DE2211215A1 - Wahler fur die Entnahme aus Brenn elementen eines Kernreaktors zur Ortung etwaiger undichter Brennelemente - Google Patents

Description

410-18.446P - 8. 3. 1972

Commissariat a 1*Energie Atomique_t Paris

(Frankrei ch)

Wähler für die Entnahme aus Brennelementen eines Kernreaktors zur Ortung etwaiger un-. dichter Brennelemente

Die Sicherheit von Kernreaktoren erfordert, daß jeder Bruch der Hülle eines Brennelementes sehr schnell entdeckt und insbesondere das undichte Brennelement genau geortet wird.

Zu diesem Zweck pflegt man entweder das Kühlmittel selbst oder die von ihm mitgeschleppten Spaltungsprodukte auf Radioaktivität zu prüfen und, sobald diese Aktivität abnormal wird, das undichte Brennelement in zwei Verfahreneschritten zu orten, nämlich zunächst durch eine Prüfung aller Brennelemente in Gruppen von je drei oder vier

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Elementen und danach durch Prüfung der bei der ersten Prü-„ fung angezeigten Elemente oder Elemente-Gruppen nacheinander.

Um das undichte Element zu kennen, braucht man also zwei Reihen von Verrichtungen, nämlich die eine, um den vermeintlichen Ort der Störung zu bestimmen, und die andere, um genau das Element oder die Elemente zu orten, dessen Hülle oder deren Hüllen beschädigt ist bzw. sind. ,

Zur Vereinfachung und Beschleunigung dieser Sicherheitsmaßnahmen schafft die Erfindung einen Wähler, der das undichte Brennelement genau und unmittelbar zu orten ermöglicht.

Die Erfindung betrifft also einen Wähler für die Entnahme aus Brennelementen eines Kernreaktors zur Ortung etwaiger undichter Brennelemente. Sie ist gekennzeichnet durch

a) eine Rohrplatte mit Entnahmerohren zur Entnahme von Kühlflüssigkeit aus allen Brennelementen,

b) einen innenverzahnten Zahnkranz, der auf der Rohrplatte um die Entnahmerohre herum befestigt 1st und das Außen-Mittelrad eines Planetengetriebes bildet,

c) eine Platte, die innerhalb des Zahnkranzes drehbar ist und mindestens einen Ausschnitt aufweist, in welchem ein Zahnrad frei drehbar ist, das mit dem Zahnkranz kamint und ein Planetenrad bildet,

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d) eine ^exzentrische Rohrleitung, welche entnommene Flüssigkeit zu einem Meßgerät führen soll und durch das Planetenrad hindurchgeführt ist und vor der Rohrplatte mündet, und durch

e) eine Antriebseinrichtung zur Drehung der Platte, welche die Leitung über die Entnähmerohre in einer Reihe.aufeinanderfolgender Hypozykloidenbögen hinwegführt.

Die bloße Drehung der Platte bewirkt, daß die Entnahraerohre eines nach dem anderen gespült werden. Durch geeignete Wahl der Durchmesser des Planetenrades und der Platte kann man erreichen, daß die aufeinanderfolgenden Hypozykloidenbögen eine geschlossene Kurve bilden, die über die Mündungen aller Entnahmerohre hinwegführt, so daß diese nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen der Platte gespült sind.

Da die Orte der Entnahmerohre und die Drehwinkel, welche der Bewegung von einem zum anderen Rohr entsprechen, bekannt sind, kann man eine schnelle Prüfung und sehr genaue direkte Ortung der undichten Brennelemente erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Entnahme-Wähler von der Seite, teilweise . weggeschnitten, im Längsschnitt in Achsebene;

Fig. 2 denselben von oben, im Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

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Fig. 3 eine Ortungs-Einrichtung mit einem Wähler der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Art im Längsschnitt.

Damit man das Brennstoffelement, dessen Hülle geborsten ist, or.ten kann, sind Entnahmerohre 1 mit den Verlängerungen der die Brennelemente enthaltenden Kanäle verbunden, damit das durch diese Kanäle umlaufende Kühlmittel zu einem Prüfgerät strömen kann, wobei jedes dieser Entnahmerohre einem der Kanäle oder der Brennelemente entspricht.

Diese Entnahmerohre 1 sind außerdem in einer ortsfesten Rohrplatte 2 befestigt (Fig. 1), auf welcher ein innenverzahnter Zahnkranz k, der ein Mittelrad eines Planetengetriebes bildet und die Öffnungen des Entnahmerohr-Bündels umgibt, z. B. mittels Schrauben 5» befestigt ist. Innerhalb des Zahnkranzes h ist frei drehbar eine Platte angeordnet, die parallel zur Rohrplatte und in dieser durch einen Drehzapfen 8 zentriert ist, der in ein in der Mitte der Rohrplatte 2 angeordnetes Loch 10 eingreift. Diese Platte 6 weist einen kreisbogenförmigen Ausschnitt 12 auf, in dem sich ein Planetenrad lh dreht, das mit dem Zahnkranz k kämmt.

Das Planetenrad Ik und die Platte 6 sind am Ende zweier einander paralleler Wellen 15 und 16 angebracht. Diese Wellen sind miteinander durch einen Arm 18 verbunden; dieser ist mit der Welle 16 starr verbunden; in ihm ist die Welle 15 des Planetenrades axial fest, aber frei um sich selbst drehbar gelagert. So bewirkt jede Drehung der Platte 6 im Zahnkranz 4,' daß das Planetenrad 14 sowohl mit der

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Platte 6 umläuft als auch sich um seine eigene Achse dreht. Jeder Zahn des Planetenrades beschreibt also im Inneren des Zahnkranzes k eine Hypozykloide. .

Das Planetenrad 14 ist nahe seinem Umfang von einer Leitung 20 durchbohrt, die an ihrem einen Ende vor.der Rohrplatte 2 mündet und an ihrem anderen Ende im Inneren der Welle 15 an eine Rohrleitung 22 anschließt,. die sie mit einem (nicht gezeichneten) Untersuchungsgerät verbinden.

Die Lage dieser Leitung 20 ist durch die Rohrteilung der Rohrplatte 2 so bestimmt, daß die Mündung dieser Leitung 20 mit der Mündung jedes Entnahmerohres fluchtet und daher diese Entnahmerohre 1 mit der Rohrleitung 22 und dem Untersuchungsgerät verbunden werden.

Bei der Drehung der Platte 6 wird diese Leitung 20 relativ zum Zahnkranz 4 bewegt; sie beschreibt innerhalb dieses Kranzes eine Aufeinanderfolge von Hypozykloidenbögen. Aber der Durchmesser des Planetenrades, der Durchmesser der Platte 6 oder der Durchmesser des Zahnkranzes h und die Rohrteilung in der Rohrplatte 2 können so sein, daß diese Hypozykloide im Lauf einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen über die Mündungen aller Entnahmerohre hinweggeht und infolgedessen die Leitungen diese Mündungen nacheinander in Verbindung mit dem Meßgerät bringt. Man kann sogar Hypozykloiden erhalten, die nach einer bestimmten Anzahl von Drehungen der Platte 6 sich seibat schließen; die Leitung 20 findet sich dann nach Prüfung aller Entnahmerohre wieder an ihrem Ausgangsort ein und ist bereit, eine neue Prüfung durchzuführen.

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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Entnahm«rohre 1 auf der Rohrplatte 2 vorzugsweise auf sechs konzentrischen Kreisen 21, und zwar auf den Schnittpunkten dieser Kreise und der von der Leitung 20 des Planeten durchlaufenen Hypozykloidenbögen, angeordnet.

Ein Beispiels Wenn der Durchmesser des Planetenrades 14 224 mm - das ist etwas weniger als die Hälfte des Durchmessers der Platte 6 (512 mm) - beträgt, dann entspricht eine Umdrehung der Platte 6 2 /i6 Umdrehungen des Planetenrades, und sieben Umdrehungen der Platte 6 bringen den Planeten an seinen Ausgangspunkt zurück, nachdem er sechzehn fast gerade Hypozykloidenbögen durchlaufen hat.

In Fig. 2 ist die Anfangsstellung des Planetenrades diejenige, wo die Leitung 20 sich bei A über einem auf dem äußersten Kreis 21 gelegenen Entnahmerohr befindet. Die Drehung der Platte 6 im Uhrzeigersinn führt die Leitung 20 auf einen ersten Hypozykloidenbogen, der diesen Punkt A mit einem zweiten Punkt B desselben äußersten Kreises verbindet, danach auf einem Hypozykloidenbogen, der diesen Punkt B mit einem dritten Punkt C verbindet. Wenn das Planetenrad auf seinem Weg weiterbewegt wird, bewegt sich die Leitung 20 vom Punkt C zu einem Punkt D des innersten Kreises, der dem Ende der ersten Drehung der Platte 6 entspricht, Alle in Fig. 2 mit dicken Linien dargestellten Rohre sind im Laufe dieser ersten Drehung der Platte 6 geprüft worden.

Die darauf folgenden Umdrehungen dieser selben Platte 6 lassen die Leitung 20 die gestrichelt gezeichneten Hypozykloidenbögen durchlaufen und auf diese Weise nacheinander

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alle mit dünnen Linien gezeichneten Entnahmerohre bedienen. Nach sieben Umdrehungen der Platte 6 hat die Leitung 20 -die sechzehn Hypozykloidenbögen durchlaufen und den Punkt A wieder erreicht. Alle Entnahmerohre 1 sind geprüft worden, manche von ihnen sogar zweimal.

Die Rohre 1 sind in der Rohrplatte 2 so an den Schnittstellen der Kreise mit den einzelnen Hypozykloidenbögen angeordnet, daß die Planetenrad-Drehwinkel, die zwischen dem Bestreichen je eines Rohres und dem Bestreichen des anderen Rohres liegen, bekannt und stets ein Vielfaches von 5 sind. So können das Programm der Planetenrad-Drehung und das Programm des Anhaltens und der Weiterbewegung der Platte 6 leicht im voraus festgesetzt und ferngesteuert werden.

Der Antrieb der Platte 6 geschieht vorzugsweise, wie in Fig. 3 durch ein gelochtes Rohr 2k, dessen unteres Ende an der Platte 6 befestigt ist und das nach oben durch das Reaktorgefäß und durch dessen Verschlußpfropfen 25 nach außen geführt ist, wo es fest mit einem Zahnrad 26 verbunden ist, das über ein Ritzel 28 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird, der also die Platte 6 und das Planetenrad k in Drehung versetzt.

Im Innern dieses Rohres 2k ist eine Rohrleitung 30 befestigt, die an die Entnahmerohrleitung 22 mittels eines drehbaren Dichtungsringes 32 angeschlossen ist. Diese Rohr-, leitung 30 mündet in den oberen Teil einer Gasabscheidekammer 3^» die dank einer Labyrinthdichtung den Abfluß der Kühlflüssigkeit in Richtung zum Reaktorgefäß und den Aus-

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tritt des gasförmigen Spaltproduktes in eine Verbindungsleitung 3^ zum außen angeordneten nicht gezeichneten Meßgerät ermöglicht.

Die Art des Antriebs der Platte 6 richtet sich jeweils nach der Ortungsvorrichtung, in der der Wähler angeordnet ist. In manchen Fällen z. B, ist das Rohr 2k gar nicht vorhanden und die Platte 6 mittels einer Welle angetrieben, die in der Verlängerung der Welle 16 angeordnet ist und deren eines Ende durch den Verschlußpfropfen 25 hindurchgeführt und von außen angetrieben und deren anderes Ende mit der Platte 6 durch einen kräftigen Kegel verbunden ist. Die Welle 15 des Planetenrades 14 wird von diesem Kegel getragen, in dem sie sich frei drehen kann und durch den die Rohrleitung 22 hindurchführt, wobei ein auf dem Gipfel des Kegels angeordneter drehbarer Dichtungsring die Rohrleitungen 22 und 30 miteinander verbindet. Die Rohrleitung 30 wird von der Drehantriebswelle getragen und ist mit einer Gasabscheidekammer verbunden, die am äußersten Ende dieser Welle ortsfest angeordnet ist.

Ebenso wie beim Antrieb durch das Rohr 2k werden die Entnahmerohre nacheinander mit dem Meßgerät verbunden.

Die gesamte Prüfung läßt sich schnell und selbsttätig bewirken. Die Lage des Brennelementes, aus dem das geprüfte Gas stammt, ist dabei stets genau bekannt; daher kann man das oder die geborstenen Brennelemente unmittelbar und unverzüglich orten.

Selbstverständlich könnte man die beschriebene Aus-

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führungsform noch in mancherlei Weise, abwandeln, ohne, Rahmen der Erfindung zu verlassen; insbesondere richtem sich die Anordnung der Entnahmerohre in der- Rohrplatte odierdas Verhältnis der Durchmesser des Planetenrades und der-Platte 6 und die Form der Hypozykloidenbögen je nach der Art der vorzunehmenden Prüfung« Auch könnte man noch eii^e Vorrichtung zur Steuerung der Ausgangsstellung des_; Planes-?, tenrades relativ zum Zahnkranz k hinzufügen;*.

Claims (6)

1. Patentansprüche?

   1, Afähler für die Entnahme aus Brewv^leatenteiai eine st Kernreaktors zur Ortung etwaiger undichter Brennelemente _t gekennzeichnet durch

   a) eine Rohrplatte (-2) mit Entnahmerohren (ΐ) zu,r von Kühlflüssigkeit aus allen Brenne! ©iseo ten»

   b) einen innenverzahnten Zahnkranz (4) ^ der auf der Rohrplatte (2) um die Entnahmerohre (1) heruis befest4i|t iftt Und das Außen-Mittelrad eines Planet©.ngerti\|©bes

   c.) eine Platte (6), die innerhalb des bar ist und mindestens einen Ausschnitt ( 12) auJ^»©^^ te welchem ein Zahnrad (.14) frei drehbar ist» das i»it di#.m Zahnkranz (4) kämmt u,nd ein Planetenrad bildet,,

   d) eine exzentrische Rohrleitung (20) _r welebe entnojnaiene Flüsaigkeit zu einem Meßgerät führen, soll nn<$ Planetenrad (14) hindurchgeftihrt ist und (2) mündet, und durch

   eine Antriebseinrichtung (ΐ6, 24 ·*

   (6), welche die Leitung (2ü) über «He in einer Reihe aufeinanderfolgender
2. 2. Wähler nach Anspruch 1, da dur eh ^fe.ejM^&l$h&fet* «iftlft die Ihjrchmesser de» Planete^rade-s (1;4) υρρ,ά «iejip P-1%%%%

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   so gewählt sind, daß die Aufeinanderfolge von Hypozykloidenbögen eine geschlossene Kurve ergibt.
3. 3. Wähler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der Rohrplatte (ζ), in denen die Entnahmerohre (i) befestigt sind, auf mehreren konzentrischen Kreisen (21) so angeordnet sind, daß sie auf der von der Mündung der Rohrleitung (20) des Planetenrades (i4) beschriebenen Kurve liegen.
4. k. Wähler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmerohre (i) in der Rohrplatte (2) auf sechs konzentrischen Kreisen angeordnet und daß die Durchmesser der Platte (6) und des Planetenrades (i4) so gewählt sind, daß die von der Rohrleitung (20) des Planetenrades (i4) durchlaufene Kurve nach sieben Umdrehungen der Platte (6) geschlossen ist.
5. 5» Wähler nach einem der Ansprüche 1 - k_t dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) fest mit einem gelochten Rohr (24) verbunden ist, das von einem Antrieb gedreht wird und das eine Gasabscheidekammer (3*0 zur Entgasung der vom Wähler entnommenen Produkte und eine Rohrleitung (30) zur Verbindung der Rohrleitung (20) des Planetenrades (i4) mit dieser Gasabscheidekammer (3*0 aufweist.
6. 6. Wähler nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) fest mit einer umlaufenden Welle verbunden ist, welche eine Rohrleitung zur Verbindung der Rohrleitung (20) des Planetenrades (i4) mit einer außerhalb dieser Welle angeordneten Gasabscheidekammer aufweist.

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