DE7039193U

DE7039193U - Greifervorrichtung fuer kernreaktorbelademaschine

Info

Publication number: DE7039193U
Application number: DE19707039193U
Authority: DE
Original assignee: BBC AG
Current assignee: BBC AG
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1970-10-23
Publication date: 1972-08-03
Also published as: DE2052088A1; GB1360265A; CH522270A; FR2108089A1; FR2108089B1; US3801148A

Description

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Aktiengesellschaft Brown Boveri & CIe., Baden (Schweiz)

Greifervorrichtung für Kernreaktorbelademaschine

Die Erfindung betrifft eine Greifervorrichtung einer Belademaschine für Brennelemente eines gasgekühlten Kernreaktors, wobei Jedes Brennelement mindestens eine durchgehende Bohrung mit Ausziehflächen aufweist und in diese Bohrung ein Tragrohr einführbar ist, und im Tragrohr eine Verriegelung für das Brennelement angeordnet ist.

An die Greifer von Belademaschinen wird die Anforderung gestellt, dass sie bei hoher Umgebungstemperatur und Gasatmosphäre, beispielsweise 900⁰C und Helium, wie sie bei gasgekühlten Kernreaktoren der heutigen Technik auftreten, mit grosser Betriebssicherheit arbeiten.

Es sind Greifervorrichtungen bekannt, die in zentrale Bohrungen von Kernelementblöcken eingreifen und durch mechanische oder teilweise pneumatische Vorrichtungen das Brennelement erfassen und manipulieren können. Bei den bekannten Ausführungsformen

wird durch die Gleitreibung der Bauelemente des Greifers aneinander die Gefahr des Anfressens oder Verreibens als Nachteil wirksam, da die an der Oberfläche der Teile normalerweise ausgebildete Oxydhaut fehlt.

Die Eigenart des Verreibens von Metallen bei Berührung in Gasatmosphäre, z.B. auch Methan, Neon usw. wird durch hohe Umgebungstemperaturen wesentlich verstärkt, so dass die Punktionssicherheit der Greifervorrichtung während des Betriebes des Kernreaktors nicht welter gegeben ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen» die Punktionssicherheit der Greifervorrichtung dauernd zu gewährleisten und Gleitreibung zwischen den bewegbaren Teilen derselben weitgehend auszuschliessen.

Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Tragrohr mit Kühlgas durchströmt ist und im Innern des Tragrohres ein in der Längsrichtung beweglicher Stössel vorgesehen ist, welcher Verriegelungsklinken mittels Abwälzführungen an den Ausziehflächen des Brennelementes anlegt.

Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung ist darin zu sehen, dass der über einen Balg an einer Hülse abgestützte Stössel zwei selbsttätige Ventile steuert und der Stöseelzylinder über flexible Leitungen mit Regeldruck beaufschlagt ist.

Ferner ist es vorteilhaft, eine erfindungsgemässe Ausführungsform dermassen auszurüsten, dass die Wälzführungen durch flexible Bänder gebildet sind.

Die Vorteile der Erfindung liegen im einfachen Aufbau der Greifervorrichtung, da die rollende Reibung auf ein Minimum begrenzt wird und die massgebende Umgebungstemperatur durch das die Greifervorrichtung durchsLrömende Kühlgas auf eine die Funktionssicherheit nicht beeinträchtigende Arbeitstemperatur herabgesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Greifervorrichtung ergibt sich aus der dauernden Ueberwachung der Stellung der? Greifers im Reaktorkern und ferner aus der praktisch wartungsfreien Anordnung der Bauelemente.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig.l eine Gesamtansicht der Greifervorrichtung im Schnitt, Fig.2 eine Teilansicht der Verriegelung mit Abwälzzähnen, Fig.3 die Ausführungsform gemäss Fig.2, Jedoch in Verriegelungsstellung,

Fig.4 eine andere Ausführungsform der Verriegelung mit Wälzbändern.

In den einzelnen Figuren sind einander entsprechende Teile mit

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gleichen Bezugszeichen versahen. Zur besseren Uebersicht sind alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht nicht notwendigen Konstruktionsdetails, wie Lager oder Schrauber, usw. In ilen Zeichnungen wcpcprelasscn worden.

Die strichlierte Linie in Pig.l stellt die Kontur des Brennelementes 1 dar, in dessen Bohrung 2 der sogenannte Greiferzapfen 3 eingeführt ist. Der Greiferzapfen 3 besteht aus einem Tragrohr ¹J, das über den flansch 5 am Lenkarm 6 befestigt ist. Der Lenkarrr, 6 ist seinerseits über den Anschlusszapfen 29 ir. Tragarm 7 dr· ibar gelagert. Das Tragrohr *4 1st mit einem Anschlag 8 versehen, an dem die Stirnfläche ¹U des Brennelementes 1 anliegt, wenn die Verriegelung betätigt wird. Gleichzeitig dient der Anschlag 8 als Sicherung gegen zu tiefes Einfahren des Greiferzapfens 3 in das Brennelement 1. Eine Einsatzhülse 9 wird mit dem Tragrohr 4 fest verbunden und nimmt die eigentliche Verriegelungsvorrichtung auf. Den Abschluss des Greiferzapfens 3 bildet die Nase 10, deren Oberfläche derart ausgebildet ist, dass ein leichtes Einführen in die Bohrung 2 ermöglicht wird.

Die Einsatzhülse 9 wird zusammengesetzt aus den mit dem Tragrohr verbundenen Teil 9¹» dem Mantelrohr 25 und der Abschlussplatte 2Ί. Es entstehen im Inneren der Einsatzhülse 9 zwei Hohlräume, die durch den Hülsenboden 9" getrennt sind. Auf dem Hülsenboden 9" sitzt mittels einer dichtenden Verbindung der

EaIg 19 auf, der ir.it der. den Hülsenboden 9" in einer Bohrung durchtretenden Stössel I¹- arr. StösselV--pf 20 gleichfalls dampfdicht verbunden ist. Daraus ergibt sich nor Stösseldru-kraur. 2c und der Hülsenzylinder 3^₅ der mit der. Inneren des Balges 27 dauernd auf der. gleichen Druckniveau liegt.

Der Unterteil 9' der Einsatzhülse 9 ist mit Aussparungen 13 versehen, in denen die Klinken 11 und Bügel 12 untergebracht sind. Dabei weisen die Aussparungen 13, Klinken 11 und Bügel 12, sowie die an Stössel 14 befestigte Ventilmutter 15 Jeweils Abrollflächen 4 3 auf. Die rollende Bewegung der einzelnen Teile zueinander bedarf jedoch einer iührung, die durch nicht dargestellte Verzahnungen 44 gebildet wird.

Die im ausgeklappten Zustand dargestellten Klinken 11 berühren die Ausziehflächen 40 des Brennelementes 1. Die Stirnflächen der Klinken 11 werden zweckmässigerweise etwas gerundet ausgeführt, so dass etwaige Unebenheiten ausgeglichen werden. Um ein sattes Anliegen der Klinken 11 an allsn Ausziehflächen zu gewährleisten, kann am Stössel 14 eine ähnliche Ausgleichseinrichtung vorgesehen werden.

Im Stössel 14 ist eine Ausgleichsbohrung 18 vorgesehen, die den Stösseldruckraum 26 mit dem Hülsenzylinder 34 verbindet, doch über das in der Ventilmutter 15 angeordnete, von der Feder 17 belastete Kugelventil 16 sperrbar ist.

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An Stösselkopf ?0 ist ein Finger 21 v^-pesehen, der ein in der Abschlussplatte 2h angeordnetes Ventil 22 betätigt, dessen Teller nit einer Feder 23 belastet ist. In den Stösseldruckraurr. 2o führt eine Regeldruckleitung 31, die beweglich ist, und vor. der Kühlgaszuleitunp· 30 durch den Ir.nenraum des Lenkarmes β in das Trae;rohrinnere 28 führt und in einem Durchlass ^6 in der Abschlussplatte 2^]A einmündet.

üeber diese Leitung wird dem Stösseldruckraum 26 der jeweils benötigte Ueber- oder Unterdruck vermittelt. Das Kühlgas wird über die genannte Kühlgaszuführung 30 durch den hohlen Lenkarm 6 un-³ das Tragrohrinnere 28 in den Ringraum 32 geführt, von wo es über Bohrungen 33 in den Hülsenzylinder 3^ einströmt und über die Aussparungen 13, sowie die Nasenbohrungen 35 austreten kann.

Im hohlen Lenkarm 6 ist ein sog. Signalwandler 36 vorgesehen, der Über elektrische Leitungen 37 mit einer Stellungsanzeige für den Greiferzapfen 3 verbunden ist. Der Signalumwandler 36 ist mit der Messleitung 38 verbunden. Die Signalleitung 39, die ständig von Kühlgas durchströmt wird, Ist mit einer Messdüse 38' versehen und am Austritt In der Nase 10 1st eine Düse 39' angeordnet. Die Messdüse 38· misst den Druckunterschied,der durch den Stau an der Austrittsdüse 39' hervorgerufen wird. Die Werte werden an den Signalwandler weitergegeben.

Die Wirkungsweise wird nunmehr anhand der Fig.l erklärt. Der Stöpsel Ik wird in die beiden Endstellungen mittels Ueberdruck oder Unterdruck bewegt. Insbesondere wird der Stössel angehoben, wenn im Stösseldruckraum 26 ein Unterdruck über die Leitung 25 erzeugt wird. Dabei deüM)£&49$»&9-$2-^{9 und der} Stösselkopf 20

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v.'ird rc-er. :io Abschlussplatte 2¹I bewegt. ,Das Ventil 22 wire bei Einwirl· cö Unterdrückes geöffnet und zv:ar so lange, bis der Finger . cieses wiederum schliesst. Das über die Ausgieichsbohrung lS mit dem Stösseldruckraum 26 verbundene Kugelventil 16 v;ird bei Auftreten des Unterdruckes sofort geschlossen. Daraus ergibt sich, dass der Unterdruck durch ständiges Absaugen über die Leitung 25 gehalten werden muss.

Nach Schliessen des Ventils 22 steigt der Unterdruck an und die Gasströmung kommt zum Stillstand. Beide Wirkungen werden als Kontrollsignal für entsprechende Stellungen der Klinken verwertet.

Durch das Hochfahren des Stössels I^ werden die über die Verzahnung M geführten Klinken 11 ausgelenkt und die Verriegelung des Brennelementes 1 gegen Abfall vom Greiferzapfen 3 bewerkstelligt.

Beim Absenken des Stösn.els I²J wird in dem Druckraum 26 ein gegenüber dem normalen Kühlgasdruck höherer Druck erzeugt, so dass der Balg gegen seine eigene Federkraft zusammengedrückt wird. Gleichzeitig mit der Erhöhung des Druckes schliesst das in der Abschlussplatte 2k vorgesehene Ventil 22 und das Kugelventil 16 wird durch den höheren Druck gegen den Widerstand der Feder 17 geöffnet. Dieses Ventil 16 bleibt so lange geöffnet, bis es durch das Aufsetzen des Kugelzapfens auf der Nase 10 geschlossen wird. Während dieser Zeit muss die Gaszufuhr und auch die Drucksteigerung durch die Leitung 31 erhalten bleiben.

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Eel geschlossenen Ventilen lc und 22 wird eine Druckerhühung äurch Anreise an der Belademaschine festgestellt und das Erreichen des Hüchstdruckes sowie die zur Ruhe gekommene Gasströmung v/erden als Signal für die Endsteliunp der Klinken gewertet, die in diesem Fall in den Greiferzapfen 3 vollkommen versenkt sind.

Die Funktion der Abrollflächen 43 an den Klinken 11 wird in der Fig. 2 näher erläutert, da die Mechanik wegen der Kleinheit der Darstellung in Fig. 1 nicht deutlich erkennbar wäre.

In FIp. 2 1st der untere Teil des Stössels 14 mit der axs Ventil sitz ausgebildeten Ausgleichsbohrung IS erkennbar, wobei in der Ventilmuffe 15 das unter der Vorspannung einer Feder 17 stehende Ventil 16 angeordnet ist. Die Ventilmuffe 15 ist an ihrem Aussenumfang 43a mit einer Vv. Mahnung ¹J²Ja versehen, die mit dem Hebel-

arm II¹ der Klinke 11 kämmt, der an der mittleren Abrollfläche 43b eine entsprechende Verzahnung 44b aufweist.

Die Aussparung 13 der Einsatzhülse 9 ist an den Abrollflächen 43c gleichfalls mit Verzahnungen 44c ausgerüstet, in die eine entgegengesetzte Verzahnung 44d' und 44d" eingreift, deren erste am Rollkreis 43d¹ der Klinke 11 und deren zweite am Rollkreis 43d" des Bügels 12 vorgesehen ist. Zur exakten Führung ist es noch notwendig, zwischen Bügel 12 und der Klinke 11 eine miteinander kämmende Verzahnung 44e und 44f anzuordnen, die an den gemeinsamen Rollkrclsen 43e und 43f hin- und. herbewegt werden.

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In der Flg. 3 ist ein der Fig. 2 entsprechender Schnitt dargestellt, wobei aber die Klinken in verriegelter Stellung gezeichnet sind.

Zur Funktionswelse 1st zu erwähnen, dass beim Absenken des Stössels 14 das Kugelventil 16 durch den Ueberdruck geöffnet wird, wobei die Kraft der Feder 17 überwunden werden mus3. Dies erfolgt so lange, bis der Kugelzapfen 16' auf der Nase 10 aufsitzt und die Ausgleichsbohrung 18 verschllesst. Die Klinken 11 werden während der Abwärtsbewegung des Stössels 1'4 geschwenkt, wobei die Führung durch die Verzahnungen 44a bis Me erfolgt. In der tiefsten Stellung, also bei geschlossenem Kugelventil Io, wird der Ueberdruck im Stüsseldruckraum 26 gehalten.

Die Anhebung des Druckes erfolgt einerseits zur Gewährleistung des dauernden Anliegens der Klinken 11 an den Ausziehflächen 40 und andererseits bedarf die Verriegelungseinrichtung einer Fernkontrolle. Vorteilhafterweise kann diese durch ein Manometer erreicht werden, das den Druck des Mediums dauernd überwacht. Um die Gasströmung zu messen, kann ohne aufwendige Arbeiten an gleicher Stelle ein Strömungsmesser eingesetzt werden.

In Flg. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Verriegelung dargestellt, wobei die Verzahnung in vorteilhafter Weise durch flexible Bänder 45 ersetzt ist. Die Bänder 45 sind jeweils zweiteilig ausgeführt, wobei die Gurten jeweils in entgegengesetzter Richtung auf Zug beansprucht werden, und mit ihren Fixpunkten an den

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jeweiligen Abrollflächen A3 befestigt sind. Dabei wird die Möglichkeit des Spieles zwischen den Abrollflächen A3 gänzlich verhindert .

Die ranktlonsweise ist bei dieser Ausführungsform gleich jener der vorher beschriebenen mit Verzahnung, doch kann mittels der Bänder A5 die Vorrichtung zur Verriegelung der Brennelemente 1 einfacher gestaltet werden.

Um den Greiferzapfen 3 gegen die vom Brennelement 1 abgestrahlte Wärme zu schützen, kann ^; die Oberfläche des Greiferzapfens, ins besondere des Tragrohres ^, mit einer Isolationsschicht versehen werden. Diese Möglichkeit wird insbesondere bei Hochtemperaturreaktoren in Betracht gezogen, um die auf Grund der thermischen Belastungen auftretenden Spannungen in den Warmfestigkeitsgrenzen des Materials zu halten.

Claims

130/7- - 11 - -s—k—e η t gnsprüch

1. ui fervorrichtung einer Belademaschine für Brennelemente eines r,c3gekühlten Kernreaktors, wobei jedes Brennelement mindestens eine durchgehende Bohrung mit Ausziehflüchen aufweist und in diese Bohrung ein Tragrohr einführbar ist, und im Tragrohr eine Verriegelung für das Brennelement angeordnet ist, dadurch

ji gekennzeichnet, dass das Tragrohr mit Kühlgas durchströmt ist

und im Inneren des Tragrohres (28) ein in der Längsrichtung beweglicher Stössel (Ib) vorgesehen ist, v/elcher Verriegelungsklinken (11) mittels Abwälzführungen (h3,kl\,l\5) an den Ausziehflächen (40) des Brennelementes (1) anlegt.

2. Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über einen Balg (19) an einer Hülse (9) abgestützte Stüssel (l'O zv/ei selbständige Ventile (Ιό, 22) steuert, und ein Stösseldruckraum (26) Über eine flexible Regeldruckleitung (3D mit Hegeldruck beaufschlagt ist.

3· Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzführungen durch Verzahnungen (Ma bis f) und Abrollflächen (13a bis f) gebildet sind.

1. Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzführungen durch flexible Bänder (15) und Abrollflächen (13) gebildet sind.

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5· Greifervorrichtunj¹; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Tragrohr (¹J) oder in der Hülse (9) mindestens eine mit einer "cssdüse (39) versehene Bohrung (3S) angeordnet ist und iie Bohrung η it einem Sicnalunv/andler (Ξβ) verbunden ist.

Aktiengesellschaft Broifli, Boveri & Cie.