DE2357426C2 - Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Betriebselementen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschikkungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Betriebselementen

— mit zylinderartigen Funktionseinheiten mit gleichen äußeren Abmessungen für die Zugabe, Förderung und Entnahme der Betriebselemente,

— mit einem gleichzeitig als Abschirmung und als Gehäuse dienenden Block, in dem die Funktionseinheiten nach dem Baukastenprinzip in Bohrungen gleichen Durchmessers installiert sind und der alle für die Beschickung erforderlichen, an entsprechende Bohrungen in den Funktionseinheiten anschließenden Kugellaufbohrungen aufweist, und

— mit Antriebsmotoren, die durch den Block gegen einen Beschickungsraum abgeschirmt sind,

— wobei ei* erster Teil der Funktionseinheiten jeweils aus einem drehbaren Funktionselement, einem Lagerstopfen und einem durch letzteren geführten Antriebsteil, der jeweils mit einem der Antriebsmotoren verbunden ist, besteht,

— wobei ein zweiter Teil der Funktionseinheiten jeweils aus einem imbewegbaren runktionselement und einem Abschirmstopfen besteht und

— wobei der Block in mehrere Funktionsblöcke unterteilt ist, die jeweils nur gleichgestaltetc Funktionseinheiten enthalten.

Eine derartige Beschickungsanlage gestattet im Gegensatz zur Beschickung von Kernreaktoren mit stabförmigen Brennelementen eine kontinuierliche Zugabe und Entnahme von Brennstoff und somit eine Kompensation des Abbrandes des Brennstoffs während des Reaktorbetriebes. Im einzelnen hat die Beschickungsanlage folgende Aufgaben zu erfüllen:

— Kontinuierliche Zugabe und Entnahme der kugelförmigen Brennelemente, Moderatorelemente und Absorberelemente in den bzw. aus dem Reaktorkern;

— Einschleusen neuer Kugeln in den Brennelementkreislauf des Reaktors;

— Ausschleusen der abgebrannten Brenn- und Absorberelemente sowie Urs Moderatorelemente aus dem Brennelementkreislauf;

— Absondern der beschädigten und zerbrochenen Kugeln (Schrott) aus dem Brennelementkreislauf;

- Messen des Abbrandzustandes der Brennelemente und Absorberelemente und Unterscheiden der Kugeisorten.

Zur Bewältigung aller dieser Aufgaben umfaßt die Beschickungsanlage mehrere Schleusen, einen Schrottabscheider, eine Abbrandmeßvorrichtung und diverse

ίο Anlagenteile zum Anhalten, dosierten Weitergeben und zur Verteilung der kugelförmigen Betriebselemente auf verschiedene Systeme sowie zur druckmäßigen Abtrennung einzelner Teilstrecken der Beschickungsanlage.
Zum Stand der Technik gehört die Beschickungsanlage des Atom-Versuchskraftwerkes in Jüüch. Bei dieser Anlage wurden die Anlagenteile zur Durchführung der letztgenannten Funktionen — Funktionseinheiten genannt — jeweils für sich konstruiert und angeordnet, wobei die einzelnen Funktionseinheiten in ihren Abmessungen sehr unterschiedlich sind und verschiedenartige Antriebe besitzen. Im funktioneilen Ai^rbau der einzelnen Funktionseinheiten sind ebenfalls gioße Unterschiede vorhanden. Die Verbindung der Funktionseinheiten untereinander wird durch doppelwandige Rchrleitungen bewerkstelligt, die Kompensationselsmente aufweisen müssen.

Aus der DE-OS 15 89 532 ist eine Beschickungsanlage bekannt, die eine wesentliche Verbesserung der eben beschriebenen Anlage darstellt, da die Funktionseinheiten gleiche äußere Abmessungen besitzen und daher untereinander austauschbar sind. Jede Funktionseinheit besteht aus einem Gehäuse in Form eines sechskantigen Prismas, in dessen Innerem ein bewegbares Funktionselement ausbaubar angeordnet ist, und für alle Funk- tionseinheiten ist der gleiche Antrieb vorgesehen. Da jedes Gehäuse überdies alle für die Beschickung in Frage kommenden Anschlußbohrungen aufweist, kann somit jede Funktionseinheit jederzeit verschiedenen Funktionen angepaßt werden. Die einzelnen Gehäuse

•to sind direkt nebeneinander auf einer gemeinsamen Grundplatte befestigt, wobei zwischen den Gehäusen ein gewisses Spiel vorgegeben ist. Die Grundplatte kann Teil eines druckfesten und gasdichten Behalte« sein, in dem die Funktionseinheiten angeordnet sind. Als Antriebe werden pneumatisch betätigte Hubkolben verwendet, die in Bohrungen der Grundplatte installiert sind. Jede dieser Bohrungen ist mit einem Deckel nach außen gasdicht abgeschlossen. Die Antriebe sind daher nicht direkt zugänglich. Zur Strahlenabschirmung der Beschickungsanlage sind noch besondere Bauteile erforderlich.

Die gleiche Beschickungsanlage, jedoch mit einer Verbesserung in bezug auf den Durchlauf der kugelförmigen Betriebselemente, ist in der DE-OS 17 64 665 beschrieben. Hier ist die besondere Ausgestaltung einer als Sammler dienenden Funktionseinheit bekannt, die einen durchgehend geradlinig verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt und einen unter einem Winkel von 60° in diese.ι einmündenden Zulaufkanal aufweist. Gegenüber dem Eintritt des Zulaufkanals ist ein Umlenkbolzen in einer Nut der Kanalwandung .ungeordnet, der die zulaufenden Kugeln ohne Gtschwindigkeitsverlust in die gewünschte Richtung lenkt.

Eine weitere Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Brennelementen ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 67 53 677 bekannt; auch hier ist eine Anzahl von Funktionseinheiten mit bewegbaren Funktionselementen voreesehen. die iednch nirht in

Gehäusen, sondern in einer Platte ausbaubar angeordnet sind. Die zur Aufnahme der Funktionseinheiten bestimmten Bohrungen in der Platte besitzen alle den gleichen Durchmesser und sind stirnseitig mit Abschlußdekkeln versehen. Auch bei dieser Ausführung sind zur strahlensicheren Abschirmung der Beschickungsanlage gegen bestimmte Komponenten des Reaktors besondere Maßnahmen erforderlich.

Aus der Zeitschrift »Atom und Strom« (Dezember 1969, Seiten 217 — 224) ist eine weitere Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Betriebselementen bekannt. Auch hier weisen die Funktionseinheiten für die verschiedenen Funktionen gleiche äußere Abmessungen auf. Sie sind jedoch zylinderartig ausgebildet und nach dem Baukastenprinzip in Bohrungen eines Blockes eingesetzt, der alle für die Beschickung erforderlichen Kugellaufbohrungen aufweist. Der Block ist in mehrere Funktionsblöcke unterteilt, die jeweils ΓΐΙΐΓ giCiCiigCStuitCiC ι üimtlCrisCinnCiiCn cntuäitCn. uiu erster Teil der Funktionseinheiten besteht jeweils aus einem drehbaren Funktionselement, einem Lagerstopfen und einem durch den Lagerstopfen geführten Antriebsteil, der mit einem Antriebsmotor verbunden ist. Ein zweiter Teil der Funktionseinheiten umfaßt jeweils ein unbewegbares Funktionselcment und einen Abschirmstopfen. Der Block dient gleichzeitig als Gehäuse für die Funktionseinheiten und — im Zusammenwirken mit den Abschirm- und Lagerstopfen — als Abschirmung der Antriebsmotoren gegen einen Beschickungsraum. Zur Abdichtung gegen Primärgas sind die die Funktionseinheiten enthaltenden Bohrungen des Blokkes zu dem Beschickungsraum hin je mit einem Deckel verschlossen. Bei den in einer derartigen Beschickungsanlage vorliegenden Betriebsbedingungen und der Vielzahl von Bohrungen in dem Block lassen sich jedoch Leckagen des Primärgases in den Raum mit den An- !riebsmotoren nicht völlig ausschließen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Beschickungsanlage der eingangs beschriebenen Bauart so auszugestalten, daß die Antriebsmotoren und die Funktionseinheiten ohne großen Aufwand an Abschirmungsmaßnahmen und unter Wahrung aller an die nukleare Sicherheit zu stellenden Anforderungen direkt zugänglich sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß die Bohrungen für die Funktionseinheiten als Sackbohrungen ausgeführt sind, die sich zur Seite der Antriebsmotoren hin öffnen, und daß der Block derart in eine Abschirmung eingebaut und an seinen Außenseiten gegen diese abgedichtet ist, daß eine gasdichte Abschirmung gegen den Bescrnckungsraum entsteht.

Die erfindungsgemäße Beschickungsanlage besitzt alle Vorteile der bisher bekannten Anlagen — Austauschbarkeit der Funktionseinheiten. Einsparung von Rohrleitungen, geringe Abmessungen der Funktionseinheiten, wodurch nur relativ kleine Ausbaugeräte erforderlich sind — und verbindet mit diesen Vorteilen noch eine größere Betriebssicherheit und bessere Zugänglichkeit der Antriebsmotoren und der Funktionseinheiten, die vollständig gegen Strahlen und radioaktives Gas abgeschirmt sind. Sie können daher leicht gewartet werden.

Die Funktionseinheiten sind je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck grundsätzlich in zwei Gruppen eingeteilt, nämlich in solche Einheiten mit drehbarem und in solche mit unbewegbarem Funktionselement. Funktionseinheiten mit einem drehbaren Funktionselement können auch als »aktive« Funktionseinheiten und solche mit einem unbewegbaren Funktionseleinent als »passive« Funktionseinheiten bezeichnet werden. Zu den crstcren gehören z. B. Weichen und Dosierer; als Beispiel für eine »passive« Funktionseinheit sei ein Sammler genannt.

Sind die Antriebsteile für die drehbaren Funktionselcmente kraft- und formschlüssig mit den Antriebsmotoren verbunden, so können die Antriebsteile und die Antriebsmotoren jeweils gleichartig ausgebildet sein.

ίο Durch die Verwendung gleicher Antriebe ist eine einfache und billige Lagerhaltung möglich. Als Bewegungsart für die bewegbaren Funktionselemente ist Drehoder Schwenkbewegung vorgesehen, bei der gegenüber einer Hubbewegung erheblich an Raum gespart werden kann.

Vorteilhafterweise sind die Funktionselemente mit den Lagerstopfen bzw. mit den Abschirmstopfen mit gleichen Verbindungselementen lösbar verbunden, so daß die ruriküünscicfucnic uiuüi Oiiiiiiiuci ausgeiauicili werden können.

Sind einzelne Funktionseinheiten als Verzweigung bzw. Zusammenführung ausgebildet, so können die in den einzelnen Funktionsblöcken vorgesehenen Kugellaufbohrungen in Kugellaufrichtung gesehen bei der Verzweigung einen Winkel von 120° und bei der Zusammenführung einen Winkel von 60° einschließen. |c drei benachbart liegende Funktionseinheiten bilden dabei ein gleichseitiges Dreieck. Diese Anordnung stellt die »dichteste Packung« von Funktionseinheiten dar, jo wobei zwei Funktionseinheiten in der Hauptleitung liegen und die dritte sich in der abzweigenden oder einmündenden Leitung befindet.

Sind die Bohrungen in den Blöcken, die zur Aufnahme der Funktionseinheiten bestimmt sind, zur Seite der Antriebsmotoren hin je mit einem Flanschdeckel abgeschlossen, so können, um die Sicherheit zu erhöhen, die Abschimsiopfen bzw. die Lagerstopfers unabhängig von den Flanschdeckeln zusätzlich in den Sackbohrungen befestigt sein, beispielsweise durch eine Kugelver-4u rasterung. So wird auch bei Versagen eines Flanschdekkels die betreffende Funktionseinheit im Block festgehalten und der freigegebene Querschnitt auf ein zulässiges Maß begrenzt.

Wie bereits erwähnt, sind die bewegbaren Funktionselemente für Dreh- oder Schwenkbewegung eingerichtet, und dementsprechend sind ihre Antriebsmotoren als Drehantriebc ausgebildet. Um eine einwandfreie Positionierung der Funktionselcmente im Hinblick auf die Kugellaufbohrungen im Block zu gewährleisten, sind an ihrem dem Abschirm- bzw. Lagerstopfen abgekehrten Ende Anschläge vorgesehen, die mit einheitlich gestalteten Gegenstücken am Ende der Sackbohrungen zusammenwirken.

Es wurde bereits eingangs beschrieben, daß die Funktionseinheiten die Aufgabe haben, die kugelförmigen Betriebselemente je nach Bedarf anzuhalten, dosiert weiterzuleiten und sie auf verschiedene Systeme zu verteilen sowie einzelne Teilstrecken der Beschickungsanlage druckmäßig von der übrigen Anlage abzutrennen, bo Um diese sehr unterschiedlichen Aufgaben erfüllen zu können, weisen sowohl die »aktiven« als auch die »passiven« Funktionseinheiten verschieden ausgebildete Funktionselemente auf.

So ist eine Anzahl von drehbaren Funktionselemenö5 ten erforderlich, die als Weichen fungieren können. Zu diesem Zweck weist ein solches Funktionselement einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt auf. In diesen Kanal kann unter einem

Winkel von 60° in Kugellaufrichtung gesehen ein Stichkanal gleichen Querschnitts eintreten, und gegenüber dem Kanaleintritt kann sich in einer Nut der Kanalwundung ein Umlenkbohen befinden, der so angeordnet ist, daß in gerader Richtung durch das Funktionselement laufende Kugeln nicht behindert werden, daß aber die nach Betätigung der Weiche die Hauptrichtung verlassenden Kvgcln in die gewünschte Richtung gelenkt werden. Durct? das Aufprallen auf den Umlcnkbolzen rollen die Kugeln in dem Stichkanal geradlinig weiter, ohne daß sie große Verluste an kinetischer Energie erleiden. Es sind sowohl Rechts- als auch Linksweichen vorgesehen.

Ist der in radialer Richtung verlaufende Kanal in einem unbewegbaren Funktionselement vorgesehen, so arbeitet diese Funktionseinheit als Sammler; d. h. aus zwei verschiedenen Richtungen kommende Kugeln werden in einer Richtung weitergeleitet. Auch hier kann gegenüber dem Eintritt des Stirhkanals ?'Π Umlenkbo!- zen in der Kanalwand vorgesehen sein.

Sind weitere drehbare Funktionselemente als Dosierer ausgebildet, so können sie zu diesem Zweck einen Raum aufweisen, in den gerade eine einzelne Kugel eintreten kann, und eine Sperre, die die Kugel nicht weiter vordringen läßt. Der Drehantrieb für ein solches Funktionselement ist derart ausgebildet, daß das Funktionselement nur Schwenkungen um 180° ausführen kann. Wenn eine Kugel in den Raum vor der Sperre eingetreten ist, wird das Funktionselement um den angegebenen Winkel geschwenkt, und die — nunmehr vereinzelte — Kugel I mn auf der gegenüberliegenden Seite in die Kugellaufbohrung des Blockes eintreten.

Vorteilhafterweise kann ein derartiges als Dosierer ausgebildetes schwenkbares Funktionselement einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen, der als Aufnahmeraum für eine Kugel dient, und die Sperre besteht aus zwei senkrecht zur Kanalachse angeordneten Bolzen, die vom Kanaleintritt und -austritt gleichweit entfernt sind und sich in der Kanalwandung gegenüberliegen. Dabei ragen sie etwas in den Kanalquerschnitt hinein, so daß der Durchtritt der kugelförmigen Betriebselemente verhindert wird, das Fördergas jedoch ungehindert das Funktionselement passieren kann. Um zu vermeiden, daß beim Schwenken des als Dosierer arbeitenden Funktionselementes die vor dem Funktionselement in der Kugellaufbohrung des Blockes anstehenden Kugeln zurückgedrückt werden, besitzt das Funktionselement im Bereich des Kanals eine Querschniltseinengung.

Die als Sperre wirkenden Bolzen, die parallel zur Drehachse des Funktionselementes liegen, werden vorteilhafterweise unsymmetrisch zu dieser Achse angeordnet, derart daß.der eine Bolzen etwas weiter in den Kanalquerschnitt hineinragt als der zweite Bolzen. Durch diese besondere Anordnung wird die Fliehkraft, die nach der Schwenkung um 180° auf die Kugel einwirkt, dazu ausgenutzt, um beim Austreten der Kugeln in die Kugellaufbohrung des Blockes der Kugel eine zusätzliche Beschleunigung zu erteilen.

Außer dem eben beschriebenen Funktionselement, das zwar die Kugeln vereinzelt und dosiert weitergibt, aber den Fördergasstrom nicht unterbricht, sind in einer Beschickungsanlage noch Einrichtungen erforderlich, die neben der Dosierung von Betriebselementen gleichzeitig den Fördergasstrom absperren, d. h. die als Drucksperre wirken. Ein Funktionselement, das als Drucksperre eingesetzt werden soll, muß ebenfalls um 180° schwenkbar sein. Derartige Funktionselemente können zwei senkrecht zur Drehachse der Funktionselemente verlaufende und sich mit ihren Enden gegenüberliegende Sackbohrungen aufweisen, die groß genug sind, um ein kugelförmiges Betricbselement aufnehmen zu können. Die beiden Sackbohrungen fluchten jedoch nicht und verlaufen auch nicht parallel, sondern ihre verlängerten Endflächen schließen einen spitzen Winkel .» miteinander ein. Diese schräge Hininündiing der Sackbohrungen in das Funktionselement wurde gewählt, um ίο auch hier wieder nach erfolgter Schwenkbewegung die Fliehkraft beim Austreten einer Kugel aus der Drucksperre ausnutzen zu können. Im Gegensatz zum Dosierer werden bei Betätigung der Drucksperre die vor ihr in der Kugellaufbohrung des Blockes anstehenden Kugeln zurückgedrückt.

Um eine vollkommene Absperrung des Fördergasstromes bei »geschlossener« Drucksperre zu erreichen, kann der Mantel dieses Funktionselementes mit Labyrinthabdichiungen versehen sein. Dabei ist der mittlere Teil, in den die Sackbohrungen eingearbeitet sind, mit senkrechten Labyrinthspalten (d. h. parallel zur Drehachse des Funktionselementes) ausgerüstet, während der obere und untere Teil des Mantels umlaufende Labyrinthspalte trägt.

Weitere Funktionseinheiten werden beispielsweise zur Registrierung der die Beschickungsanlage durchlaufenden kugelförmigen Betriebselemente benötigt. Hierzu werden »passive« Funktionseinheiten verwendet, deren unbewegbare Funktionselemente als Träger für eijo nen elektrischen Kugelzähler ausgebildet sind, wobei die Funktionselemente einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Bei diesem Funktionselement kann in einer Aussparung in der Wandung des Kanals eine ringförmige Spule untergebracht sein, und der mit dem Funktionselement verbundene Abschirmstopfen kann eine Längsnut besitzen, die mit einer weiteren Aussparung in dem Träger für den Kugelzähler in Verbindung steht.

Die Stromzuführung zu der Spule erfolgt über Kabel, die durch die Aussparung in dem Träger sowie durch die Längsnut in dem Abschirmstopfen geführt sind.

Der die Sackbohrung für die Funktionseinheit abschließende Flanschdeckcl kann mit einer Stromdurchführung versehen sein, die durch eine Bohrung mit der Längsnut im Abschirmstopfen in Verbindung steht

In der Zeichnung ist eine Beschickungsanlage mit den Merkmalen der Erfindung sowie eine Reihe von Funktionseinheiten schematisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem längsgeschnittenen so Block mit mehreren Funktionseinheiten,

F ig. 2 einen Querschnitt durch den Block in Höhe der Fumktionselemente,

Fig.3 einen Ausschnitt aus einem Sammlerbock in schematischer Darstellung,

F i g. 4 eine »passive« Funktionseinheit mit Flanschdeckel im Längsschnitt und

F i g. 5 eine »aktive« Funktionseinheit mit Antriebsmotor und gasdichter Wellendurchführung, ebenfalls im Längsschnitt

Die F i g. 1 läßt einen Block 1 erkennen, in dem eine Anzahl von Sackbohrungen 2 mit gleichem Durchmesser vorgesehen ist. die durch Kugellaufbohrungen 3 miteinander verbunden sind. Innerhalb der Sackbohrungen 2 sind Funktionseinheiten 4 angeordnet die sich leicht aus dem Block ! ausbauen lassen. Der Block ! dient einmal als Abschirmung gegen radioaktive Strahlung und zum anderen als Gehäuse für die Funktionseinheiten. Alle Funktionseinheiten 4 sind zyländerartig ausge-

bildet und weisen die gleichen äußeren Abmessungen auf. Sie sind entweder als »aktive« oder »passive« Funktionseinheiten ausgebildet. In ersterem Falle bestehen sie aus einem drehbaren Funktionselement 5, einem Lagerstopfen 6 und einer durch letzleren geführten Antriebswelle 7, wobei alle Antriebswellen gleich gestaltet sind. Die »passiven« Funktionseinheiten setzen sich aus einem unbewegbaren Funktionselement 8 und einem Abschirmstopfen 9 zusammen.

Die Kugellaufbohrungen 3 in dem Block 1 verlaufen in solcher Höhe, daß sie mit entsprechenden Bohrungen in den Funktionselementen 5 und 8 fluchten. Diese Bohrungen sind — je nach dem Verwendungszweck des zugehörigen Funktionselementes — sehr unterschiedlich ausgebildet, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Um die drehbaren Funktionselemente 5 bei Bedarf untereinander austauschen zu können, sind sie durch giciCiic r cruifiuiirigscicmcfiic, iiämiich düFCii Suite JO, lösbar mit den Lagerstopfen 6 verbunden, wobei die Stifte 10 in teils durch die Funktionselemente, teils durch die oberen Enden der Wellen 7 verlaufenden Bohrungen angeordnet sind. Ebenso sind die unbewegbaren Funktionselemente 8 durch Stifte 11 mit den Abschirmstopfen 9 lösbar verbunden. Die Sackbohrungen 2 sind je mit einem Flanschdeckel 12 bzw. 13 abgeschlossen, wie aus den F i g. 4 und 5 ersichtlich ist. Durch diese Flanschdekke! werden die Funktionseinheiten 4 in den Sackbohrungen 2 festgehalten. Zur Erhöhung der Sicherheit ist noch eine zusätzliche und von den Flanschdeckeln 12 bzw. 13 unabhängige Befestigung der Funktionseinheiten 4 am Ausgang der Sackbohrungen 2 vorgesehen, und zwar werden die Abschirmstopfen 9 und die Lagerstopfen 6 je durch eine Kugelverriegelung 14 in den Sackbohrungen 2 festgehalten.

Die drehbaren Funktionsteile 5 werden durch die Antriebswellen 7 angetrieben, die mit gleichartigen Arstriebsmotoren 15 kraft- und formschlüssig verbunden sind, welche außerhalb des Blockes 1, und zwar in einem durch den Block 1 gasdicht abgeschirmten Raum 16, angeordnet sind. Dieser Sachverhalt ist der F i g. 5 zu entnehmen.

An den Stirnflächen der Sackbohrungen 2 sind Scheiben 18 befestigt, und an jeder Scheibe 18 kann ein Anschlagstück 19 angebracht sein, das mit einem an jedem drehbaren Funktionselemcnl 5 befindlichen Gegenstück 20 zusammenwirkt, um eine einwandfreie Positionierung der drehbaren Funktionselcmente 5 zu gewährleisten. Die Gegenstücke 20 sind der Funktion des betreffenden Funktionselementes 5 entsprechend ausgebildet; d. h. sie lassen nur Schwenkbewegungen bestimmter Größe zu.

Aus dem in der F i g. 2 dargestellten Schnitt durch den Block 1 in Höhe der Funktionselemente 5 und 8 lassen sich die Funktionen, die die einzelnen Elemente ausführen sollen, besonders gut erkennen. So sind — von links nach rechts — eine Rechtsweiche 21 (vgl. auch F i g. 5), eine Drucksperre 22. ein Dosierer 23. ein Sammler (vgl. auch Fig.4) und ein Kugelzählerträger 23 dargestellt.

Die F i g. 3 zeigt stark schematisiert einen Ausschnitt aus einem Sammlerblock 17; d.h. dieser Block enthält vornehmlich unbewegbare Funktionselemente 8, die als Sammler 24 fungieren. In der Beschickungsanlage eines Kernreaktors münden an vielen Stellen eine Anzahl von parallel verlaufenden Kugellaufbohrungtr; 3 in eine zentrale Sammelleitung 26, und diese Zusammenführung von vielen Leitungen zu einer einzigen wird in einem solchen .Sammlerblock, z. B. dem Block 17, vorgenommen. Dabei ist eine Reihe von Sammlern 24 untereinander angeordnet, und in jeden mündet eine Kugellaufbohrung 2/ ein. Es ist hier nur ein Sammler gezeigt; die beiden anderen dargestellten Funklionselemente können z. B. ein Dosierer 23 und eine Drucksperre 22 sein. Um möglichst viele Funktionseinheiten in einem Block unterzubringen, sind die Funktionseinheiten so angeordnet, daß sie im Bereich einer Verzweigung oder Zusammenführung ein gleichseitiges Dreieck bilden. In der F i g. 3 ist dieser Sachverhalt für eine Zusammenführung dargestellt. Die Kugellaufbohrungen 26 und 27 schließen dabei in der durch einen Pfeil angedeuteten Kugcllaufrichtung gesehen einen Winkel von 60° ein. Ki Bei einer Verzweigung beträgt dieser Winkel 120".

Im folgenden sollen die einzelnen Funktionselemei'tc anhand der Fi g. 1, 2, 4 und 5 noch etwas ausführlicher erläutert werden.

Bei dem als Weiche 21 ausgebildeten drehbaren Funktionselement 5 ist ein in radialer Richtung durch das Funktionselement verlaufender Kanal 28 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen, in den unter einem Winkel von 60° in Kugellaufrichtung gesehen (durch einen Pfeil angedeutet) ein Stichkanal 29 mit dem gleichcn Querschnitt eintritt. In dem dargestellten Beispiel ist die Weiche 21 gestellt; d. h. eine in das Funktionselement eintretende Kugel wird unter einem Winkel von 120° nach rechts weitergeleitet. Gegenüber dem Eintritt des Stichkanals 29 befindet sich in der Wandung 31 des Kanals 28 ein Umlenkbolzen 30, der derart in einer Nut angeordnet ist, daß er bei geradgestellter Weiche 21 den Kugeldurchgang nicht behindert, aber bei nach rechts gestellter Weiche die Kugel in die gewünschte Richtung lenkt, so daß sie nicht erst mehrmals an den Kanalwan-J5 düngen aufprallt, was zu einem Verlust an kinetischer Energie führen würde. Wie aus F i g. 5 erkennbar, ist der zur Betätigung der Weiche 2! vorgesehene Antriebsmotor 15 außerhalb des Blocks 1 angeordnet, und zwar in dem Raum 16, der gasdicht durch den Block 1 gegen Strahlung und hohe Temperaturen abgeschirmt und daher für Wartungsarbeiten zugänglich ist. 3er die Sackbohrung 2 abschließende Flanschdeckel 13 ist als Durchführungsflansch ausgebildet; d. h. er ist mit einer gasdichten Wellendurchführung kombiniert, durch die 4^r> die Dreh- oder Schwenkbewegung des Antriebsmotors 15, der als Drehantrieb ausgebildet ist, auf die Welle 7 übertragen wird.

Wie aus F i g. 2 zu erkennen, weist das Funktionselement 8 des Sammlers 24 einen ähnlichen Aufbau auf wie das Element 5 der Weiche 21. Auch hier ist ein in radialer Richtung durch das Funktionselement verlaufender Kanal 28 vorgesehen, in den unter einem Winkel von 60° ein Stichkanal 29 einmündet, in Kugellaufrichtung gesehen. Beide Kanäle besitzen den gleichen Durchmesser. Das Funktionselement 8 des Sammlers 24 ist jedoch unbewegbar ausgebildet und daher (mittels der Stifte ί 1) mit dem Abschirmstopfen 9 verbunden. Auch ist die an der Stirnfläche der Sackbohrung 2 angebrachte Scheibe 18 nicht mit einem Anschlagstück 19 versebo hen. und es ist auch kein Gegenstück 20 am Funktionselement vorhanden, wie es bei den drehbaren Funktionsclcmenlcn 5 der Fall ist. Der die Sackbohrung verschließende Flanschdeckel 12 ist als Abschlußflansch ohne jegliche Durchführung ausgebildet, wie in der b5 F i g. 4 dargestellt. Auch der Sammler 24 kann zur Ablenkung der geförderten Kugeln ohne Energieverlust mit dem Umlenkbolzen 30 ausgerüstet se^;n, der ebenfalls in der Nut der Wandung 31 des Kanals 28 angeord-

netist.

Als weiteres drehbares Funktionseliment 5 ist in den F i g. 1 und 2 <*ine Drucksperre 22 zu erkennen, die die ·■ ufgabe hat, bei der Dosierung von kugelförmigen Betriebselementen gleichzeitig den Fördergasstrom i>bzu- ■> sperren. Sie weist zu diesem Zweck zwei quer zur Drehachse des Funktionselementes verlaufende Sackbohrungen 32 und 33 auf, die als Aufnahmeraum für je eine Kugel dienen und eine entsprechende Größe und Tiefe besitzen. Die Drucksperre ist um 180° schwenkbar; eine to genaue Positionierung wird durch eine entsprechende Ausbildung des Anschlagstückes 19 und des Gcgenstükkes 20 bewirkt. Um zu erreichen, daß der Fördergasstrom völlig durch die Drucksperre 22 abgesperrt wird, ist der Mantel des sylinderartigen Funktionsclemcntes 5 ιϊ mit Labyrinthabdichtungen versehen, deren Spalte teils senkrecht (d. h. parallel zur Drehachse) verlaufen, teils als umlaufende Labyrinthspalte ausgebildet sind (nicht dargestellt). Die beiden Saclcbohrungen 32. 33 liegen sich mit ihren Erden gegenüber, wobei sie jedoch nicht fluchten, sonde-n schräg aufeinander zulaufen, so daß ihre verlängerten Endflächen 34,35 einen spitzen Winkel & einschließen. Durch die schräge Einmündung der Sackbohrungen 32 und 33 wird bewirkt, daß nach erfolgter Schwenkbewegung der Drucksperre 22 um 180° eine in einer der beiden Sackbohrungen 32 bzw. 33 befindliche Kugel durch die Fliehkraft eine zusätzliche Beschleunigung in der gewünschten Richtung, nämlich der Kugellaufbohrung 3, erhält.

Als letztes Beispiel einer »aktiven« Funktionseinheit jo ist in den F i g. 1 und 2 noch ein Dosierer 23 dargestellt, der ebenfalls die kugelförmigen Betriebselemente dosiert weitergibt, ohne jedoch den Fördergasstrom zu unterbrechen. Der Dosierer 23 verfügt über zwei sich gegenüberliegende Räume 36 und 37 zur Aufnahme je einer Kugel; durch eine zwischen den beiden Räumen befindliche Sperre werden die Kugeln daran gehindert, von dem einen Raum in den anderen hinüberzutreten. Nur durch eine Schwenkung des Funktionselementes 5 um 180° kann eine Kugel in der Kugellaufbohrung 3 weitergefördert werden. Der zugehörige Antriebsmotor 15 und der Anschlag 19 am Ende der Sackbohrung 2 sowie das Gegenstück 20 am Funktionselement 5 sind entsprechend ausgebildet. Die beiden Räume 36 und 37 werden durch zwei Teilstücke eines in radialer Richtung durch das Funktionselement 5 verlaufenden Kanals 38 mit kreisförmigem Querschnitt gebildet. Die Sperre zwischen den beiden Räumen 36, 37 besteht aus zwei Bolzen 39 und 40, die senkrecht zur Achse des Kanals 38 und einander gegenüber in der Kanalwandung angeordnet sind. Dabei sind die beiden Bolzen zum Kanaleingang und -ausgang gleichweit entfernt. Sie ragen so weit in den Kanalquerschnitt hinein, daß die Kugeln den Kanal 38 nicht passieren können. Das Fördergas kann jedoch ungehindert hindurchtreten. Im Bereich des Kanals 38 besitzt das Funktionselement 5 eine Querschnittsverengung 41, die dafür sorgt, daß in der Kugellaufbohrung 3 vor dem Dosierer 23 anstehende Kugeln beim Schwenken des Dosierers nicht zurückgedrückt und dabei eventuell zerquetscht werden. Um auch im Falle des Dosierers 23 die beim Schwenkvorgang auf eine im Dosierer befindliche Kugel wirkende Fliehkraft für eine zusätzliche Beschleunigung der Kugel beim Austreten aus dem Dosierer ausnutzen zu können, sind die beiden Bolzen 39 und 40 nicht symmetrisch zur ω Drehachse 42 des Funktionselementes 5 angeordnet, und zwar ragt der Bolzen 39 weiter in den Kanalquerschnitt hinein als der Bolzen 40.

Als zweites Beispiel einer »passiven« Funktionseinheit ist in den F i g. I und 2 ein Kugelzählerträger 25 mit einem eingebauten elektrischen Kugelzähler dargestellt, der der Registrierung der Betriebselemente dient. Der Kugdzählerträger 25 weist einen in radialer Richtung durch das Funktionselemeni 8 verlaufenden Kanal 43 mit kreisförmigem Querschnitt auf, der in seiner Wandung eine Aussparung 44 zur Aufnahme einer ringförmigen Spule 45 besitzt. Die Stromzuführung und -abführung zu der Spule 45 erfolgt über ein Kabel, das in einer Längsnut 46 des Abschirmstopfens 9 sowie in einer zweiten Aussparung 48 des Kugclzählerträgers 25 verlegt ist. Der dem Abschluß der Sackbohrung 2 dienende Flanschdeckel 12 weist eine Stromdurchführung auf (nicht dargestellt).

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Betriebselementen

   — mit zylinderartigen Funktionseinheiten mit gleichen äußeren Abmessungen für die Zugabe. Förderung und Entnahme der Betriebselemente, ίο

   — mit einem gleichzeitig als Abschirmung und als Gehäuse dienenden Block, in dem die Funktionseinheiten nach dem Baukastenprinzip in Bohrungen gleichen Durchmessers installiert sind und der alle für die Beschickung erforderli- \i chen, an entsprechende Bohrungen in den Funktionseinheiten anschließenden Kugellaufbohrungen aufweist, und

   — mit Antriebsmotoren, die durch den Block gegeneinen Beschickungsraum abgeschirmt sind.

   — wobei ein erster Teii der Funktionseinheiten jeweils aus einem drehbaren Funktionselement, einem Lagerstopfen und einem durch letzteren geführten Antriebsteil, der jeweils mit einem der Ar.triebsmotore verbunden ist, besteht,

   — wobei ein zweiter Teil der Funktionseinheiten jeweils aus einem unbewegbaren Funktionselement und einem Abschirmstopfen besteht und

   — wobei der Block in mehrere Funktionsblöcke unterteilt ist, die jeweils nur gleichgesultete Funkv.onseinheiten enthalten,

   dadurch gekennzeichnet,

   — daß die Bohrungen für die Funktionseinheiten (4) als Sackbohrungen (2) ausgeführt sind, die sich zur Seite der Antriebsmotoren (15) hin öffnen, und

   — daß der Block (1) derart in eine Abschirmung eingebaut und an seinen Außenseiten gegen diese abgedichtet ist, daß eine gasdichte Absperrung gegen den Beschickungsraum entsteht.

   2. Beschickungsanlage nach Anspruch 1, bei der die Antriebsteile mit den Antriebsmotoren kraft- und formschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsteile (7) und die Antriebsmotoren (15) jeweils gleichartig ausgebildet sind.

   3. Beschickungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente (5 bzw.

   8) mit den Lagerstopfen (6) bzw. mit den Abschirmstopfen (9) mit gleichen Verbindungselementen (10 bzw. 11) lösbar verbunden sind.

   4. Beschickungsanlage nach Anspruch 1, bei der einzelne Funktionseinheiten als Verzweigung bzw. als Zusammenführung ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in den einzelnen Funktionsblöcken (17) vorgesehenen Kugellaufbohrungcn (26, 27) in Kugellaufrichtung gesehen bei der Verzwci· wi gung einen Winkel von 120" und bei der Zusammenführung einen Winkel von b0° einschließen, wobei je drei benachbart liegende Funktionseinheiten (22,23, 24) ein gleichseitiges Dreieck bilden.

   5. Beschickungsanlage nach Anspruch I, bei der h^r> die Bohrungen für die Funktionseinheiten zur Seite der Antriebsmotoren hin je mit einem Flanschdeckel abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstopfen (6) bzw. die Abschirmstopfen (9) zusätzlich und von den Flanschdeckeln (12 bzw. 13) unabhängig in den Sackbohrungen (2) befestigt sind.

   6. Beschickungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmotoren (15) als Drehantriebe ausgebildet sind.

   7. Beschickungsanlage nach Anspruch I, bei der eine Anzahl der drehbaren Funktionselemente als Weiche ausgebildet ist, wobei das Funktionselement einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanal (28) unter einem Winkel von 60° in Kugellaufrichtung gesehen ein Stichkanal (29) gleichen Querschnitts eintritt und daß gegenüber dem Kanaleintritt ein Umlenkbolzer. (30) derart in einer Nut der Kanalwandung (31) angeordnet ist, daß eine durchlaufende Kugel nicht behindert und eine abzulenkende Kugel in die gewünschte Richtung geleitet wird.

   8. Beschickungsanlage nach Anspruch 1, bei der drehbare Funklionseiemenle als Dosierer ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente (5) mindestens einen Raum (36, 37) zur Aufnahme eines einzelnen kugelförmigen Betriebselementes sowie eine Sperre aufweisen, die das Betriebselement in das Funktionseiement (5) eintreten, aber nicht üurchtreten läßt.

   9. Beschickungsanlage nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Dosierer (23) arbeilenden drehbaren Funktionselemente (5) Schwenkungen um 180° ausführen können.

   10. Beschickungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Funktionselcmentc einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal (38) mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen, in dem als Sperre zwei senkrecht zur Kanalachse und im gleichen Absland vom Kanaleintritt und -austritt angeordnete Bolzen (39, 40) vorgesehen sind, die sich in der Kugelwantcing gegenüberliegen und teilweise in den Kanalquerschnitt ragen, so daß der Durchtritt der Betriebselemente, nicht aber der Durchgang von Fördergas verhindert wird.

   11. Beschickungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (39,40) parallel zur Drehachse (42) der Funktionselemente (5), aber unsymmetrisch zu dieser angeordnet sind, derart daß der eine Bolzen (39) weiter in den Kanalquerschnitt ragt als der zweite Bolzen (40).

   12. Beschickungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Funklionselemente im Bereich des Kanals (38) eine Querschnitlsverengung (41) aufweisen.

   13. Beschickungsanlage nach Anspruch 9, bei der das drehbare Funktionselement zugleich als Drucksperrc ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Funktionselemente zwei senkrecht zur Drehachse der Funktionselemente verlaufende und sich mit ihren Enden gegenüberliegende .Sackbohrungen (32, 33) von solcher Größe aufweisen, daß jede Bohrung ein kugelförmiges Betriebselemcnt aufnehmen kann.

   14. Beschickungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerten Endflächen (34, 35) der beiden Sackbohrungen (32, 33) einen spitzen Winkel (λ) miteinander einschließen.

   I¹J. Beschickungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeiehnel, daß der Mantel der schwenkbaren Fiinktionsclcmcntc (5) mil Labyrinthabdich-

   tungen ausgerüstet ist.

   16. Beschickungsanlage nach Anspruch 1, bei der eine Anzahl der unbewegbaren Funktionselemenie als Träger für einen elektrischen Kugelzähler ausgebildet ist, wobei die Funktionselemente einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kanalwandung eine Aussparung (44) zur Aufnahme einer ringförmigen Spule (45) vorgesehen ist und daß die mit den unbewegbaren Funktionselementen (8) verbundenen Abschirmstopien (9) eine Längsnut (46) für die Stromzuführung und -abführung (47) besitzen, die mit einer weiteren Aussparung (48) in dem Träeer für den Kugelzähler (25) in Verbindung steht.

   17. Beschickungsanlage nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fianschdekkel (12) zum Abschluß der Sackbohrungen (2) eine Stromdurchführung aufweisen.