DE2325049A1 - Ladevorrichtung zur handhabung von brennelementen in einem kernreaktor - Google Patents

Description

PATENTANWALT

DR. HAN© ULRsCH MAY

D S MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1 a

Zl MAYPÄTENT MÜNCHEN TELEFON COSIO SS 36 82

CP 454/1175 Mönchen-, 17- Mai 1973

B 4485.3

Commissariat ä I⁹ Energie Atöitiq« in Paris_s

LadevorriektiMg zur Handhabung von Bresaa@lemen.tea ia eisiem lern«

Die Erfindimg· betrifft

Brennelementen ia einoa Kernreaktor t> besonders eine® mit len-Neutronen arbeitenden Eeaktor _B w© der Kern aus-Ordnung seitlich nebeneinaader rad seuIcreiaMt stehender element® bestellt vmä won eine» StrahlenscSiu.tzbehälter_ö im allgemeinen, aus Setoa_s rasgebea ist ο Me HandSiabiaag der BremielemeB-te₉ vm avis dem Kern gebauchte Breaaelemeate ¹ZU emtnobrnm. und sie durch neue Brsimelemente au ersetzen,? erfolgt in balcaiaat@r Weise mittels eines Wiaikelarms_s der an seinem Ende einen ©reifer oder entsprechendes Element trägt und in den -ReaktorbehäXter durch eine öffnung reicht„ die ia einem Drehstopfen aixsgebildet ist, der seinerseits ia der desi ober©H Teil des Behälters bildenden Wand gehalten isto biarek Icombinierta Drelwmgea dieses Wi:

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im Stopfen einerseits und des Stopfens selbst in der Behältern wand andererseits kann der vom Winkelarm getragene Greifer ßaeh-» einander über jeden Platz der Brennelemente des Kerns gebracht werden, χοή sie herauszunehmen oder einzusetzen« -

Die Erfindung betrifft bei Vorrichtungen dieser Art,besonders solche, bei denen der zur Handhabung dienende Arm einen. &oärab°» schnitt aufweist, der senkrecht durch den Drehstopfen geführt ist und an seinem unteren Ende einen waagerechten Träger aufweist_e der an seinem Ende eine senkrechte zylindrische Führungshülle für den Greifer trägt, der seinerseits durch einen im Träger gehaltenen Querhebel betätigt wird. Der Querhebel ist im wesentlichen in seiner Mitte an einer mit dem Träger verbundenen Achse abgelenkt und mit seinem einen Ende am Greifer und mit dem anderen Ende an einer in der Achse des RohrabscJmitts des Arms angeordneten Stange angelenkt, so daß die Bewegungen dieser Stange das Schenken des Hebels und die Betätigung des Greifers in seiner zylindrischen FUhrungshtilse und das Ergreifen oder Freigeben des Kopfes eines Brennelements bewirken, das sicli nach eines¹ entsprechenden Einstellung des. Arms immitteibar vor dem Greifer befindet. Zu diesem Zweck ist der Rohrabschnitt des-Arms im seiner öffnung im Drehstopfen frei verschiebbar ima ermöglicht sowohl'· das Einstellen der zylindrischen Fülirasgshülse des Greifers über den Kopf des zu ergreifenden Brennelements als auch nach, dem. Eingriff des Greifers das Anheben des Brennelements und Heratss— ziehen desselben aus dem Kern. Beim Einsetzen eines neuen Brennelements- als Ersatz eines gebrauchten, zuvor entnommenen Brenn- elements erfolgen diese Arbeitgänge selbstverständlich .im kehrten Sinn.

Derartige Ladevorrichtungen„ wie sie beispielsweise in der

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1 569 728 beschrieben sind» zeigen einen wesentlichen Kachteil» der mit dem Konstruktionsprinsip eines Winkelarms saeenhängt und sich aus der vom Greifer auf den Kopf des Brennelements ausgeübten Seitenkraft ergibt, wenn der Greifer nach oben gezogen wird. Infolge dieser seitlich wirkenden Kraft kann Branchen Fällen das Brennelement eingeklemmt werden, besonders

es infolge der empfangenen Bestrahlung und der im Verlauf einer bestimmten Betriebszeit im Kern des Reaktors auftretenden ¥e3?£ormungen aufgebläht ist oder eine zu starke Biegung aufweist.

Durch die Erfindung soll nun eine Ladevorrichtung zur Handhabung von Brennelementen in einem Kernreaktor geschaffen werden, welche diesen Nachteil behebt und besonders automatisch jede seitliche Reaktion auf den Kopf eiaes beliebigen Brennelements im Verlauf der Handhabung vermeidet, so daß die Resultierende der einwirkenden Kräfte stets senkrecht bleibt, das heißt in der Richtung der auf das Brennelement wirkenden "Zugkraft*

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladevorrichtung der angegebenen Art, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch zwei synchron gesteuerte Arme, von denen der erste Arm aus einem senkrechten Rohrabschnitt besteht, an dessen in den Reaktorbehälter eindringendem Ende ein waagerechter Träger befestigt ist, der an seinem dem Arm gegenüberliegenden Ende eine senkrechte Führungshülse für einen Greifer trägt, während der zweite Arm einen senkrechten Rohrabschnitt und einen in der den Träger des ersten Arms enthaltenden senkrechten Ebene angeordneten waagerechten Träger aufweist, der eine zur Führungshülse des Greifers des ersten Trägers koaxiale senkrechte zylindrische Lunette trägt, wobei die Rohrabschnitte der beiden Arme verschiebbar aneinander befestigt und über ein Differential so angetrieben sind, daß

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die Bewegungen die gleiche, jedoch in entgegengesetzter Richtung wirkende Kraft erzeugen und die seitliche Einwirkung des Greifers des ersten Arms auf ein Brennelement gleich und entgegengesetzt gerichtet zur seitlichen Einwirkung der zylindrischen Lunette des zweiten Arms auf das gleich Brennelement ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Iftiteransprüchen.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden erläutert mit Bezug auf die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt der Ladevorrichtungj Fig. 2 einen Querschnitt in größerem Maßstab des zur Ladevorrichtung der Fig. 1 gehörenden Antriebsdifferentials.

Fig. 1 zeigt schematisch den oberen Teil 1 des Kerns eines Kernreaktors, besonders eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Reaktors, der von nebeneinander stehenden prismatischen Brennelementen 2 gebildet wird. Einzelheiten der in der Figur nur sehematisch gezeigten Brennelemente sind für die Erfindung ohne wesentliche Bedeutung. Fig. 1 zeigt ferner ein Brennelement 2a im Verlauf des Ladevorgangs mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Kern 1 des Reaktors ist in an sich üblicher Weise von einem Schutzbehälter 3, besonders aus Beton, umgeben, der etwas gegenüber der Achse des Kerns 1 versetzt eine Bohrung 4 aufweist, in der ein Drehstopfen 5 gehalten ist. Dieser weist seinerseits eine exzentrische Durchlaßöffnung 6 auf, in der ein Block 7 gehalten ist, der die gesamte Ladevorrichtung trägt. Dieser Block 7 weist an seinem oberen Teil eine Querschulter 8 auf, die im Inneren eines Tragkranzes 10 auf Rollenlagern 9

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drehbar ist. per Tragkrans 10 ruht auf einem Stützring 11, der . sick seinerseits auf dem ote® teil um Bfetetüpl&&5 1 9b3tA1»ftt Dar Antrieb des Blocks 7 um seine Achse in der Bohrung 6 des Stopf ens erfolgt mittels* eines Zalmrads 12, das mit einer Steuerkette 13 in Eingriff steht, €i<a von einem außerhalb des Reaktors auf der Oberseite. des Stopfens montierten üntersetzungsmotor 14 angetrieben wird:«. Die getalt@3? S und der T^agkranz 10 dss Blocks sind im Inneren, «iaes. feststehenden Schutzgehäuses 15 angeordnet, während zvsr Abdichtung gegmnüheT der mit dem Innenraian des Behälters 3 in Verbindung- st©h@iid@a Durchlaßöffnung β bekannte Gleitdichtuagen 16 vorgesehen sind»

Erfindmgsgemäß mist d@E> Block 7 zwei vertikale Bohrisngen 17 und 18 auf/ die für den Einbau der swei parallelen Arme 19 imd 20 vorgesehen sindo Jeder dieser itoie weist einem senkrechten Rohrabschnitt 21 vma 22 auf j? die durch die Boteraigen 17 uM 18 reichen vmä in ihrer axialst Bswegwig durch Rollen 23 geführt sind. Außerdem weisen dia Bohnmgen 17 wiä 18 an ihrem unteren Ende nach innen vorspringende Wulst® 24 auf, welche gegen die Außenfläche der Kohrabsehnitte 21 und 22 anliegen, "um sie bei ihrer . Verschiebungsbeif®g\ing geg<§n&üheT dem Block 7 abzudichten. An ihrem entgegengesetzten Sud© reiche«, die lohrabschaitte 21 und 22 durch eine zweite Mchtumgsasiordnung 25, deren Ausführung hier ohne Bedeutung ist, und reichen aiäßerhalb des Behälters 3 in eine Haube 26, die ein .tetslebsdifferential 27 enthält, dessen Einzelheiten weiter unt@n mt Bez^g auf Pig» 2 beschrieben sind.

Gemäß einer wichtigen Maßnahme des? Brf ixidimg sind die beiden Rohrabschnitte 21 tmd 22 des¹ baiden Arme miteinander durch eine Vorrichtung verbunden, welche ihre Verschiebungen unabhängig voneinander in senkrechter Richtung zuläßt _e eine Verschiebimg gejgen-

einander in seitlicher Richtung jedoch verhindert. Diese Vorrichtung weist im wesentlichen' einen Quer bügel oder Block 28 aisf, der beispielsweise mit der Außenfläche des Rohrabschnitts 21 des ersten Arms 19 fest verbunden ist und Führungsrollen 29 trägt, die in ihm um waagerechte Achsen 30 frei drehbar gehalten sind und gegen die Außenfläche des zweiten Rohrabschnitts 22 drücken.

An seinem unteren Ende ist der Rohrabschnitt 21 des ersten Arms 19 mit einem waagerechten Träger 31 versehen, der an seinem Ende eine zylindrische Hülse 32 mit senkrechter Achse trägt» die ©inen Greifer 33 enthält, der mit dem Kopf des zu handhabenden Brennelements 2a in Eingriff kommen kann. In gleicher Weise trägt der. Rohrabschnitt 22 des zweiten Arms 2ö an seinem unteren Teil einen Träger 34» der in der gleichen senkrechten Ebene wie der Träger 31 verläuft und an seinem Ende eine zylindrische Lunette 35 aufweist, die in der Achse und unterhalb der Hülse 32 des Greifers 33 angeordnet ist,

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab die Einzelheiten des Antriebsdifferentials, welches zur Verschiebung der Arme 19 und 20 und besonders ihrer senkrechten Rohrabschnitte 21 -und 22 beisfigliefe des vom Drehstopfen 5 getragenen Halteblocks 7 dient» Wie diese Figur zeigt, weist das Antriebssystem im wesentlichen einen einzigen Steuermotor 36 auf, dessen Abtriebswelle 37 von einem Gehäuse 38 gehalten ist, das ein übliches Differential umgibt. Die Welle 37 ist an ihrem Ende mit einem Antriebskegelrad 39 versehen, das in Eingriff steht mit einem Antriebskranz 40, der axial einen Zapfen 41 aufweist, der im Inneren des Gehäuses 38 frei drehbar gehalten ist. Dieser Antriebskranz 40 ist fest verbunden mit einem zu ihm koaxialen zylindrischen Ring 42, der zwei in einer Richtung liegende Querachsen 43 und 44 trägt, die

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jeweils am Ende mit gleichen Kegelrädern 45 und 46 versehen sind, welche die Satellitenkegelräder des Differentials bildea» Biese Kegelräder stehen in Eingriff ssit zwei anderen gleichen Zahnkränzen 47 und 48, welche die Planeten-zahnkränze des gleichem Mffererentials bilden und irdt swei 'Abtriebsvellesi 49 und 50 fest verbunden sind, die in einer Richtung liegen rad bezüglich des Gehäuses 38 in Rollenlagern· 41 drehbar sind« Die Helle 49 ist mit einer elektromechanischen Bremse 52 versehen, deren Aufgabe im folgenden angegeben ist, und trägt an ihrem entgegengesetzten Ende ein geradzahniges Ritzel 53» das im beschriebenen Beispiel mit einer Zahnstange 54 in Eingriff, steht» die von der Außenfläche des Rohrabschnitts 21 des ersten Arms getragen ist. Die Drehbewegung dieses Ritzels 53 bewirkt also eine. Translationsbewegung des Arms 19 parallel zu seiner Achse ₈ wobei der Rohrabschnitt 21 durch offene Rinnen 55 geführt ist, die mit feststehenden Säulen 56 zusammenwirken, die von Tragbalken 57 gehalten sind, die ihrerseits im Inneren der den gesamten Antriebs- und Steuermechanismus umgebenden Haube 26 vorgesehen sind» In gleicher Weise ist auch die Welle 50 des zweiten Zahnkranzes 48 mit einer Bremse 58 versehen und trägt am Ende ein geradzahniges Ritzel 59 ₅ das mit einer Zahnstange 60 in Eingriff steht, die von der Außenfläche des Rohrabschnitts 22 des zweiten Arms 20 getragen ist. Die Übertragung der Bewegung des Ritzels 59 auf die Zahnstange 60 erfolgt hier über ein Zwischenzahnrad 61, welches die Bewegungsrichtung am Abgang der Welle 50 und -damit die Bewegungsrichtung des Arms 20 bezüglich des ÄMas 19 umkehrt.

Die beschriebene Ladevorrichtung arbeitet wie folgtι Man geht davon aus, daß die beiden Arme 19 und. "20. im Xmeren des Halteblocks montiert sind und dieser in seine durch den Drehstopfen 5 des Reak-

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torbehälters 3 führende Durch!aßöffnung 6 eingesetzt ist. Zunächst wird nun der zweite Arm 20 so eingestellt, daß seine zylindrische Lunette 35 über das zu handhabende Brennelement 2a gelangt und mit ihrem unteren Ende gegen den oberen Teil des Reaktorkerns 1, das heißt gegen die das Brennelement 2a umgebenden Brennelemente 2 drückt. Zu diesem Zweck läßt' man den Motor 36 in der entsprechenden Richtung laufen, daß das Ausgangsritzel 59 der Welle 50 die Zahnstange 60 des Rohrabschnitts 22 dieses Arms nach unten bewegt, bis die Lunette 35 gegen den oberen Teil des Reaktorkerns 1 anschlägt. Während dieser Bewegung wi:rd die Bremse 52 so betätigt, daß sie die Abtriebswelle 49 des Zahnkranzes 47 und damit das Ausgangsritzel 53 blockiert. Selbstverständlich sorgt man vor dem Absenken des Arms 20 für eine geeignete Azimut eins teilung der gesamten Ladevorrichtung durch Kombination von Relativdrehungen des Drehstopfens 5 einerseits und des Halteblocks 7 andererseits.

Nach Durchführung dieses ersten Arbeitsgangs betätigt man die Bremse 58, um das Ritzel 59 zu blockieren, und löst die Bremse 52, so daß wiederum vom Motor .36 her das Ritzel 53 angetrieben wird, um die zylindrische Hülse 32, welche den Greifer 33 enthält, in das Innere der Lunette 35 zu bringen, bis der Greifer mit dem Kopf oder oberen Ende des zu handhabenden Brennelements 2a in Eingriff kommt. <

Das Herausziehen des Brennelements 2a kann anschließend erfolgen, indem gleichzeitig die beiden Bremsen 52 isnd 58 gelöst werden und man den Antriebsmotor 36 in der entsprechenden Richtung laufen läßt. Es ist offensichtlich, daß durch das Differential jede auf das Brennelement 2a dOTc& den vom rohrförmigen Teil 21 des ersten Arms 19 getragenen Greifer 33 ausgeübte Zugkraft begleitet ist von einer gleichen, jedoch umgekehrt gerichteten Kraft» die auf

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den Rohrabschnitt 22 des zweiten Arms 20 wirkt und die Lunette 35 gegen die das Brennelement 2a umgebendem Brennelemente andrückt. Da die beiden Rohrabschnitt® 21 und 22 der Arme 19 waä 20 durch den Bügel 28 und die Rollen 29 seitlich unverschiebbar verbunden sind, ergibt sich, daß die Seitenkräfte, die einerseits vom Greifer auf das Brennelement 2a und andererseits von der Lunette 35 ausgeübt werden, stets gleich wsä entgegengesetzt gerichtet sind, das heißt sich gegenseitig aufheben. Unabhängig von der ausgeübten Kraft bleibt die seitliche Gesamteinwirkung auf das Brennelement stets Null. Die vom Greifer 33 auf das Brennelement 2a ausgeübte Kraft ist daher stets axial gerichtet und ermöglicht, dieses Brennelement leicht so weit herauszuziehen, daß es aus der Lunette 35 austritt" _f_. worauf man die üblichen weiteren Hantierungen mit diesem Brennelement vornehmen kann, die nicht mehr der eigentliche Gegenstand der Erfindimg sind«

Die Vorteile der beschriebenen und gezeigten.Vorrichtung ergeben sich aus den obigen Angaben und besonders daraus, daß das erfindungsgemäße System normalerweise das Festklemmen des Brennelements vermeidet _s selbst wenn dieses eine erhebliche Blähung oder Biegung aufweist» Die syuehrone Betätigung der beiden Arme in entgegengesetzter Richtung verhindert alle Seitenkräfte und ermöglicht im Prinzip ohne übermäßige Verformung des Brennelements dessen Herausziehen oder Einsetzen. Außerdem können durch Betätigung des Antriebsdifferentials» wobei die Bremsen nach Wunsch auf die eine oder andere Abtriebswelle des Systems wirken, die Bewegungen sowohl des Greifers als auch der Lunette unabhängig voneinander gesteuert werden, wodurch man besonders bestimmte Nachteile vermeiden kann, die im Verlauf von Hantierungen der Brennelemente auftreten können. Besonders wenn sich ein Brennelement während des

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Herausziehens festklemmt, beispielsweise wegen seiner zu starken Biegung, kann man offensichtlich durch alleinige Betätigung des / zweiten Arms die Lunette nach oben vom Brennelement abziehen und darauf die ganze Ladevorrichtung beiseite bewegen, um freien Platz für die notwendigen Sonder- und Notmaßnahmen am Brennelement zu schaffen. Ebenso, wenn ein beliebiges Brennelement des Kerns sich axial bezüglich der benachbarten Brennelemente verschoben hat und über die Höhe derselben hinausreicht, kann man leicht die Lunette von oben über dieses Brennelement schieben, es nach unten drücken und gemäß dem oben angegebenen Arbeitsverfahren ergreifen, um es dann in gleicher Weise wie die anderen Brennelemente des Kerns zu transportieren.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das beschriebene Ausführungsbeispiel sondern umfaßt auch alle Abwandlungen. Besonders können die Antriebs- und Verbindungselemente zwischen den Rohrabschnitten der beiden Arme und den Abtriebswellen des Differentials, die im betrachteten Beispiel aus Ritzel- Zahnstangenanordungen bestehen, auch von Rädern mit Ketten gebildet werden, die mit den Rohrabschnitten der Arme an deren oberen Enden verbunden sind und über tBnlenkräder laufen, die in der Haube montiert sind, welche das außerhalb des Reaktorbehälters angeordnete Differential umgeben.

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Claims (1)

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Ladevorrichtung, sot HandkabiMg won Brennelementen im einem Kernreaktor* besonders ©ines mit schnellen Metatronen arbeitenden Reaktors_s bei dem der Kern aias einer Anordnung.seitlich nefeeneinander vsaü senkreclat stehender Brennelement® besteht wsd von einem Strahlensckutzhehältez" isageben ist j gelcenageiclmet äiarcli zrci spichron gesteuerte Arme. (19_S 20) von denen der erste Arm (19) aias einem senkrechten RohrabsGlmitt (21) besteht _v an dessen in den Reaktorbehälter reichendem Ende ein waagerechter Träger (31) befestigt ist_s der "an seinem äeüa'Arm gegenüber liegenden Ende eine senkrechte Fükrangshülse (32) für einen Greifer (33) trägt, während der zweite Arm (20) einen senkreckten Rohrabschnitt (22). -und einen in der den Träger (31) des ersten Arms (19) enthaltenden senkrechten Ebene angeordneten waagerechtem Träger (34) aufweist^,

der eine zur Füiiruagshülse (32) des Sreifers (3S) des ersten Trägers (31) koaxiale senkrechte zylindrische Lunette (35)" trägt, wobei die Rohrabschnitte (21 „ 22) der beiden arme (19* 20) verschiebbar aneinander befestigt - und über ein Differential (27) so angetrieben sind, daß ihre Bewegimgen dia gleiche,· jedoch in entgegengesetzter Richtung wirkende Kraft erzeugen tmd die seitliche Einwirkung des Greifers (33) "des ersten Arms (31) auf. ein Brennelement (2a:) gleich -und entgegengesetzt gerichtet %w? seitlichen Einwirkung der zylindrisehen Lisanette (35) des zweiten Arms (20) auf das gleiche Brennelement (2a) istο .

2, Vorrichtimg nach Misprwzh 1 ₀ dadiarch g@ken3aseichnet_B das die verschiebbare Verbindimg zwischen den senkrechten !öteafo (.21 β 22) der beiden Arme (19 _s 20) a.vs einem ■ Qtaerbügel (28) ba steht, der mit einem der Arme (19) fest verbunden ist.wad a.n£

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waagerechten Achsen (30) frei drehbare Rollen (29) trägt,"die gegen die Oberfläche des Rohrabschnitts (22) des anderen Arms (20) drücken» ' ■

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs- und Steuerdifferential (27) der beiden Arme (19, 20) einen gemeinsamen Antriebsmotor (36) für einen Antriebs zahnkranz (40) aufweistj der Antriebszahnkranz (40) zwei Satellitenzahnräder (45, 46) trägt, die mit zwei Planetenzahnkränzen (47, 48) in Eingriff steherij, die ihrerseits mit zwei in einer Richtung liegenden angetriebenen Abtriebswellen (49₉ 50) fest verbunden sind, die ihrerseits mit swei die senkrechten Rohrabschnitte (21 _s 22) der beiden Arme (19,- 20) direkt antreibenden Elementen (53» 54? 59, 60, 61) versehen sind,,

4» Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ^ Abtriebswellen (49, 50) der beiden Planetenzahnkränze (47 υ 48) jede mit einer Bremse (52, 58) zusammenwirken, welche die unabhängige Betätigung des einen oder anderen der beiden Arme (19, 20) ermöglichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente der Rohrabschnitt^ (21, 22) der beiden Arme (19, 20) aus Antriebsritzeln (53» 59 _a 61) bestehen₉ welche an Zahnstangen (54t 60) angreifen, die won diesen Rohrabschnitten

(21, 22) getragen sind, oder aus Antriebsscheiben bestehen_s welchemit diesen Rohrabschnitten an deren oberen Enden verbundene Ketten antreiben=

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