DE2325049C2

DE2325049C2 - Ladevorrichtung zur Handhabung von Brennelementen in einem Kernreaktor

Info

Publication number: DE2325049C2
Application number: DE2325049A
Authority: DE
Inventors: Gerard Paris Dupuy
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-05-18
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1983-12-15
Also published as: FR2184488A1; FR2184488B1; JPS4949095A; DE2325049A1; JPS6010280B2; GB1384844A; US3909350A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zur Handhabung von Brennelementen in einem Kernreaktor, dessen Kern aus einer Anordnung seitlich nebeneinander und senkrecht stehender Brennelemente besteht und von einem- Strahlenschutzbehälter, im allgemeinen aus Beton, umgeben ist Insbesondere ist die Ladevorrichtung für einen mit schnellen Neutronen arbeitenden Reaktor geeignet. Die Handhabung der Brennelemente, um aus dem Kern gebrauchte Brennelemente zu entnehmen und sie durch neue Brennelemente zu ersetzen, erfolgt in bekannter Weise mitteis eines abgewinkelten Arms, der an seinem Ende einen Greifer oder ein entsprechendes Element trägt und in den Reaktorbehälter durch eine öffnung reicht, die in einem Drehstopfen ausgebildet ist, der seinerseits in der den oberen Teil des Behälters bildenden Wand gehalten ist. Durch kombinierte Drehungen dieses Arms im Stopfen einerseits und des Stopfens selbst in der Behälterwand andererseits kann der vom abgewinkelten Arm getragene Greifer nacheinander über jeden Platz der Brennelemente des · Kerns gebracht werden, um sie herauszunehmen oder einzusetzen.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art ist in FR-PS 15 69 729 beschrieben, nämlich eine Vorrichtung zur Handhabung von Brennelementen für einen Kernreaktor, bei welcher ein Arm einen Rohrabschnitt aufweist, der senkrecht durch den Drehstopfen geführt ist Dieser Rohrabschnitt trägt an seinem Ende einen waagerechten Träger, der in einem senkv echten Führungsrohr endet Ein weiterer Arm dieser Vorrichtung weist ebenfalls einen Rohrabschnitt auf, der koaxial zum ersten Rohrabschnitt angeordnet ist und an seinem unteren Ende einen waagrechten Träger trägt, an dessen Ende sich ein Greifer befindet Dieser Greifer kann den Kopf eines zu handhabenden Brennelements ergreifen oder freigeben, wenn er genau über dieses Brennelement und in dessen unmittelbare Nachbarschaft gebracht wird.

Die beiden Arme sind bezüglich des Drehstopfens drehbar, wodurch der Greifer in die Arbeitsstellung oberhalb des Kopfes des zu greifenden Brennelements gebracht werden kann. Der Arm, der den Greifer trägt, ist in Richtung seiner Längsachse verschiebbar, wodurch das Brennelement nach dem Befestigen des Greifers angehoben und bis oberhalb des Kerns herausgezogen werden kann. Dagegen ist der andere Arm bezüglich des Drehstopfens unverschiebbar gehalten, außer für den Sonderfall eines Eingriffs bei einer Störung.

Diese bekannte Ladevorrichtung hat den Nachteil, daß sich der Arm, der den Greifer trägt, unter der Einwirkung der auf das Ende des an ihm befestigten Trägers beim Herausziehen eines Brennelements ausgeübten Zugspannung biegt. Diese Biegung des Rohrabschnitts des Arms führt dazu, daß die Achse des Greifers und die Achse des herauszuziehenden Brennelements nicht mehr gleichachsig zueinander und zur Achse des Führungsrohrs, das die zylindrische Führungshülse umgibt, verlaufen. Der Kopf des Brennele-

ments ist fest mit dem Greifer verbunden, während das Brennelement Ober seine Länge vom Führungsrohr geführt wird. Daraus folgt eine Biegung des Brennelements, weiche dazu führen kann, daß es sich im inneren des Führungsrohrs festklemmt ^:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladevorrichtung zur Handhabung von Brennelementen in einem Kernreaktor zu schaffen, welche die Ausrichtung der Achse des Greifers mit der Achse des Fühmngsrohres streng aufrechterhält, auch wenn eine to Zugkraft auf den Greifer ausgeübt wird, um ein Brennelement herauszuziehen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladevorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. -

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ünteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung trägt der erste Arm am unteren Ende seines Rohrabschnitts eine in der Querrichtung starre Verbindungskonstruktion, welche in der senkrechten Richtung mit dim Arm gegenüber dem zweiten Arm verschiebbar ist Diese Verbindung ermöglicht die axiale Verschiebung der beiden Arme gegeneinander, verhindert jedoch eine Biegung des Rohrabschnitts des ersten Arms bezüglich des zweiten Arms. -

Damit diese Führung des ersten Arms maximal wirksam ist, muß selbstverständlich der als Führungselement dienende zweite Arm sehr starr sein, sonst könnten sich nämlich die beiden Arme gemeinsam biegen, wenn eine Kraft am Ende des Greifers angreift Erfindungsgemäß verbessert man die Starrheit des zweiten Armes, indem man ihn in axialer Richtung verschiebbar ausbildet und in der Arbeitsstellung das Führungs- und Gegenhalterohr, welches er an seinem Ende trägt, auf dem Kern des Reaktors abstützt Der Kern bildet so ein Gegenlager, so daß der zweite Arm an seinen beiden Enden gehalten ist, was seine Biegefestigkeit erhöht und damit die Führung des ersten Arms verbessert. «o

Weitere Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden erläutert mit Bezug auf die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die sich auf die Zeichnung bezieht Hierin zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt der Ladevorrichtung;

F i g. 2 einen Querschnitt in größerem Maßstab des zur Ladevorrichtung der Fig. 1 gehörenden Antriebsdifferentials.

F i g. 1 zeigt schematisch den oberen Teil des Kerns 1 >o eines Kernreaktors, der von nebeneinander stehenden prismatischen Brennelementen 2 gebildet wird und der insbesondere ein mit schnellen Neutronen arbeitender Reaktor ist. Einzelheiten der in der Figur nur schematisch 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 einer 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 Te'l eine Querschulter 8 auf, die im Inneren eines Tragkranzes 10 auf Rollenlagern 9 drehbar ist. Der Tragkranz 10 ruht auf einem Stützring 11, der sich seinerseits auf dem oberen Teil de« Drehstopfens 5 abstützt Der Antrieb des Blocks 7 um seine Achse in der Bohrung 6 des Stopfens erfolgt mittels eines Zahnrads 12; das mit einer Steuerkette 13 in Eingriff steht, die vor einem außerhalb des Reaktors auf der Oberseite 'des Stopfens montierten Untersetzungsmotor 14 angetrieben wird. Die Querschulter 8 und der Tragkranz 10 sind im Inneren eines feststehenden Schutzgehäuses 15 angeordnet, während zur Abdichtung gegenüber der mit dem Innenraum des Behälters 3 in Verbindung stehenden Durchlaßöffnung 6 bekannte Gleitdichtungen 16 vorgesehen sind.

Der Block 7 weist zwei vertikale Bohrungen 17 und 18 auf, die für den Einbau der zwei parallelen Arme 19 und 20 vorgesehen sind. Jeder dieser Arme weist einen senkrechten Rohrabschnitt 21 und 22 auf, die durch die Bohrungen 17 und 18 reichen und bei einer axialen Bewegung durch Rollen 23 geführt sind. Außerdem weisen die Bohrungen 17 und 18 an ihre<n unteren Ende nach innen vorspringende Wülste 24 aef. weiche gegen die Außenfläche der Rohrabschnitte 21 unä 22 anliegen, um sie bei der axialen Bewegung gegenüber dem Block 7 abzudichten. An ihrem entgegengesetzten Ende reichen die Rohrabschnitte 21 und 22 durch eine zweite Dichtungianordnung 25, deren Ausführung hier ohne Bedeutung ist und reichen außerhalb des Schutzbehälters 3 in eine Haube 26, die ein Antriebsdifferential 27 enthält, dessen Einzelheiten weiter unten mit Bezug auf Fi g. 2 beschrieben sind.

Gemäß einer wichtigen Maßnahme der Erfindung sind die beiden Rohrabschnitte 21 und 22 der beiden Arme miteinander durch eine Vorrichtung verbunden, welche ihre Verschiebungen unabhängig voneinander in axialer Richtung zuläßt eine Verschiebung gegeneinander in radialer Richtung jedoch verhindert Diese Vorrichtung weist im wesentlichen einen Querbügel 28 auf, der beispielsweise mit der Außenfläche des Ronrabschnitts 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 Rohrabschnittes 22 drücken.

An seinem unteren Ende ist der Rohrabschnitt 21 des ersten Arms 19 mit einem waagerechten ersten Träger 31 versehen, der an seinem Ende eine zylindrische Führungshülse 32 mit senkrechter Achse trägt die einen Greifer 33 enthält der mit dem .Kopf des zu handhabenden Brennelements 2s in Eingriff kommen kann. In gleicher Weise trägt der Rohrabschnitt 22 des zweiten Arms 20 an seinem unteren Teil einen Träger 34, der in der gleichen senkrechten Ebene wie der Träger 31 verläuft und an seinem Ende ein zylindrisches Führungs- und Gegenhaltdrohr 35 aufweist, die in der Achse ülic? unterhalb der Führungshülse 32 des Greifers 33 angeordnet ist.

Fig.2 zeigt in größerem Maßstab die Einzelheiten des Antriebsdifferentials, welches zur axialen Verschiebung der Arme i9 und 20 und besonders ihrer senkrechten Rohrabschnitte 21 und 22 bezüglich des vom Drehstopfen 5 getragenen Halteblocks 7 dient. Wie diese Figur zeigt, weist das Antriebssystem im wesentlichen einen einzigen Antriebsmotor 36 auf, dessen Abtriebswelle 37 von einem Gehäuse 38 gehalten ist, das ein übliches Differential umgibt. Die Abtriebsweile 37 ist an ihrem Ende mit einem Antriebskegelrad 39 versehen, das in Eingriff steht mit einem Antriebszahnkranz 40, der axial einen Zapfen 41 aufweist, der im Inneren des Gehäuses 38 frei drehbar gehalten ist. Der Antriebszahnkranz 40 ist fest

verbunden mit einem zu ihm koaxialen zylindrischen Ring 42, der zwei in einer Richtung liegende Querachsen 43 und 44 trägt, die jeweils am Ende mit gleichen Kegelrädern 45 und 46 verschen sind, welche die Satellitenkegelräder des Antriebsdifferentials 27 bilden. Diese Kegelräder stehen in Eingriff mit zwei anderen gleichen Zahnkränzen 47 und 48, welche die Planetenzahnkränze des Antriebsdifferentials bilden und mit zwei Wellen 49 und 50 fest verbunden sind, die in einer Richtung liegen und bezüglich des Gehäuses 38 in Rollenlagern 51 drehbar sind. Die Welle 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 Ritzeis 53 bewirkt also eine Translationsbewegung des Arms 19 parallel zu seiner Achse, 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 Antr-iebs- 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, 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 Arms 19 umkehrt

Die beschriebene Ladevorrichtung arbeitet wie folgt: Man geht davon aus, daß die beiden Arme 19 und 20 im Inneren des Blocks 7 montiert sind und dieser in seine durch den Drehstopfen 5 des Schutzbehälters 3 führende Durchlaßöffnung 6 eingesetzt ist. Zunächst wird nun der zweite Arm 20 so eingestellt, daß das zylindrische Führungs- und Gegenhalterohr 35 über das zu handhabende Brennelement 2a gelangt und mit seinen 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 das Führungs- und Gegenhalterohr 35 gegen Ίεη oberen Teil des Reaktorkerns 1 anschlägt Während dieser Bewegung wird die Bremse 52 so betätigt, daß sie die Welle 49 des Zahnkranzes 47 und damit das Ausgangsritzel 53 blockiert Selbstverständlich sorgt man vor dem Absenken des Arms 20 für eine geeignete Azimuteinstellung der gesamten Ladevorrichtung durch Kombination von Relativdrehungen des Drehstopfens 5 einerseits und des Blocks 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 vom Antriebsmotor 36 her das Ritzel 53 angetrieben wird, um die zylindrische Führungshülse 32, welche den Greifer 33 enthält, in das Innere des Führungs- und Gegenhalterohrej 35 zu bringen, bis der Greifer mit dem Kopf des zu handhabenden Brennelements 2a in Eingriff kommt Das Herausziehen des Brennelements 2a kann anschließend erfolgen, indem gleichzeitig die beiden Bremsen 52 und 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 durch 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 den Rohrabschnitt 22 des zweiten Arms 20 wirkt ίο und das Führungs- und Gegenhalterohr 35 gegen die das Brennelement 2a umgebenden Brennelemente andrückt. Da die beiden Rohrabschnitte 21 und 22 der Arme 19 und 20 durch den Querbügel 28 und die Führungsrollen 29 seitlich unverschiebbar verbunden sind, ergibt sich, daß die Seitenkräfte, die einerseits vom Greifer auf das Brennelement 2a und andererseits von ι dem Führungs- und Gegenhalterohr 35 ausgeübt werden, stets gleich und entgegengeset7t gerichtet sind -das heißt sich gegenseitig aufheben. Unabhängig von μ 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 dem Führungs- und Gegenhalterohr 35 austritt, worauf man die üblichen weiteren Hantierungen mit diesem Brennelement vornehmen kann.

Die Vorteile der beschriebenen und gezeigten Vorrichtung ergeben sich aus den obigen Angaben und besonders daraus, daß die erfindungsgemäße Ladevorrichtung normalerweise das Festklemmen des Brennelements vermeidet, selbst wenn dieses eine erhebliche Blähung oder Biegung aufweist. Die gleichzeitige Betätigung der beiden Arme in entgegengesetzter Richtung verhindert alle Biegekräfte auf das Brennelement 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 des Führungs- und Gegenhalterohres unabhängig voneinander gesteuert werden. Besonders wenn sich ein Brennelement während des Herausziehens festklemmt, beispielsweise wegen seiner zu starken Biegung, kann man offensichtlich durch alleinige Betätigung des zweiten Arms das Führungs- und Gegenhalterohr nach oben vom Brennelement abziehen und darauf die ganze Ladevorrichtung beiseite bewe- ·. so gen, um freien Platz für die notwendigen Sonde,- 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 das Führungs- und Gegenhalterohr 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 Antriebs- und Verbindungselemente zwischen den Rohrabschnilten der beiden Arme und den Abtriebswellen des Differentials, die im betrachteten Beispiel aus Ritzel-Zahnstangenanordnuiigen bestehen, können auch von Rädern mit Ketten gebildet werden, die mit den Rohrabschnitten der Arme an deren oberen Enden verbunden sind und über Umlenkräder laufen, die in der Haube montiert sind, welche das außerhalb des Reaktorbehälters angeordnete Differential umgibt ]

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ν Patentansprüche:

1. Ladevorrichtung zur Handhabung von Brennelementen in einem Kernreaktor, dessen Kern aus einer Anordnung seitlich nebeneinander und senkrecht stehender Brennelemente besteht und von einem Strahlenschutzbehälter umgeben ist, mit zwei Armen, von denen der erste Arm einen senkrechten ersten Rohrabschnitt und einen waagerechten ersten Träger, der mit einem Ende an dem in den Reaktorbehälter reichenden Ende des senkrechten ersten Rohrabschnitts befestigt ist und an seinem anderen Ende eine senkrechte. Führungshülse mit * einem Greifer trägt, und von denen der zweite Arm einen senkrechten zweiten Rohrabschnitt und einen in der den ersten Träger des ersten Arms enthaltenden senkrechten Ebene angeordneten waagerechten zweiten Träger, der mit einem Ende an dem in den Reäktorbehälter reichenden Ende des senkredhisn zweiten Rohrabschnitts befestigt ist und an seinem anderen Ende ein .zur Führungshülse ^2ΰ des Greifers des ersten Trägers koaxiales senkrechtes zylindrisches.. Führungsrohr trägt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der senkrechten Rohrabschnitte (21 und 22) der beiden Arme .(19 und 29) in einem Abstand voneinander verlaufen, daß das als zylindrisches Führungs- und Gegenhalterohr (35) ausgebildete Führungsrohr und die Führungshülse (32) des Greifers (33) durch eine starre, in radialer Richtung unverschiei-bare und in axialer Richtung verschiebbare Verbindung (2£}zwiscb-5n den Rohrabschnitten (21 und 22) koaxial zueinander gehalten sind und daß die beiden Arme (19 und 28) durch ein Antriebsdifferential (27) in gleicher oder entgegengesetzter Richtung bewegbar sind.

2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Verbindung (28) zwischen den senkrechten Rohrabschnitten (21, 22) der beiden Arme (19, 20) aus einem Querbügel (28) besteht, der mit einem der Arme (19) fest *o verbunden ist und auf waagerechten Achsen (30)*rei drehbare Rollen (29) trägt, die gegen die Oberfläche des Rohrabschnitts (22) des anderen Arms (20) drücken.

3. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsdifferential (27) einen gemeinsamen Antriebsmotor (36) für einen Antriebszahnkranz (40) aufweist, der Antriebszahnkranz (40) zwei Satellitenzahnräder (45,46) trägt, die mit zwei Planetenzahnkränzen (47, 48) in Eingriff stehen, die ihrerseits mit zwei in einer Richtung liegenden angetriebenen Abtriebswellen (49, 50) fest verbunden sind, die ihrerseits mit zwei die senkrechten Rohrabschnitte (21, 22) der beiden Arme (19, 20) direkt antreibenden Antriebselementen (53,54;59,60,61) versehen sind.

4. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswellen (49,50) der beiden Pianetenzahnkränze (47, 48) jede mit einer Bremse (52, 58) zusammenwirken, welche die unabhängige Betätigung des ersten oder des zweiten Armes (19,20) ermöglichen.

5. Ladevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente der Rohrabschnitte (21,22) der beiden Arme (19,20) aus Antriebsritzeln (53, 59, 61) bestehen, welche an Zahnstangen (54, 60) angreifen, die von den Rohrabschnitten (21,22J getragen sind.

6. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente der. Rohrabschnitte (21, 22) der beiden Arme (19, 20) aus Antriebsscheiben bestehen, welche mit den Rohrabschnitten an deren oberen Enden verbundene Ketten.antreiben.