Brennelementes 1 anliegt, wenn die Verriegelung betätigt wird. Gleichzeitig dient der Anschlag 8 als Sicherung gegen zu tiefes Einfahren des Greiferzapfens 3 in das Brennelement 1. Eine Einsatzhülse 9 wird mit dem Tragrohr 4 fest verbunden und nimmt die eigentliche Verriegelungsvorrichtung auf. Den Abschluss des Greiferzapfens 3 bildet die Nase 10, deren Oberfläche derart ausgebildet ist, dass ein leichtes Einführen in die Bohrung ermöglicht wird.

Die Einsatzhülse 9 wird zusammengesetzt aus dem mit dem Tragrohr verbundenen Teil 9¹, dem Mantelrohr 25 und der Abschlussplatte 24. Es entstehen im Inneren der Einsatzhülse 9 zwei Hohlräume, die durch den Hülsenboden 9" getrennt sind. Auf dem Hülsenboden 9" sitzt mittels einer dichtenden Verbindung der

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Balg 1.9 auf, der mit dem den Külsenboden 9" in einer Bohrung durchtretenden Stössel I¹J am Stösselkopf 20 gleichfalls dampfdicht verbunden ist. Daraus ergibt sich der Stösseldruckraum 26 und der Hülsenzylinder 3'J, der mit den Inneren des Balges 27 dauernd auf dem gleichen Druckniveau liegt.

Der Unterteil 9^f der Einsatzhülse 9 ist mit Aussparungen 13 versehen, in denen die Klinken 11 und Bügel 12 untergebracht sind. Dabei weisen die Aussparungen 13, Klinken 11 und Bügel 12, sowie , ä die am Stössel 14 befestigte Ventilmutter 15 jeweils Abrollflächen 43 auf. Die rollende Bewegung der einzelnen Teile zueinander bedarf Jedoch einer Führung, die durch nicht dargestellte Verzahnungen 44 gebildet wird.

Die im ausgeklappten Zustand dargestellten Klinken 11 berühren die Ausziehflächen 40 des Brennelementes 1. Die Stirnflächen der Klinken 11 werden zweckmässigerweise etwas gerundet ausgeführt, so dass etwaige Unebenheiten ausgeglichen werden. Um ein sattes Anliegen ä der Klinken 11 an allen Ausziehflächen zu gewährleisten, kann am Stössel 14 eine ähnliche Ausgleichseinrichtung vorgesehen werden.

I Im Stössel 1Ί 1st eine Ausgleichsbohrung 18 vorgesehen, die den

Stösseldruckraum 26 mit dem Hülsenzylinder 34 verbindet, doch

über das in der Ventilmutter 15 angeordnete, von der Feder 17 . | belastete Kugelventil 16 sperrbar 1st.

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Aft Stö-sselkopf 20 let ein Finger 21 vorgesehen, der ein In der Abschlussplatte 24 angeordnetes Ventil 22 betätigt, dessen Teller mit einer Feder 23 belastet 1st. In den Stösseldruckraum 26 führt eine Regeldruckleitung 31, die beweglich ist, und von der Kühlgaszuleitung 30 durch den Innenraum des Lenkarmes 6 in das Tragrohrinnere 28 führt und in einem Durchlass 46 in der Abschlussplatte 24 einmündet.

Ueber diese Leitung wird dem Stösseldruokraum 26 der Jeweils benötigte Ueber- oder Unterdruck vermittelt. Das Kühlgas wird über die genannte Kühlgaszuführung 30 durch den hohlen Lenkarm 6 und das Tragrohrinnere 28 in den Ringraum 32 geführt, von wo es über Bohrungen 33 in den Hülsenzylinder 34 einströmt und über die Aussparungen 13, sowie die Nasenbohrungen 35 austreten kann. Im hohlen Lenkarn 6 1st ein sog. Signalwandler 36 vorgesehen, der über elektrische Leitungen 37 alt einer Stellungsanzeige für den Qreiferzapfen 3 verbunden lit. Der Signalumwand ler 36 let mit der Messleitung 38 verbunden. Die Signalleitung 39, die ständig von Kühlgas durchströmt, wird, 1st alt einer Messdflse 38* versehen und am Austritt In der Nase 10 1st eine Düse 39* angeordnet. Die Mess- düse 38* misst den Druckunterschied ,der durch den Stau an der Austrittsdüse 39' hervorgerufen wird. Die Werte werden an den Signalwandler weitergegeben.

Die Wirkungsweise wird nunmehr anhand der Flg.l erklärt. Der Stöesel 1* wird in die beiden Endstellungen mittels Ueberdruck oder ' Unterdruck bewegt. Insbesondere wird der Stössel angehoben, wenn la Stösseldruokraua 26 ein Unterdruck über die Leitung 25 er- »eugt wird. Dabei dehnt sich der Balg 19 und der Stösselkopf 20

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wird gegen die Abschlussplatte 2k bewegt.₄Das Ventil 22 wird bei Einwirken des Unterdruckes geöffnet und zwar so lange, bis der Pinger 21 dieses wiederum schliesst. Das über die Ausgleichsbohrung 18 mit dem Stösseldruckraum 26 verbundene Kugelventil 16 wird bei Auftreten des Unterdruckes sofort geschlossen. Daraus ergibt sich, dass der Unterdruck durch ständiges Absaugen über die Leitung 25 gehalten v/erden nuss.

Nach Schliessen des Ventils 22 steigt der Unterdruck an und die Gasströmung kommt zum Stillstand. Beide V'irkungen werden als Kontrollsignal für entsprechende Stellungen der Klinken verwertet.

Durch das Hochfahren des Stössels l*i werden die über die Verzahnung kk geführten Klinken 11 ausgelenkt und* die Verriegelung des Brennelementes 1 gegen Abfall vom Greiferzapfen 3 bewerkstelligt.

Beim Absenken des Stössels Ik wird in dem Druckraum 26 ein gegenüber dem normalen Kühlgasdruck höherer Druck erzeugt, so dass der Balg gegen seine eigene Federkraft zusammengedrückt wird. Gleichzeitig mit der Erhöhung des Druckes schliesst das in der Abschlussplatte 2k vorgesehene Ventil 22 und das Kugelventil 16 wird durch den höheren Druck gegen den Widerstand der Feder 17 geöffnet. Dieses Ventil 16 bleibt so lange geöffnet, bis es durch das Aufsetzen des Kugelzapfens auf der Nase 10 geschlossen wird. Während dieser Zeit muss die Gaszufuhr und auch die Drucksteigerung durch die Leitung 31 erhalten bleiben.

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Bei geschlossenen Ventilen 16 und 22 wird eine Druckerhöhung durch Anzeige an der Belademaschine festgestellt und das Erreichen des Höchstdruckes sowie die zur Ruhe gekommene Gasströmung v/erden als Signal für die Endstellung der Klinken gewertet, die in diesem Fall in den Greiferzapfen 3 vollkommen versenkt sind.

Die Funktion der Abrollflächen ^3 an den Klinken 11 wird in der Fig. 2 näher erläutert, da die Mechanik wegen der Kleinheit der P Darstellung in Fig. 1 nicht deutlich erkennbar wäre.

In Fig. 2 ist der untere Teil des Stössels lU mit der als Ventilsitz ausgebildeten Ausgleichsbohrung 18 erkennbar, wobei in der Ventilmuffe 15 das unter der Vorspannung einer Feder 17 stehende Ventil 16 angeordnet ist. Die Ventilmuffe 15 ist an ihrem Aussenumfang k3a mit einer Verzahnung ¹J^a versehen, die mit dem Hebelarm II¹ der Klinke 11 kämmt, der an der mittleren Abrollfläche 43b eine entsprechende Verzahnung 4'Ib aufweist.

Die Aussparung 13 der Einsatzhülse 9 ist an den Abrollflächen *13c gleichfalls mit Verzahnungen Mc ausgerüstet, in die eine entgegengesetzte Verzahnung Md¹ und Md" eingreift, deren erste am Rollkreis 43d¹ der Klinke 11 und deren zweite am Rollkreis 43d" des Bügels 12 vorgesehen ist. Zur exakten Führung ist es noch notwendig, zwischen Bügel 12 und der Klinke 11 eine miteinander kämmende Verzahnung Me und Mf anzuordnen, die an den gemeinsamen Rollkreisen ^3e und H3f hin- und herbewegt werden.

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In der Fip. 3 ist ein der Fig. 2 entsprechender Schnitt dargestellt, wobei aber die Klinken in verriegelter Stellung ^e ze ich- · net sind.

Zur Funktionsweise ist zu erwähnen, dass bein Absenken des Stössels 1*J das Kugelventil Io durch den Ueberdruck geöffnet wird, wofcc-i die Kraft der Feder 17 überwunden worden muss. Dies erfolgt so lange, bis der Kugelzapfen Io ' auf der 2:ase 10 aufsitzt und die Ausgleichsbohrung 18 verschliesst. Die Klinken 11 werden während der Abwärtsbewegung des Stössels l'l geschwenkt, wobei die Führung durch die Verzahnungen UHa. bis Hke erfolgt. In der tiefsten Stellung, also bei geschlossenem Kugelventil 36, wird der Ueberdruck im Stösseldruckraum 26 gehalten.

Die Anhebung des Druckes erfolgt einerseits zur Gewährleistung des dauernden Anliegens der Klinken 11 an den Ausziehflächen HO und andererseits bedarf die Verriegelungseinrichtung einer Fernkontrolle. Vorteilhafterv/eise kann diese durch ein Manometer erreicht v/erden, * das den Druck des Mediums dauernd überwacht. Um die Gasströmung zu messen, kann ohne aufwendige Arbeiten an gleicher Stelle ein Strömungsmesser eingesetzt v/erden.

In FIg. ^ ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Verriegelung dargestellt, wobei die Verzahnung In vorteilhafter Wel3e durch flexible Bänder 45 ersetzt ist. Die Bänder ή5 sind jeweils zweiteilig ausgeführt, wobei die Gurten jeweils in entgegengesetzter Richtung auf Zug beansprucht werden, und mit Ihren Fixpunkten an den

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jev/eiligen Abroll flachen *J3 befestigt sind. Dabei wird die Möglichkeit des Spieles zwischen den Abrollflächen 43 gänzlich verhindert.

Die Funktionsweise ist bei dieser Ausfuhrungsform gleich jener der vorher beschriebenen mit Verzahnung, doch kann mittels der bänder ^5 die Vorrichtung; zur Verriegelung der Brennelenente 1 einfacher gestaltet werden.

Um den Greiferzapfen 3 gegen die von Brennelement 1 abgestrahlte Wärme zu schützen, kann ^: die Oberfläche des Greiferzapfcns, insbesondere des Tragrohres Ί, mit einer Isolationsschicht versehen werden. Diese Möglichkeit wird insbesondere bei Kochtenperaturreaktoren in Betracht gezogen, um die auf Grund der thermischen Belastungen auftretenden Spannungen in den Warmfestigkeitsgrenzen des Materials zu halten.

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Claims

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Patentansprüche

l.J Greifervorrichtunn· einer Belademaschine für Brennelemente eines gasgekühlten Kernreaktors, wobei jedes Brennelement mindestens eine durchgehende Eohrunr mit Ausziehflächen aufweist und in diese Bohrung ein Traprohr einführbar ist, und in Tragrohr eine Verriepelunr für das Brennelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragrohr mit Kühlpas durchströmt ist und im Inneren des Trarrrohres (2S) ein in der Längsrichtung beweglicher Stössel (14) vorgesehen ist, welcher Verriegelungsklinken (11) mittels Abwälzführunp-cn (43,44,45) an den Ausziehflächen (40) des Brennelementes (1) anlegt.
2. Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über einen Balg (19) an einer Hülse (9) abgestützte Stössel (1*1) zwei selbständige Ventile (16, 22) steuert, und ein Stösseldruckraum (26) über eine flexible Regeldruckleitung (3D mit Repeldruck beaufschlagt ist.
3. Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzführungen durch Verzahnungen (44a bis f) und Abrollflächen (43a bis f) gebildet sind.
4. Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dacs die Abwälzführungen durch flexible Bänder (45) und Abrollflächen (43) gebildet sind.

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5. Greif ervorrichtunf; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Tragrohr (*O oder in der Hülse (9) mindestens eine mit einer Messdüse (39) versehene Bohrung (3S) angeordnet ist und die Bohrunr r.it einen Signaluniwandler (.%-6) verbunden ist.

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie,

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