DE2707400A1 - Ladevorrichtung fuer einen kernreaktor - Google Patents

Ladevorrichtung fuer einen kernreaktor

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Description

KCTZIEN. < mrLMUQ. K. UWVBHr
t)H. l^. K. BlCTZ ,1R,. RA DIPU-PHYi U. HQOMCN 011.'INQ. W. TIMPE ' OiPL-MC. J. SIECFHED
2707A00
31O-26ö51P(26.552H) 21. 2. 1977
SOCIETE FRANCO-AMERICAINE DE CONSTRUCTIONS ATOMIQUES - FRAMATOME
Courbevoie (Frankreich)
Ladevorrichtung für einen Kernreaktor
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für einen Kernreaktor, dessen Brennelementbündel bei jedem Nachladen unter Lagepermutation der Brennelementbündel im Reaktorkern erneuert werden, wobei die Brennelementbündel mit Uilfsgruppen versehen sind, und zwar entsprechend ihrer Lage im Reaktorkern mit Steuergruppen, Gruppen für abbrennbares Reaktorgift und Verschlußgruppen, wobei die handhabung mittels einer über dem Reaktorbecken fahrenden Rollbrücke erfolgt.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die über dem Kern eines Kernreaktors alle neuen Einsetζvorgänge, Entnahmen oder Permutationen der ürennelementbündel oder
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deren liilfseleiuente, wie Steuer- oder Verschlußgruppen, ausführt.
Im Kern eines Kernreaktors bestehen die aktiven Elemente aus senkrechten nebeneinander angeordneten lirennelementbündeln, von denen jedes seinerseits aus einer großen Anzahl von ßrennstäben zusammengesetzt ist. Diese Brennstäbe bestehen aus einer Anordnung, die zum Einsetzen in den Kernreaktor oder zum Entfernen hieraus gemeinsam gehandhabt wird. Es sind dies die den eigentlichen brennstoff umschließenden Stäbe.
Zur besseren Ausnutzung des Brennstoffs und zur gleichmäßigen Leistungsverteilung im Kernreaktor sind die Brennelement- bündel in drei Zonen verteilt, und zwar mit entsprechend den Zonen unterschiedlichen Anreicherungsgraden. Das Nachladen erfolgt dann durch aufeinanderfolgende Drittel. Somit werden bei jedem Vorgang die Elemente beseitigt, deren Brennstoff erschöpft ist und die im Mittelteil des Kernreaktors angeordnet waren. Anschließend daran wird an ihre Stelle eine gleiche Anzahl von Elementen gesetzt, die dem Umfangsteil des Kernreaktors entnommen sind, während dieser Umfangsteil durch Brennelementbündel mit neuem Brennstoff nachgeladen werden. Jeder Nachladevorgang umfaßt somit eine erste Handhabungsfolge für die Brennelementbündel,nämlich Anhebungen, Einsetzungen oder Permutationen im eigentlichen Innenraum des Kernreaktors.
Jedem Brennelementbündel sind Hilfsorgane zugeordnet, die zwischen die Brennstäbe geschaltet sind und die für jedes Brennelementbündel in Form einer Gruppe ("grappe", Traube) gemeinsam gehandhabt werden können. Die Art dieser Organe und die sie zusammensetzende Gruppe verändert sich entsprechend der Lage des Brennelementbündels im Kernreaktor. So sind gewissen Brenne leinen tbünde In Steuergruppen zugeordnet,
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die die Steuerstäbe aus absorbierenden Materialien tragen, die zur Regelung der Reaktivität des Kernreaktors und zur Sicherstellung von dessen Notstillsetzung bestimmt sind. Weitere, "teilweise Gruppen" genannte Steuergruppen enthalten nur über einem Teil ihrer Länge absorbierende Materialien. Weitere, "für abbrennbares Reaktorgift" bezeichnete Gruppen werden in mit keinen Steuergruppen versehene Brennelementbündel eingeführt und ermöglichen die Herabsetzung der Konzentration des im Primärwasser gelösten Bors. Gewisse dieser Gruppen "für abbrennbares Reaktorgift" sind zur Sicherstellung der Anlaufvorgänge des Kernreaktors ebenfalls mit Neutronenquellen enthaltenden Stäben versehen. Schließlich nehmen gewisse Brennelementbündel VerschluBgruppen auf, die lediglich dazu bestimmt sind, die Führungsrohre zu verschließen, die nicht von anderen Stabarten besetzt sind.
Somit müssen bei jedem Nachladevorgang die Brennelementbündel nicht nur versetzt oder permutiert werden, sondern muß meistens die ihr zugeordnete Gruppe ausgetauscht werden.
Bei den tatsächlichen Benutzungsbedingungen erfordern die Vorgänge für das Nachladen mit Brennstoff wenigstens zwei oder drei Handhabungsgeräte. Das erste ist eine Rollbrücke, die sich auf Schienen über dem Wasserniveau des Reaktorbeckens verschiebt. Sie ist mit einem teleskopischen Arm versehen, der das Herausziehen eines vollständigen Brennelementbündels zusammen mit dessen Gruppe aus dem Reaktorkern und das Transportieren der Anordnung stets unter Wasser und stets zusammen mit ihrer Gruppe bis zu Anlagestationen ermöglicht, die an einem Ende des Reaktorbeckens angeordnet sind. Das erste Gerät enthält eine Permutationsvorrichtung für die Steuergruppen und eine Permutationsvorrichtung für
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die Verschlußgruppen. Diese liandhabungseinrichtungen werden zum Trennen der Gruppen der Brennelementbündel verwendet. Die verbrauchten Brennelementbündel werden danach ohne ihre Gruppe zum Becken für verbrauchten Brennstoff entfernt, während die einer Permutation unterzogenen lirennelementbündel ie allgemeinen mit neuen Gruppen versehen werden, bevor sie erneut von der mit einem teleskopischen Mast versehenen Brücke ergriffen und an ihrer neuen Stelle erneut in den Reaktorkern eingeführt werden. In gleicher Weise empfangen die Brenne leinen tbündel mit neuem brennstoff ihre Steuergruppe oder Verschlußgruppe an der entsprechenden Ausrüstungsstation, bevor sie von der Brücke ergriffen und in den Kernreaktor eingeführt werden.
Somit führt jecies endgültige Anheben für das Entfernen oder jede Permutation zu zwei Verschiebungen der Brücke zwischen dem Kernreaktor und der Ausrüstungsstation, was die Zeitdauer aer Erneuerungsvorgänge des Brennstoffs beträchtlich verlängert und Führungspersonal für die Brücke und die dem handhaben der Gruppen dienenden Hilfsgeräte an den Ausrüstungsstationen erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Ladevorrichtung, die eine Vereinfachung der Ladevorgänge und somit einen Gewinn an Zeit und Personal sicherstellt.
Dies wird bei einer Ladevorrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch erreicht, daß der Wagen der Rollbrücke mit einer sich drehenden Plattform versehen ist, die mehrere senkrechte dem handhaben dienende teleskopische Arme trägt, deren eigentliche Greif- und Hebeeinrichtungen jeweils angepaßt sind an die Handhabung eines vollständigen Brennelementbündels mit dessen liilfsgruppe oder an die Handhabung wenigstens einer Art von Hilfsgruppe, wobei die Plattform
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so viele im Winkel angeordnete haltestellungen wie Arn.e aufweist, die üazu bestimmt sind, jeden Arm in eine gegenüber dem Wagen feststehende einzige aktive Stellung zu führen, und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die nur cie betätigung des in aer aktiven Stellung befindlichen einzigen Arms zuläßt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Ladevorrichtung drei dem Hanahaben dienende Arme auf, und zwar einen für die Handhabung der vollständigen Brennelementbündel, einen für die Handhabung der Steuergruppen und einen dritten für die Handhabung der Verschlußgruppen und der Gruppen für abbrennbares Reaktorgift.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Teilansicht der Uauptkonstruktion eines Kernreaktors mit der Lage der Ladevorrichtung nach der Erfindung bezüglich des Reaktorbehälters;
Fig. 2, 3 und 4 die eigentliche Ladevorrichtung in vergrößertem Maßstab. Fig. 2 ist eine Seitenansicht senkrecht zu den Schienen für die Verschiebung der Brücke und zeigt den Handhabungsarm eines vollständigen Brennelement bunde Is in ausgefahrener Stellung. Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Rollbrücke parallel zu den Schienen und zeigt den eingezogenen teleskopischen Arm. Fig. 4 ist eine Draufsicht der Plattform der Rollbrücke, wobei die darüberliegenden Aufbauten entfernt angenommen sind;
Fig. 5 einen Schnitt längs V-V von Fig. 2 mit der inneren Anordnung der drei teleskopischen Arme.
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Fig. 1 zeigt ein wenig vereinfacht einen Teil der das Reaktorgehäuse biluenden Konstruktion. Ein Reaktorbehälter 1, der die Mitte der Konstruktion einnimmt, ist hier bereit für einen NachladeVorgang gezeigt, d.h. mit abgehobenem Deckel und mit abgehobenen oberen Steuerausrüstungen für die Steuerstäbe. Die obere Dichtungsebene des Reaktorbehälters, auf der normalerweise der Deckel aufliegt, fluchtet dann mit dem Boden des Reaktorbeckens 2. Das Reaktorbecken 2 ist während aller Nachladevorgänge mit borhaltigem Wasser gefüllt. Die den Gegenstand der Erfindung bildende Handhabungsvorrichtung 3 bewegt sich nach Art einer Rollbrücke auf Rollbahnen 5 unmittelbar über dem oberen Niveau des Reaktorbeckens. Die Handhabungsvorrichtung 3 kann sich somit zwischen einer über dem Reaktorbehälter befindlichen Stellung und einer über einer Grube 6 des Reaktorbeckens befindlichen Stellung bewegen, wo sich Ständer befinden, die Ubergangsstationen bilden für neue Brennelementbündel vor deren Einsetzen in den Kernreaktor oder für verbrauchte Brennelementbündel vor deren Beseitigung.
Es wird nun Bezug genommen auf die Anordnungen von Fig. 3 bis 5 für die Beschreibung der eigentlichen Handhabungsvorrichtung, die in Fig. 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet ist. Diese Handhabungsvorrichtung weist wie bei den bisher verwendeten Vorrichtungen eine Iiauptplattform 10 auf, die den Träger der Rollbrücke bildet, die über Rollen 11 auf Schienen 5 rollt. In Anbetracht des Maßstabs der Zeichnung und um diese nicht anzufüllen, sind hier weder die Motoren noch die Antriebsvorrichtung der Anordnung für die Längsverschiebung auf den Schienen dargestellt. Diese Ausrüstungen sind für Rollbrücken völlig geläufig. In gleicher Weise wurde die Vorrichtung für die Querverschiebung des Wagens 14 auf den von der Plattform 10 getragenen Schienen 15 nicht genau dargestellt, wobei sich der Wagen 14 hier auf gleiche Weise wie
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auf einer üblichen Rollbrücke verschiebt.
Der Wagen 14 trägt einen Drehkranz 17, eier mit Hilfe eines Untersetzungsmotors 18 gedreht werden kann, der auf übliche Weise ein Ritzel antreibt, das mit einem Außenzahnkranz am Drehkranz 17 im Lingriff steht. Der Drehkranz 17 trägt drei senkrechte rohrförmige Masten oder Rohre 20, 21 und 22, die gegenüber der Drehachse des Drehkranzes 17 im gleichen Winkelabstand angeordnet und mit Querverbindungen 23 versehen sind.
Das ein Brennelementbündel tragende Rohr 20 ist wie bei tatsächlich vorhandenen Nachladevorrichtungen dazu bestimmt, vollständige ürennelementbünciel, d.h. zusammen mit ihrer liilfsgruppe, zu handhaben, hierzu enthält das Rohr 20 ein inneres teleskopartiges rohrförmiges Element 24 mit Längsrippen 25, die mittels radialer Rollen 26 und seitlicher Rollen 27 längs des Rohrs 20 von Stelle zu Stelle geführt werden. Der untere Teil des teleskopartigen Rohrs 24 ist mit einem einen Greifer 29 bildenden Übergangsstück versehen. Dieser Greifer kann sich an den oberen Teil eines vollständigen Brennelementbündels 3O anpassen. Das Anheben erfolgt durch ein am Rohr 24 befestigtes Seil 32, das mittels einer Winde 34 betätigt wird. Diese Winde 34 ist in einem Turm 35 angeordnet, der den Aufbau des Drehkranzes 17 bildet und mit diesem ausrichtbar ist.
Ausgehend von einer völlig zurückgezogenen Stellung erfolgt die Greifbetätigung eines Brennelementbündels unter Abwicklung des Seils 32. Das Rohr 24 bewegt sich abwärts bis der Greifer 29 sich in Anlage am Ende des Brennelementbündels 30 zentriert und sich dort einhängt. Selbstverständlich wird das Einhängen des Greifers 29 durch elektrische und pneumatische Mittel
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ferngesteuert und trägt der Turm 35 ebenfalls die Abwickeleinrichtungen für die elektrischen und pneumatischen Versorgungsleitungen, um ihnen ein Folgen der Auf- und Abbewegungen des teleskopischen Rohrs 24 und dessen Greifer 29 zu ermöglichen.
Beim Wiederaufstieg verschiebt sich die Anordnung des Rohrs und des Brennelementbündels 30 gemeinsam bis zur in Fig. 3 gezeigten Endlage, in der das brennelernentbünde1 völlig in das Rohr 20 eingedrungen ist. In dieser Stellung kann sich die Vorrichtung frei über dem Reaktorbecken verschieben, wobei kein Element unter dem unteren Niveau der Rohre 20, 21 und 22 übersteht, die sich über dem oberen Niveau des Reaktorbehälters befinden.
Das Rohr 21 ist auf ähnliche Weise für die Handhabung der Steuergruppen ausgerüstet. Jedoch besteht hier das im Rohr 21 gleitende und von derselben längs dem Rohr verteilten Rollenart geführte Element aus einer Reihe von durch Querverbindungen vereinigten Gittern 40. Der Schnitt jedes Gitters gibt die Umhüllung von absorbierenden Stäben und von sternförmigen Verzweigungen wieder, die sie mit ihrem oberen Teil mit dem Einhängeorgan verbinden. Dem Rohr 21 ist ebenfalls ein Hubseil 41 mit einem Einhängegreifer zugeordnet. Das Seil 41 wird mittels einer Winde betätigt, die wie die zum Rohr 20 gehörende Winde 34 im Aufbau 35 angeordnet ist.
Beim Abstieg des Seils 41 bewegt sich hier das Führungsorgan für die Gitter 40 abwärts bis es zunächst in Anlage am Kopf des Brennelementbündels kommt. Danach bewegt sich der Greifer in der Führung weiter abwärts bis zu seinem Einhängen an der Gruppe.
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Beim Wiederaufstieg der Steuerstäbe bleibt die Anordnung 40 zunächst feststehend in Anlage am Brennelementbündel und dient als Führung für die Anordnung der Stäbe der Steuergruppe. Wenn diese von den Gittern 4O vollständig gehalten wird, steigt die Anordnung gemeinsam wieder an, um völlig in das Rohr 21 einzudringen, wodurch der Anordnung der handhabungsvorrichtung 3 jegliche Freiheit zum Manövrieren gelassen wird.
Das Rohr 22 ist auf ebenfalls ähnliche Weise mit einem inneren teleskopischen Element, einem Seil und einem Hubgreifer zusammen mit Zubehör versehen, das zur Handhabung der Gruppen für abbrennbares Reaktorgift oder der Verschlußgruppen bestimmt ist.
Somit ist jedes Rohr 20, 21 und 22 mit seiner eigenen Betätigungseinrichtung, mit seinem teleskopischen Llement und mit seinem eigenen Seil sowie seiner eigenen llubwinde versehen. Jeaes Rohr kann durch Drehung des Drehkranzes 17 drei Stellungen einnehmen. Jedoch ist eine einzige dieser Stellungen, die gegenüber dem Wagen fest ist, eine aktive Arbeitsstellung, in der die Betätigungen möglich sind. In Fig. 2, 3 und 4 nimmt das Rohr die aktive Stellung ein. Es sind hier die der Sicherheit dienenden Verriegelungsvorrichtungen nicht beschrieben, die von jeglicher üblicher Bauart sein können und dazu bestimmt sind, die betätigungen der Rohre zu verhindern mit Ausnahme derjenigen für die aktive Arbeitsstellung und derjenigen, die zum Verhindern der Bewegungen des Drehkranzes und des Wagens bestimmt sind, solange das betätigte Rohr nicht in die völlig zurückgezogene Stellung zurückgeführt wurde.
Der Drehkranz 17 trägt auf der Drehachse ebenfalls einen teleskopischen hilfsstab 45, der an seinem Linde mit einer
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Fernsehkamera 4C für Drehbeobachtung versehen ist. Der Stab 45 überschreitet im zurückgezogenen Zustand das untere uiveau der Rohre 20, 21 und 22 nicht und ermöglicht in ausgefahrener Stellung die Zuführung der Fernsehkamera bis zum oberen Niveau der Brennelementbündel.
Mit einer auf diese Weise gemäß der Erfindung ausgeführten Vorrichtung erfolgen ein vollständiger Nachladevorgang mit beispielsweise dem Anheben eines Brennelementbündels mit verbrauchtem Brennstoff, eine Permutation der örennelen.entbündel im Reaktorkern und die Zuführung eines Brennelementbündels mit neuem Brennstoff gemäß den folgenden Funktionsfolgen, selbstverständlich nach dem Anheben des Deckels des Reaktorbehälters und der Betätigungsmechanismen der Steuerstäbe.
Die Vorrichtung 3 wird über ein anzuhebendes Brennelementbündel geführt, wobei sich das Rohr 20 in Arbeitsstellung befindet. Es wird dann das verbrauchte Brennelementbündel zusammen mit der zugehörigen Verschlußgruppe angehoben. Die Anordnung wird dann zur Transportstation geführt, wo das Brennelementbündel in einem Korb abgelegt wird. Nach dem Wiedereintritt des teleskopischen Arms 24 und ohne Bewegen des Wagens 24 wird der Drehkranz 17 um 120° gedreht, um das Rohr 22 über das im Korb befindliche Brennelementbündel zu führen, wonach die Verschlußgruppe des Brennelementbündels herausgezogen wird.
Die Vorrichtung 3 wird dann über den Reaktorbehälter geführt, und zwar über ein Brennelementbündel, das dabei ist, das zweite Drittel seines Zyklus zu beenden und auch noch mit einer Steuergruppe versehen ist. Durch eine erneute Drehung aes Drehkranzes um 120° wird das Rohr 21 in Arbeitsstellung gebracht und zum Anheben der Steuergruppe verwendet. Ohne
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die Vorrichtung 3 und den Wagen 14 zu bewegen, wird der Arm 22, der bereits die Verschlußgruppe trägt, durch Drehung des Drehkranzes um 120° über das zu zwei Drittel verbrauchte Brennelenientbündel geführt, das dann die Verschlußgruppe für das letzte Drittel seiner Aktivität im Kernreaktor empfängt.
Die auf diese Weise die Steuergruppe tragende Vorrichtung kann dann mit ihrem freien Rohr 20 zum Transportieren eines vollständigen Brennelementbündels vom Umfang zur Mitte des Reaktorbehälters verwendet werden.
Schließlich wird die Vorrichtung 3, die immer noch eine Steuergruppe am Rohr 21 trägt, zur Ubertragungsstation über ein neues Brennelementbündel geführt, das sich in Wartestellung befindet, jedoch noch mit keiner Gruppe versehen ist. Das neue Brennelementbündel wird dann mit Hilfe des Rohrs 21 mit der Steuergruppe versehen, wonach die Anordnung durch das Rohr 20 angehoben und dann an seine Stelle geführt wird.
Somit ist es möglich, mit ein und derselben Vorrichtung gleichzeitig die Transporte oder Permutationen vollständiger Brennelementbündel und auch die Permutationen von Gruppen auszuführen, wobei als Zwischenschritt zwischen den Vorgängen eine einfache Drehung um eine Drittelumdrehung des Drehkranzes 17 erforderlich ist. Alle diese Vorgänge werden dank der Fernsehkamera 46 unter Sichtkontrolle ausgeführt. Diese Fernsehkamera ermöglicht ebenfalls die Prüfung des Zustandes der verschiedenen Gruppen im Verlauf ihrer Handhabung.
Selbstverständlich ist die oben beschriebene Folge nur ein Beispiel aus einer großen Anzahl von möglichen Folgen in
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Abhängigkeit von den besonderen Benutzungsbedingungen des Kernreaktors und der Art der verschiedenen zu verwendenden Gruppen. Es ist in allen Fällen wichtig, daß die aufeinanderfolgenden Vorgänge durch eine einfache Drehung des Drehkranzes erfolgen, ohne daß die Brücke 10 oder ihr Wagen 14 verschoben werden müssen. Daraus ergibt sich vor allem ein großer Gewinn an Zeit bei den Nachladevorgängen, jedoch auch die Möglichkeit, diese verschiedenen Betätigungen mit einer einzigen Bedienungsperson auszuführen. Die gleichzeitige Verminderung der Anzahl von Personen, die in den Mantel des Reaktorkerns eindringen müssen, und der Zeit, während welcher sie sich dort aufhalten müssen, ist ein bedeutender Sicherheitsfaktor beim Schutz gegen die Strahlung.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht streng auf die einzige als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt ebenfalls alle Ausführungsformen, die sich davon nur durch Einzelheiten, Ausführungsvarianten oder durch Verwendung äquivalenter Mittel unterscheiden. So ist auch eine analoge Vorrichtung mit vier Rohren oder Armen am Drehkranz möglich, wobei dann jeder Arm eine auch noch umfangreichere Spezialisierung aufweist.
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Claims (4)

  1. Patentansprüche
    ( 1.badevorrichtung für einen Kernreaktor, dessen Brennelement-—bündel bei jeden Nachladen unter Lagepennutation der Brennelementbündel in Reaktorkern erneuert ««erden, wobei die Brennelementbündel alt Hilfsgruppen versehen sind, und zwar entsprechend ihrer Lage im Reaktorkern mit Steuergruppen, Gruppen für abbrennbares Reaktorgift und Verschlußgruppen, wobei die Handhabung mittels einer über dem Reaktorbecken fahrenden Rollbrücke erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hagen (14) der Rollbrücke mit einer sich drehenden Plattform (17) versehen ist, die mehrere senkrechte dem iiandhaben dienende teleskopische Arme (2O-22) trägt, deren eigentliche Greif- und Hebeeinrichtungen jeweils angepaßt sind an die Handhabung eines vollständigen Brennelementbündels nit dessen ailfsgruppe oder an die Handhabung wenigstens einer Art von Uilfsgruppe, wobei die Plattform (17) so viele im Winkel angeordnete llaltestellungen wie Arme (2O-22) aufweist, die dazu bestimmt sind, jeden Arm (2O-22) in eine gegenüber dem Wagen (14) feststehende einzige aktive Stellung zu führen, und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die nur die Betätigung des in der aktiven Stellung befindlichen einzigen Arms (2O-22) zuläßt.
  2. 2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei Arme (2O-22), die bezüglich der Drehachse der Plattform (17) in gleichen Winkelabständen angeordnet sind, wobei für die Handhabung eines vollständigen Brenne leinen tbündels ein Arm (2O) vorgesehen ist, wobei für die Handhabung der Steuergruppen ein weiterer Arm (21) vorgesehen ist, und wobei für die Handhabung der Verschlußgruppen und der Gruppen
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    für abbrennbares Reaktorgift ein dritter Arn (22) vorgesehen ist.
  3. 3. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeihnet, daß jedem Arm (2O-22) eine selbständige Winde (34) zugeordnet ist.
  4. 4. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen auf der Drehachse der Plattform (17) angeordneten und mit einer Fernsehkamera (46) versehenen teleskopischen Hilfsstab (45).
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