WO1999024989A1 - Lademaschine zum umsetzen dicht benachbarter, langgestreckter gegenstände, insbesondere brennelemente - Google Patents

Lademaschine zum umsetzen dicht benachbarter, langgestreckter gegenstände, insbesondere brennelemente Download PDF

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WO1999024989A1
WO1999024989A1 PCT/DE1998/003274 DE9803274W WO9924989A1 WO 1999024989 A1 WO1999024989 A1 WO 1999024989A1 DE 9803274 W DE9803274 W DE 9803274W WO 9924989 A1 WO9924989 A1 WO 9924989A1
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WO
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mast
fuel
loading machine
gripper
fuel elements
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PCT/DE1998/003274
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Karl FÄSER
Erwin Laurer
Jürgen MODEL
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/32—Apparatus for removing radioactive objects or materials from the reactor discharge area, e.g. to a storage place; Apparatus for handling radioactive objects or materials within a storage place or removing them therefrom
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/02—Details of handling arrangements
    • G21C19/10—Lifting devices or pulling devices adapted for co-operation with fuel elements or with control elements
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    • G21C19/10—Lifting devices or pulling devices adapted for co-operation with fuel elements or with control elements
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • Loading machine for moving closely adjacent, elongated objects, in particular fuel elements
  • the invention preferably relates to instruments handling Brennele ⁇ which are arranged along with their controls in the pressurized water ⁇ ser-reactor core of a nuclear power plant immediately adjacent (narrowing), alternate in a fuel element ware- in the fuel assembly storage pool of the nuclear power plant but stored apart are (extension).
  • spent fuel assemblies must be transported from the reactor core to the storage rack and fresh fuel assemblies from the storage pool to the reactor core.
  • the invention relates to a loading machine for handling elongated objects which are geodetically vertically oriented with respect to their longitudinal axis, a large number of these objects being arranged immediately adjacent in a close position and adjacent in a wide position with a short distance from one another.
  • the loading machine is used, in particular, to transport said objects from a tightly packed bundle of these objects to a work or / parking space. Conversely, it also serves to combine such objects in a tight bundle.
  • the reactor core is accommodated in the reactor pressure vessel.
  • the reactor core has a plurality of fuel elements which are essentially elongated, cuboid in shape and vertically oriented closely adjacent to one another in a geodesic manner are.
  • the guide tubes included by elements in the Brennele ⁇ are inserted in the fuel assemblies.
  • the nuclear fuel contained in the fuel elements is consumed by burning, with the result that the fuel elements have to be replaced from time to time. Since the burn-up of fuel elements depends on their position in the reactor core, the fuel elements are not used up at the same time. Incomplete spent fuel elements are usually implemented in the reactor core. The replacement and replacement of fuel assemblies takes place after an operating cycle of the power plant of several (e.g. 12 or 18) months.
  • the reactor To change the fuel element, the reactor must be switched off and depressurized.
  • the reactor core is accessible from above by removing the pressure vessel cover and removing various internals. This is done when the reactor pool is flooded in order to maintain the water shielding for the exposed core.
  • a manipulation bridge with a gripper hanging in a guide mast can then be moved over the flooded fuel element storage pool and the reactor space, each position in the storage rack and reactor core being able to be approached with the aid of a positioning system adjusted according to coordinates.
  • a so-called double gripper can be used, for example, to handle fuel assemblies and control rods and throttle bodies which close the control rod guide tubes of those fuel assemblies which do not have control rods.
  • This double gripper can be moved vertically and is equipped with a control rod gripper and firing element gripper. It is arranged within a guide mast attached to the manipulation bridge.
  • a centering bell surrounding the double gripper is arranged within the guide mast. This device is telescopic in such a way that the centering bell, which centers the double gripper above the fuel element to be gripped, can be extended from the guide mast by coupling to centering devices of fuel elements which are adjacent to the fuel element to be gripped.
  • the double gripper is extended from the centering bell to grab a fuel element or its control rod. After the double gripper has gripped a fuel assembly or its control rod, it is retracted together with the fuel assembly or control arm gripped into the centering bell and this in turn m into the guide mast.
  • the fuel assembly can then be implemented in the reactor core by means of the manipulating bridge or fed to a fuel assembly storage rack. Conversely, a fuel assembly can be gripped from a fuel assembly storage rack and fed to the reactor core.
  • the duration of the fuel element replacement represents a significant cost factor since the nuclear power plant is shut down.
  • the operating personnel are exposed to radiation during a fuel element change. Therefore, the task arises to shorten the time required for a fuel element change.
  • the method which can be carried out with the invention enables the transfer of fuel elements, for example between the reactor core (narrow fuel element distance) and the fuel element storage rack, a work station for inspection or another parking space (extended fuel element distance, possibly changed orientation).
  • fuel elements for example between the reactor core (narrow fuel element distance) and the fuel element storage rack, a work station for inspection or another parking space (extended fuel element distance, possibly changed orientation).
  • Several fuel elements which are or are to be arranged next to one another in the reactor core, are simultaneously or successively removed from their initial positions. tion raised and drawn into a hollow mast, which consists of several relatively movable parts and each fuel element is guided and held on a separate part of the mast.
  • the parts of the mast with the fuel elements held therein are then transported together to a location in the power plant where they are lowered from the parts of the mast and placed in an end position, the mast parts (including the fuel element held thereon) before or after Transport is shifted relative to one another and rotated about a longitudinal direction of the corresponding mast part in such a way that the fuel elements are given the same relative distance and the same relative orientation to one another as is desired for their end position.
  • the orientation of at least one fuel element in the initial position can be different than in the final position; the fuel assembly must therefore be rotated.
  • the mast part carrying this element is preferably removed from the other mast parts in a horizontal direction before or after transport, rotated and then approximated again. This temporary removal is necessary for space reasons; neither the fuel elements nor the mast parts with the machine parts arranged on them may be damaged during turning.
  • a suitable device is based on a hollow mast, which - pointing downwards and open at the bottom - is held on a trolley which is movable in a horizontal plane in the power plant between a location above the reactor core and a location above a parking space. Gripping, guiding and holding means are arranged on the mast, which are movable together with the mast, grip the fuel assembly, can move up and down and thereby guide and hold the fuel assembly.
  • the internal cross-section of the mast is the cross section of two juxtaposed fuel assemblies adapted such that the two fuel place simultaneously inside the mast place and attached through there, each having a single fuel assembly associated gripping, F h ⁇ rungs- and holding means independently on and are movable from.
  • the mast and these means are divided into two halves each associated with a fuel assembly, these halves being held on the trolley in such a way that they can be moved in the horizontal direction relative to one another. At least one half of the mast is preferably rotatable about a longitudinal axis.
  • a loading machine for the simultaneous handling of two elongated objects which are geodetically vertically oriented with respect to their longitudinal axis.
  • This loading machine has a device for simultaneously lifting or lowering these objects.
  • the same device also allows the objects mentioned to be raised or lowered independently of one another.
  • the loading machine has a device for the directional movement of these objects in the geodetic longitudinal and transverse directions.
  • the loading machine also has a device for rotating these objects about a common axis by at least 90 ° m in one direction of rotation and by at least 180 ° m in the opposite direction of rotation.
  • the loading machine has one or two devices for the non-rectified geodetically horizontal movement of at least one of these objects and one or two devices for independently rotating these objects about different axes about m one each Direction of rotation at least 90 ° and m of the opposite direction of rotation by at least 180 °.
  • the devices for the non-rectified movement of the handled objects thus allow a relative movement of these objects to one another.
  • a loading machine for the simultaneous handling of three or more elongated objects geodetically vertically oriented with respect to their longitudinal axis.
  • This loading machine also has a device for the simultaneous lifting or lowering of these objects, which also permits independent lifting or lowering of these objects.
  • This loading machine also has a device for the directional movement of these objects in the geodetic longitudinal and transverse directions and a device for rotating these objects about a common axis by at least 90 ° m in one direction of rotation and by at least 180 ° m in the opposite direction of rotation.
  • the loading machine has a number of devices for the relative movement of the handled objects relative to one another in the geodetic longitudinal and / or transverse direction corresponding to the number of objects that can be handled simultaneously. It also points to a number of devices corresponding to the number of objects that can be handled at the same time, for rotating the handled objects independently of one another about different axes by in each case one direction of rotation at least 90 ° and m of the opposite direction of rotation by at least 180 °.
  • the loading machine also allows handle fewer items than the capacity of the loader. Henceforth it allows sary in erfor ⁇ extent independent handling of the individual items. For example, the relative positions of the objects with respect to one another can be changed so that they can be transferred from an arrangement that is closer to one another to an arrangement that is further apart. It is also mög ⁇ Lich, independently to rotate the articles about an axis of each other.
  • the loading machine advantageously has a geodetically vertically oriented guide mast, a geodetically vertically oriented centering bell that can be pulled into and extended from the guide mast, and one that can be moved in and out of this centering bell Double gripper, with a first, outer gripper and a second inner gripper arranged concentrically in the outer gripper.
  • the guide mast and the centering bell are divided in two in the vertical direction.
  • a further gripper is present in the guide bell, which has at least partially essentially identical elements as the double gripper.
  • the guide mast and the centering bell are divided in the vertical direction according to the number of objects that can be handled at the same time.
  • the to-handle object can be taken locally precisely by the respective gripper, since the Grei ⁇ fer be centered about the centering of the items to be handled counter.
  • the centering bell and the centering bell in turn can be retracted into the guide mast, appropriate protection of the handled objects is ensured.
  • the centering bell and the guide mast are divided in their vertical direction.
  • At least one of the number of parts of the guide mast and the respectively associated part of the centering bell, which corresponds to the reduced number of objects that can be handled at the same time, and the respectively associated gripper are each arranged on an axially mounted rotating plate.
  • each of the rotary plates can be rotated about the vertical central axis of the object which can be handled with the associated gripper. This ensures that the object to be handled can be rotated about its own axis without the relative position of the object to be rotated relative to the other objects being handled simultaneously being changed.
  • Loading machines of the type described above are advantageously used for at least partially filling and / or emptying reactor cores with fuel elements or for displacing fuel elements and / or control rods in a reactor core.
  • the outer gripper of the double gripper is advantageously designed for gripping fuel assemblies and the inner gripper of the double gripper is advantageously designed for gripping control rods.
  • the other existing grippers are designed at least so that fuel elements can be gripped through them.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through the loading rail as a whole
  • FIG. 2 shows a plan view of the two-part guide mast, with the two-part centering bell and two fuel elements in a sectional view;
  • FIG. 4 shows a plan view of the loading machine with guide mast and centering bell in a sectional view, one of the guide mast halves with the handled fuel element being rotated through 180 °;
  • FIG. 5 shows a plan view of the loading machine with guide mast and centering bell in a sectional view, one of the fuel elements being handled being rotated through 90 °;
  • FIG. 6 shows a diagram for implementing two fuel assemblies.
  • FIG. 6 The diagram of FIG. 6 is first explained. It is located under a water level 60 of a reactor basin 61, which is connected via a channel 62 to a storage pool 63, the reactor core, which is indicated by the reactor pressure vessel 64 with the fuel elements 65, 66.
  • a loading machine 70 can be moved by means of a support frame 67. This loading machine carries a hollow mast which is divided into two parts 71, 72 arranged parallel to one another, which are movable relative to one another in a horizontal plane and each contain their own means for gripping, lifting and lowering. These means are each represented symbolically as a cable with a lifting drum 72 and a hook 73 as a gripper.
  • a first step A the loading machine is brought over the reactor core and two fuel elements 65, 66 are gripped simultaneously or in succession and lifted into the parts 71, 72 of the mast. If the fuel elements are closely adjacent, the two mast parts are preferably in a first end position 70a, in which they form a hollow mast that is open at the bottom but practically closed on the side.
  • each individual fuel element can be lowered and inspected outside the mast.
  • the first end position 70a of the two mast parts is preferably taken up again (step C).
  • the loading machine can be moved through the water-filled channel 62 quickly and without endangering the fuel elements located in its mast (step D). If the loading machine is brought over the storage rack 75 in the storage pool 63, the relative distance m is increased by the relative movement of the two mast parts to the extent that is desired for their storage (step E). Finally, the fuel elements of this other end position 70c (wide division) are lowered again, ie removed from the mast (step F).
  • two fuel assemblies from the storage rack can be moved to the reactor core, with a reduction in the size between the first step (lifting the fuel assemblies from the storage rack m the two mast parts) and the last step (lowering the fuel assemblies m the reactor core) relative distance takes place.
  • fuel elements in the reactor pressure vessel are often slightly bent, fuel elements can often only be pulled out of the reactor core or inserted into the core if they are rotated in the process. For example, it can happen that an irradiated fuel assembly, which is still usable and temporarily stored in the storage rack, has to be rotated by -90 °, + 90 ° or 180 ° (step B in the diagram in FIG. 6).
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a loading machine for handling fuel elements.
  • This loading machine essentially has a movable bridge 1, as installed in reactor buildings, with a pressurized water reactor in particular being considered here.
  • the - in this respect not shown - direction of movement of the bridge 1 leads m in or out of the display sheet plane.
  • This trolley 2 can be moved geodetically horizontally at right angles to the bridge 1.
  • On this trolley 2 is a - not shown - operating platform from which the loading machine can be operated.
  • a guide mast 3 is rotatably mounted on the trolley 2 about its central axis. A centering bell is located in the guide mast 3.
  • a double gripper which has an outer fuel element gripper 5 and an inner control element gripper 6.
  • an outer fuel element gripper 5 Above a frame 2.1 of the trolley 2 there are hoists 7 which are arranged on a hoist linkage 7.1 connected to the guide mast 3.
  • Figure 2 shows a cross section through the guide mast 3 with the centering bell 4 located in the guide mast 3 and two fuel elements 8.
  • the guide mast 3 is divided in the vertical direction at points 3.1. In other words: it is composed of two halves 3a, 3b of a tube divided in the axial direction.
  • the centering bell 4 has a rectangular cross section and is vertically divided according to the division of the guide mast 3 at points 4.1. Each of the sections 4a, 4b of the centering bell 4 is dimensioned such that a fuel element 8 can be accommodated therein.
  • the guide mast 3 has angle iron 3.2 along its longitudinal direction. On diagonally opposite angle iron 3.2 these angle iron 3.2 carry a roller guide 3.3.
  • Guide wheels 4.3 designed as rollers engage in these roller guides 3.3 with sufficient slip.
  • the axes of rotation of these guide wheels 4.3 are perpendicular to the surface of the angle iron 3.2 carrying the roller guide 3.3.
  • the guide rollers 4.3 are attached to an almost trapezoidal attachment 4.2 of the centering bell 4, which largely overcomes the spatial distance between the centering bell wall and the angle iron 3.2.
  • Opposite these almost trapezoidal attachments 4.2 are further trapezoidal attachments 4.4 of the centering bell 4.
  • these attachments 4.4 On their side adjacent to the angle iron 3.2, these attachments 4.4 have rollers 4.5, the axis of rotation of which is oriented parallel to the adjacent surface of the angle iron 3.2.
  • a roller 4.6 is attached to the outer wall of the centering bell 4, which rolls directly on the inner wall of the guide mast 3.
  • the fuel elements 8a, 8b and 8 are picked up in each part 4a, 4b of the centering bell 4 by fuel element grippers 5 (not shown in FIG. 2).
  • Each of the two centering bell halves is provided with a fuel element gripper 5 (FIG. 3).
  • One of these fuel assembly grippers 5 is supplemented by a control rod gripper 6 arranged inside the fuel assembly gripper 5 to form a so-called double gripper according to DE 17 64 176.
  • the double gripper has two functional elements, namely a fuel assembly gripper 5 and a control element gripper 6 arranged concentrically in the fuel assembly gripper 5.
  • the principle of construction of the double gripper is also explained below: around a fuel assembly 8 from the reactor core or one To remove the fuel assembly storage rack or to remove a control element 9 from a fuel assembly 8, the entire gripping arrangement is first brought into a position above the fuel assembly in question using the bridge 1 and the trolley 2. The centering bell 4 is then lowered to such an extent that its lower edge assumes a position just above the fuel element 8. If a fuel element 8 is removed from a reactor core, the centering pins 4.7 of the centering bell 4 engage in corresponding bores in the fuel element heads of the respective one Fuel element 8 adjacent fuel elements. In this way, an exact positioning of the fuel element gripper 5 and the control element gripper 6 is effected.
  • the centering bell is held in its position in the mast in such a way that it does not act with its weight on the fuel elements that are geodetically below it.
  • the fuel assembly gripper 5 is then lowered until it engages with the gripping pawls 5.1 in the fuel assembly head of a fuel assembly 8. With the help of a hoist 7 and a double rope 7.1, the one held by the fuel assembly gripper 5
  • the fuel assembly 8 is now lifted up and moved into the centering bell 4.
  • a control element can also be removed from a fuel element 8 in a similar manner.
  • the fuel assembly gripper 5 is locked in an upper position in the centering bell, so that it cannot move down to the fuel assembly 5.
  • the control element gripper 6 is then lowered until it grips the head of a control element contained in the fuel assembly 8 with a control element gripper head. With the gripper pawls contained in the fuel assembly gripper head, the control element gripper 6 hooks onto the control element.
  • the control element gripper 6 By lifting the control element gripper 6 via a lifting mechanism 7 and the double cable 7.2, the control element is now drawn out of the fuel element 8 into the centering bell 4.
  • the centering bell 4 itself is pulled up and moved into the guide mast.
  • the fuel element 8 or the control element can then be moved horizontally in the reactor space.
  • the other half of the centering bell 4 is equipped with a simple fuel assembly gripper in the manner described.
  • both grippers m of the centering bell 4 is designed as a double gripper.
  • the guide mast 3 is vertically divided at the points 3.1 and likewise the centering bell 4 at the points 4.1. As shown in FIG. 4, each half 3a, 3b of the guide mast 3 and the corresponding half 4a, 4b of the centering bell 4 are equipped with a lifting mechanism 7a, 7b.
  • the guide mast halves 3a, 3b are together with their internals such as centering bells, halves 4a, 4b and grippers and their associated lifting mechanisms 7a, 7b on the
  • Trolley 2 can be moved horizontally. However, it is also sufficient if only one of the two guide mast halves can be moved on the trolley 2 and the other half is fixed.
  • the moving device for the two guide mast halves is indicated in FIG. 1 by a guide 2 ′′ that can be moved in an m x-y direction, m the wheels 2 ′ are guided for a rotation of the frame 2.1.
  • FIG. 5 A similar procedure was followed in FIG. 5.
  • the fuel element 8b was rotated by 90 ° about the longitudinal axis of the fuel element 8b (position A ') and then moved back again in the direction of the fuel element 8a (position B ').
  • the fuel assemblies 8a, 8b which were in the core in the narrow position (FIG. 2), in the extended position (position B in FIG. 4, position B 'in FIG.
  • the 7 distance of the fuel elements corresponds to the distance that they must have, for example, in the fuel assembly storage rack, on a test bench for inspection, maintenance or repair or when reinserting them in the reactor pressure vessel.
  • their orientation relative to each other is different. This is because the case may arise that a fuel assembly has bent during reactor operation and cannot easily be removed from the assembly with the adjacent fuel assemblies or inserted into the assembly, but this becomes possible if the fuel assembly is + 90 °, - Is rotated 90 ° or 180 °.
  • Such malfunctions in which the vertical movement of the fuel assembly is obstructed by obstacles, can be detected if the hoist is mounted on a platform with a weight force measuring device, which is both an improper weight loss (the fuel assembly is resting on an obstacle) and a weight gain (the fuel assembly is held) reports the vertical movement.
  • the fuel assembly can be rotated on the work station in order to be inspected or processed from different sides.
  • the trolley 2 with the halves of the guide mast attached to it and the elements held therein are moved over the new work station and the transported fuel elements or the transported control elements can be lowered from the guide mast 3.
  • the centering bell halves are held in the raised position by means of fastening devices in the guide mast, while the fuel assembly gripper 5 moves down and thus releases the fuel assembly 8 for inspection.
  • an optical inspection of the transported control element take place in that the centering bell 4 and the fuel assembly gripper 5 are held in the raised position by means of locking devices, while the control element gripper moves downward and thus releases the control element 9.
  • the fuel element 8 or control element 9 can be moved out of the centering bell 4 and the guide mast 3 in the loading machine described here in such a way that the
  • Fuel elements 8 or control rod 9 can be individually extended downwards, even if the loading machine is equipped with two fuel elements 8 or with a fuel element 8 and a control element 9. Also, in extended positions corresponding to FIGS. 4 and 5, fuel elements 8 or control elements 9 can be extended and examined independently of one another from the centering bell half held up in the guide mast half.
  • the loading machine shown in the exemplary embodiment two fuel elements or one fuel element and one control element can be handled simultaneously.
  • a plurality of fuel elements for example four fuel elements
  • a four division of the guide mast and centering bell is required for this, the fuel elements handled then resulting in a bundle of two times two fuel elements.
  • the fuel elements for mutual relative movement in the horizontal direction can either be moved biaxially horizontally or can be moved at an angle of 45 ° to the parting planes of the guide mast 3.
  • the proposed loading machine it is possible with the proposed loading machine to handle a number of fuel elements or control elements that falls short of the loading machine capacity.

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Abstract

Um z.B. zwei Brennelemente (65, 66) im Reaktor (oder mehrere ähnliche Gegenstände) gleichzeitig versetzen zu können, ist an einer Laufkatze ein in entsprechende Teile (71, 72) aufgeteilter Mast mit jeweils eigenen Greif- und Führungsmitteln (73, 74) für die einzelnen Brennelemente vorgesehen. Mindestens ein Teil ist an der Laufkatze horizontal beweglich und um seine Längsachse drehbar. Damit können zwei Brennelemente gleichzeitig aus dem Kern (64) gezogen und in veränderter Relativposition auf einem Lagergestell (75) oder einem Arbeitsplatz (Inspektion) abgestellt werden.

Description

Beschreibung
Lademaschine zum Umsetzen dicht benachbarter, langgestreckter Gegenstände, insbesondere Brennelemente
Die Erfindung betrifft bevorzugt die Handhabung von Brennele¬ menten, die zusammen mit ihren Steuerelementen im Druckwas¬ ser-Reaktorkern eines Kernkraftwerks unmittelbar benachbart angeordnet sind (Engstellung) , in einem Brennelement-Lagerge- stell im Brennelement-Lagerbecken des Kernkraftwerks aber im Abstand voneinander gelagert sind (Weitstellung) . Bei einem Brennelement-Wechsel müssen abgebrannte Brennelemente aus dem Reaktorkern in das Lagergestell und frische Brennelemente aus dem Lagerbecken in den Reaktorkern transportiert werden. All- gemein betrifft die Erfindung eine Lademaschine zur Handhabung von bezüglich ihrer Längsachse geodätisch vertikal orientierter, länglicher Gegenstände, wobei eine Vielzahl dieser Gegenstände in einer Nahstellung unmittelbar benachbart und in einer Weitstellung mit geringer Entfernung voneinander be- nachbart angeordnet sind. Die Lademaschine dient insbesondere dazu, die besagten Gegenstände aus einem dicht gepackten Bündel dieser Gegenstände zu einem Arbeits- oder /Abstellplatz zu transportieren. Umgekehrt dient sie auch dazu, solche abgestellten Gegenstände zu einem engen Bündel zusammenzufassen.
Im folgenden wird vor allem die bevorzugte Anwendung der Erfindung zur Handhabung von Brennelementen und Steuerstäben in einer Kernkraftwerksanlage beschrieben, ohne daß aber dadurch andere Anwendungen ausgeschlossen werden.
Bei Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren ist der Reaktorkern im Reaktordruckbehälter untergebracht. Dabei weist der Reaktorkern eine Mehrzahl von Brennelementen auf, die im wesentlichen langgestreckt-quaderför ig geformt sind und dicht nebeneinander benachbart geodätisch vertikal orientiert sind. Zur Steuerung der Kernreaktion weist eine Mehrzahl dieser Brennelemente Steuerstäbe auf, die durch in den Brennele¬ menten enthaltene Führungsrohre in die Brennelemente eingebracht sind.
Im Laufe der Betriebszeit eines Kernreaktors wird der in den Brennelementen enthaltene Kernbrennstoff durch Abbrennen verbraucht, mit der Folge, daß die Brennelemente von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden müssen. Da der Abbrand von Brenn- elementen von ihrer Position im Reaktorkern abhängig ist, sind die Brennelemente nicht gleichzeitig verbraucht. Nicht vollständig abgebrannte Brennelemente werden in der Regel im Reaktorkern umgesetzt. Der Austausch von Brennelementen und deren Umsetzen erfolgt nach einem Betriebszyklus der Kraft- Werksanlage von mehreren (z.B. 12 oder 18) Monaten.
Zum Brennelement-Wechsel muß der Reaktor abgeschaltet und drucklos gemacht werden. Durch Demontage des Druckbehälterdeckels und Ausbau verschiedener Einbauten wird der Reaktor- kern von oben zugänglich. Dies geschieht bei geflutetem Reaktorbecken, um die Wasserabschirmung für den freiliegenden Reaktorkern zu erhalten. Über dem gefluteten Brennelementlagerbecken und dem Reaktorraum kann dann eine Manipulierbrücke mit einem in einem Führungsmast hängenden Greifer verfahren werden, wobei jede Position im Lagergestell und Reaktorkern mit Hilfe eines nach Koordinaten justierten Positionierungssystems angefahren werden kann.
Zur Handhabung von Brennelementen und Steuerstäben sowie von Drosselkörpern, welche die Regelstabführungsrohre derjenigen Brennelemente verschließen, die keine Regelstäbe aufweisen, kann beispielsweise ein sogenannter Doppelgreifer eingesetzt werden, wie er in DE 17 64 176 beschrieben ist. Dieser Doppelgreifer ist vertikal verfahrbar und ist ausgestattet mit einem je selbständig bedienbaren Regelstabgreifer und Brenn- elementgreifer . Er ist innerhalb eines an der Manipulier- brucke befestigten Fuhrungsmastes angeordnet. Innerhalb des Fuhrungsmastes ist eine den Doppeigreifer umgebende Zentrierglocke angeordnet. Diese Vorrichtung ist teleskopierend der- art, daß aus dem Fuhrungsmast die Zentrierglocke ausfahrbar ist, welche den Doppeigreifer über dem zu greifenden Brennelement zentriert und zwar durch Ankoppelung an Zentriereinrichtungen von Brennelementen, die dem zu greifenden Brennelement benachbart sind. Aus der Zentrierglocke wird der Dop- pelgreifer zur Ergreifung eines Brennelementes oder dessen Regelstabe ausgefahren. Nachdem der Doppeigreifer ein Brennelement oder dessen Regelstabe ergriffen hat, wird er mitsamt dem ergriffenen Brennelement oder den ergriffenen Regelstaben m die Zentrierglocke und diese wiederum m den Fuhrungsmast eingefahren. Das Brennelement kann dann vermittels der Mani- pulierbrucke im Reaktorkern umgesetzt oder einem Brennelemente-Lagergestell zugeführt werden. In umgekehrter Weise kann ein Brennelement aus einem Brennelemente-Lagergestell ergriffen und dem Reaktorkern zugeführt werden.
Die Dauer des Brennelement-Austausches stellt, da währenddessen das Kernkraftwerk abgeschaltet ist, einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Außerdem ist das Bedienpersonal wahrend eines Brennelement-Wechsels einer Strahlenbelastung ausgesetzt. Deshalb stellt sich die Aufgabe, die für einen Brennelement- Wechsel erforderliche Zeit zu verkurzen.
Das mit der Erfindung durchfuhrbare Verfahren ermöglicht das Umsetzen von Brennelementen, z.B. zwischen dem Reaktorkern (enger Brennelement-Abstand) und dem Brennelement-Lagergestell, einem Arbeitsplatz zur Inspektion oder einem anderen Abstellplatz (erweiterter Brennelement-Abstand, eventuell geänderte Orientierung) . Dabei werden mehrere Brennelemente, die im Reaktorkern nebeneinander angeordnet sind oder werden sollen, gleichzeitig oder nacheinander aus ihrer Anfangsposi- tion angehoben und in einen hohlen Mast hineingezogen, der aus mehreren relativ zueinander beweglichen Teilen besteht und wobei jedes Brennelement an einem eigenen Teil des Mastes geführt und gehalten wird. Anschließend werden die Teile des Mastes mit den darin gehaltenen Brennelementen gemeinsam zu einem Ort im Kraftwerk transportiert, an dem sie aus den Teilen des Mastes herabgelassen und in einer Endposition abgesetzt werden, wobei die Mastteile (einschließlich des jeweils daran gehaltenen Brennelements) vor oder nach dem Transport relativ zueinander so verschoben und um eine Längsrichtung des entsprechenden Mastteils gedreht werden, daß die Brennelemente den gleichen relativen Abstand und die gleiche relative Orientierung zueinander erhalten wie für ihre Endposition gewünscht ist.
Die Orientierung mindestens eines Brennelements in der Anfangsposition kann nämlich anders sein als in der Endposition; das Brennelement muß daher gedreht werden. In diesem Fall wird bevorzugt der dieses Element tragende Mastteil vor oder nach dem Transport in horizontaler Richtung von den anderen Mastteilen entfernt, gedreht und anschließend wieder angenähert. Dieses vorübergehende Entfernen ist aus Raumgründen erforderlich; weder die Brennelemente noch die Mastteile mit den daran angeordneten Maschinenteilen dürfen beim Drehen beschädigt werden.
Eine geeignete Vorrichtung geht von einem hohlen Mast aus, der - nach unten weisend und unten offen - an einer Laufkatze gehalten ist, die in einer horizontalen Ebene im Kraftwerk zwischen einem Ort oberhalb des Reaktorkerns und einem Ort oberhalb eines Abstellplatzes beweglich ist. Am Mast sind Greif-, Führungs- und Haltemittel angeordnet, die zusammen mit dem Mast beweglich sind, das Brennelement greifen, auf und ab bewegen können und dabei das Brennelement führen und halten. Dies ist Stand der Technik. Gemäß der Erfindung ist der Innenquerschnitt des Mastes dem Querschnitt zweier nebeneinander angeordneter Brennelemente derart angepaßt, daß die beiden Brennelemente gleichzeitig im Inneren des Mastes Platz finden und durch dort angebrachte, jeweils einem einzelnen Brennelement zugeordnete Greif-, F h¬ rungs- und Haltemittel unabhängig auf und ab bewegbar sind. Der Mast und diese Mittel sind m zwei jeweils einem Brennelement zugeordnete Hälften geteilt, wobei diese Hälften derart an der Laufkatze gehalten sind, daß sie relativ zueinan- der m horizontaler Richtung beweglich sind. Bevorzugt ist wenigstens eine Hälfte des Mastes um eine Langsachse drehbar.
Die Aufgabe stellt sich aber auch im Zusammenhang mit den Steuerelementen des Reaktors oder mit ähnlichen Gegenstanden und wird allgemein durch eine Lademaschine nach den Ansprüchen 3 und 4 gelost.
Es wird hierzu eine Lademaschine vorgesehen zur gleichzeitigen Handhabung von zwei bezuglich ihrer Langsachse geodätisch vertikal orientierter länglicher Gegenstande. Diese Lademaschine weist eine Einrichtung auf zum gleichzeitigen Anheben oder Absenken dieser Gegenstande. Selbige Einrichtung gestattet aber auch ein voneinander unabhängiges Anheben oder Absenken der besagten Gegenstande. Darüber hinaus weist die La- demaschine eine Einrichtung auf zur gleichgerichteten Bewegung dieser Gegenstande m geodätischer Längs- und Querrichtung. Die Lademaschine weist ferner eine Einrichtung auf zur Drehung dieser Gegenstande um eine gemeinsame Achse um wenigstens 90° m der einen Drehrichtung und um wenigstens 180° m der entgegengesetzten Drehrichtung. Darüber hinaus weist die Lademaschine eine oder zwei Einrichtungen auf zur nicht gleichgerichteten geodätisch horizontalen Bewegung von mindestens einem dieser Gegenstande sowie eine oder zwei Einrichtungen zur voneinander unabhängigen Drehung dieser Gegen- stände um jeweils verschiedene Achsen um jeweils m einer Drehrichtung mindestens 90° und m der entgegengesetzten Drehrichtung um mindestens 180°. Die Einrichtungen zur nicht gleichgerichteten Bewegung der gehandhabten Gegenstände gestattet also eine Relativbewegung dieser Gegenstande zueinan- der.
Erfmdungsgemäß ist auch eine Lademaschine zur gleichzeitigen Handhabung von drei oder mehr bezuglich ihrer Langsachse geodätisch vertikal orientierter länglicher Gegenstande. Auch diese Lademaschine weist eine Einrichtung auf zum gleichzeitigen Anheben oder Absenken dieser Gegenstande, die auch ein voneinander unabhängiges Anheben oder Absenken dieser Gegenstande gestattet. Auch weist diese Lademaschine eine Einrichtung auf zur gleichgerichteten Bewegung dieser Gegenstande m geodätischer Längs- und Querrichtung sowie eine Einrichtung zur Drehung dieser Gegenstande um eine gemeinsame Achse um wenigstens 90° m der einen Drehrichtung und um wenigstens 180° m der entgegengesetzten Drehrichtung. Darüber hinaus weist die Lademaschine zur gleichzeitigen Handhabung von drei oder mehreren der genannten Gegenstande auf eine der Anzahl der gleichzeitig handhabbaren Gegenstande entsprechende Anzahl von Einrichtungen zur relativen Bewegung der gehandhabten Gegenstande zueinander m geodätischer Längs- und/oder Querrichtung. Sie weist ferner auf eine der Anzahl der gleichzeitig handhabbaren Gegenstande entsprechende Anzahl von Einrichtungen zur voneinander unabhängigen Drehung der gehandhabten Gegenstande um jeweils verschiedene Achsen um jeweils m eine Drehrichtung mindestens 90° und m der entgegengesetzten Drehrichtung um mindestens 180°.
Dadurch daß mit dem Ladegerat entweder gleichzeitig zwei oder mehrere der besagten langgestreckten Gegenstande gehandhabt werden können, ergibt es sich vorteilhafterweise, daß die für die Handhabung der besagten Gegenstande benotigte Zeit erheb- lieh verkürzt wird. Die Lademaschine gestattet es aber auch, weniger Gegenstände zu handhaben, als es der Kapazität der Lademaschine entspricht. Sie erlaubt fernerhin eine im erfor¬ derlichen Umfang voneinander unabhängige Handhabung der einzelnen Gegenstände. So können z.B. die Relativpositionen der Gegenstände zueinander verändert werden, so daß sie einmal von einer zueinander engeren Anordnung in eine zueinander weitere Anordnung überführt werden können. Es ist auch mög¬ lich, die Gegenstände voneinander unabhängig um eine Achse zu drehen.
Die Lademaschine, durch die zwei der besagten Gegenstände gleichzeitig gehandhabt werden können, weist in vorteilhafter Weise einen geodätisch vertikal orientierten Führungsmast auf, eine geodätisch vertikal orientierte, in den Führungs- mast einziehbare und aus diesem ausfahrbare Zentrierglocke sowie einen in diese Zentrierglocke ein- und ausfahrbaren Doppelgreifer, mit einem ersten, äußeren Greifer und einem zweiten, in dem äußeren Greifer konzentrisch angeordneten inneren Greifer. Dabei sind der Führungsmast und die Zentrier- glocke in vertikaler Richtung zweigeteilt. In der Führungsglocke ist ein weiterer Greifer vorhanden, der zumindest teilweise im wesentlichen baugleiche Elemente aufweist wie der Doppelgreifer.
Ähnlich der bevorzugten Ausführung der Lademaschine für die gleichzeitige Handhabung von zwei der besagten Gegenstände ist auch eine bevorzugte Ausführung der Lademaschine für die gleichzeitige Handhabung von drei oder mehr der besagten Gegenstände. Bei dieser ist der Führungsmast und die Zentrier- glocke entsprechend der Anzahl der gleichzeitig handhabbaren Gegenstände in vertikaler Richtung geteilt. Weiterhin sind entsprechend der um eins verminderten Anzahl der gleichzeitig handhabbaren Gegenstände Greifer vorhanden, die mindestens teilweise im wesentlichen baugleiche Elemente aufweisen, wie der Doppelgreifer. Bei diesen bevorzugten Ausfuhrungsformen wird es ermöglicht, daß die zu handhabenden Gegenstande durch die jeweiligen Greifer ortlich präzise ergriffen werden können, da die Grei¬ fer über die Zentrierglocke auf die zu handhabenden Gegen- stände zentriert werden. Da die Greifer die zu handhabenden Gegenstande m die Zentrierglocke einfahren und die Zentrierglocke ihrerseits m den Fuhrungsmast einfahrbar ist, ist ein entsprechender Schutz der gehandhabten Gegenstande gewährleistet. Um eine Relativbewegung der einzelnen zu handhabenden Gegenstande zu ermöglichen, sind die Zentrierglocke und der Fuhrungsmast m deren vertikaler Richtung geteilt.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung obiger Lademaschinen sind mindestens eine der um eins verminderten Anzahl der gleichzeitig handhabbaren Gegenstande entsprechende Anzahl von Teilen des Fuhrungsmastes und des jeweils zugehörigen Teils der Zentrierglocke sowie der jeweils zugehörige Greifer auf jeweils einem axial gelagerten Drehschild angeordnet.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung ist jedes der Dreh- schilder drehbar um die vertikale Mittelachse des mit dem jeweils zugehörigen Greifers handhabbaren Gegenstandes. Hierdurch wird erreicht, daß eine Drehung des zu handhabenden Gegenstandes um dessen eigene Achse ermöglicht wird, ohne daß dadurch die relative Position des zu drehenden Gegenstandes zu den anderen gleichzeitig mit ihm gehandhabten Gegenstande verändert wird.
Vorteilhafterweise werden Lademaschinen der oben beschriebe- nen Art verwendet zur mindestens teilweisen Befullung und/oder Entleerung von Reaktorkernen mit Brennelementen oder zur Versetzung von Brennelementen und/oder Steuerstaben m einem Reaktorkern. Bei der Verwendung von Lademaschinen der oben beschriebenen Art zum Brennelemente- und Steuerstabwechsel in einem Kernreaktor ist der äußere Greifer des Doppelgreifers vorteilhaf- terweise zum Greifen von Brennelementen und der innere Grei- fer des Doppelgreifers vorteilhafterweise zum Greifen von Steuerstaben ausgebildet. Die übrigen vorhandenen Greifer sind mindestens so ausgelegt, daß durch sie Brennelemente ergriffen werden können.
Im folgenden soll die Erfindung an einem Ausfuhrungsbeispiel verdeutlicht werden. Es zeigen
FIG 1 einen schematischen Längsschnitt durch die Ladema- schiene insgesamt;
FIG 2 eine Draufsicht auf den zweigeteilten Fuhrungsmast, mit der zweigeteilten Zentrierglocke und zwei Brennelementen m Schnittdarstellung;
FIG 3 eine schematische Darstellung des Doppeigreifers;
FIG 4 eine Draufsicht auf die Lademaschine mit Fuhrungsmast und Zentrierglocke m Schnittdarstellung, wobei eine der Fuhrungsmast-Halften mit dem gehandhabten Brenn- element um 180° gedreht wurde;
FIG 5 eine Draufsicht auf die Lademaschine mit Fuhrungsmast und Zentrierungsglocke m Schnittdarstellung, wobei eines der gehandhabten Brennelemente um 90° gedreht wurde;
FIG 6 ein Schema zum Umsetzen von zwei Brennelementen.
Zunächst sei das Schema der Figur 6 erläutert. Dabei befindet sich unter einem Wasserspiegel 60 eines Reaktorbeckens 61, das über einen Kanal 62 mit einem Lagerbecken 63 verbunden ist, der Reaktorkern, der durch den Reaktor-Druckbehälter 64 mit den Brennelementen 65, 66 angedeutet ist. Mittels eines Traggestells 67 ist eine Lademaschine 70 verfahrbar. Diese Lademaschine trägt einen hohlen Mast, der in zwei parallel zueinander angeordnete Teile 71, 72 aufgeteilt ist, die in einer horizontalen Ebene relativ zueinander beweglich sind und jeweils eigene Mittel zum Greifen, Heben und Senken enthalten. Diese Mittel sind symbolisch jeweils als ein Seilzug mit Hubtrommel 72 und einem Haken 73 als Greifer dargestellt. In einem ersten Schritt A wird die Lademaschine über den Reaktorkern gebracht und zwei Brennelemente 65, 66 werden gleichzeitig oder nacheinander ergriffen und in die Teile 71, 72 des Mastes hineingehoben. Handelt es sich um eng benach- barte Brennelemente, so befinden sich bevorzugt die beiden Mastteile in einer ersten Endstellung 70a, in der sie einen unten offenen, seitlich allerdings praktisch geschlossenen Hohlmast bilden.
Es sei hier angenommen, daß die Brennelemente anschließend optisch inspiziert und dabei gedreht werden sollen. Dies ist durch Position 70b dargestellt: Der Abstand der beiden Mastteile mit den Brennelementen 65, 66 wird vergrößert und wenigstens ein Mastteil wird in eine Längsachse gedreht. In dieser Stellung kann jedes einzelne Brennelement abgesenkt und außerhalb des Mastes inspiziert werden.
Um die Brennelemente ins Lagerbecken 63 zu transportieren, wird bevorzugt wieder die erste Endstellung 70a der beiden Mastteile eingenommen (Schritt C) . In diese Stellung kann die Lademaschine rasch und ohne Gefährdung der in ihrem Mast befindlichen Brennelemente durch den wassergefüllten Kanal 62 gefahren werden (Schritt D) . Ist die Lademaschine über das Lagergestell 75 im Lagerbecken 63 gebracht, so wird durch eine Relativbewegung der beiden Mastteile deren gegenseitiger Abstand m dem Maß vergrößert, der für ihre Lagerung angestrebt wird (Schritt E) . Schließlich werden die Brennelemente dieser anderen Endstellung 70c (Weitsteilung) wieder abgesenkt, also aus dem Mast entfernt (Schritt F) .
Prinzipiell ist auch eine Schrittfolge A, E, D, F möglich.
Nach dem gleichen Schema können auch zwei Brennelemente aus dem Lagergestell m den Reaktorkern versetzt werden, wobei dann zwischen dem ersten Schritt (Anheben der Brennelemente aus dem Lagergestell m die beiden Mastteile) und dem letzten Schritt (Absenken der Brennelemente m den Reaktorkern) eine Verkleinerung des relativen Abstandes stattfindet.
Da die Brennelemente im Reaktordruckbehalter häufig leicht verbogen sind, lassen sich Brennelemente häufig nur aus dem Reaktorkern ziehen oder m den Kern einsetzen, wenn sie dabei gedreht werden. Z.B. kann es vorkommen, daß ein bestrahltes Brennelement, das noch brauchbar und vorübergehend im Lagergestell abgestellt ist, um -90°, +90° oder 180° gedreht werden muß (Schritt B im Schema der Figur 6) .
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Lademaschine für die Handhabung von Brennelementen dargestellt. Diese Lademaschine weist im wesentlichen eine verfahrbare Brücke 1 auf, wie sie in Reaktorgebauden installiert ist, wo- bei hier insbesondere ein Druckwasser-Reaktor betrachtet ist. Die - insoweit nicht dargestellte - Bewegungsrichtung der Brücke 1 fuhrt m die Darstellungsblattebene hinein bzw. aus ihr heraus. Auf der Brücke befindet sich eine Laufkatze 2. Diese Laufkatze 2 ist geodätisch horizontal im rechten Winkel zur Brücke 1 verfahrbar. Auf dieser Laufkatze 2 befindet sich eine - nicht dargestellte - Bedienungsplattform, von der aus die Lademaschine bedient werden kann. Weiterhin ist auf der Laufkatze 2 ein Führungsmast 3 um seine Mittelachse drehbar gelagert. In dem Führungsmast 3 befindet sich eine Zentrier- glocke . Innerhalb dieser Zentrierglocke 4 ist ein Doppelgreifer vorhanden, der einen äußeren Brennelementgreifer 5 und einen inneren Steuerelementgreifer 6 aufweist. Oberhalb eines Rahmens 2.1 der Laufkatze 2 befinden sich Hubwerke 7, die auf einem mit dem Führungsmast 3 verbundenen Hubwerksge- stänge 7.1 angeordnet sind.
Abbildung 2 zeigt einen Querschnitt durch den Führungsmast 3 mit sich im Führungsmast 3 befindlicher Zentrierglocke 4 und zwei Brennelementen 8. Der Führungsmast 3 ist an den Stellen 3.1 in vertikaler Richtung geteilt. Mit anderen Worten: Er setzt sich aus zwei Hälften 3a, 3b eines in axialer Richtung geteilten Rohres zusammen. Die Zentrierglocke 4 weist einen rechteckigen Querschnitt auf und ist entsprechend der Teilung des Führungsmastes 3 an den Stellen 4.1 vertikal geteilt. Je- des der Teilstücke 4a, 4b der Zentrierglocke 4 ist so bemessen, daß darin ein Brennelement 8 aufgenommen werden kann. Zur stabilen Führung der Zentrierglocke 4 im Führungsmast 3 weist der Führungsmast 3 entlang seiner Längsrichtung Winkeleisen 3.2 auf. An diagonal gegenüberliegenden Winkeleisen 3.2 tragen diese Winkeleisen 3.2 eine Rollenführung 3.3. In diese Rollenführungen 3.3 greifen mit hinreichendem Schlupf als Rollen ausgebildete Führungsräder 4.3 ein. Die Drehachsen dieser Führungsräder 4.3 stehen senkrecht auf der die Rollenführung 3.3 tragenden Fläche der Winkeleisen 3.2. Die Füh- rungsrollen 4.3 sind angebracht an einem nahezu trapezförmigen Anbau 4.2 der Zentrierglocke 4, der die räumliche Entfernung zwischen der Zentrierglockenwand und dem Winkeleisen 3.2 weitgehend überwindet. Diesen nahezu trapezförmigen Anbauten 4.2 gegenüber liegen weitere trapezförmige Anbauten 4.4 der Zentrierglocke 4. An ihrer dem Winkeleisen 3.2 benachbarten Seite weisen diese Anbauten 4.4 Laufrollen 4.5 auf, deren Drehachse parallel zu der benachbarten Fläche des Winkeleisens 3.2 orientiert ist. An den beiden verbleibenden freien Außenseiten der Zentrierglocke 4 ist an die Außenwand der Zentrierglocke 4 jeweils eine Laufrolle 4.6 angebracht, die direkt an der Innenwand des Führungsmastes 3 abrollt.
Die Aufnahme der Brennelemente 8a, 8b bzw. 8 (Fig. 3) in jeden Teil 4a, 4b der Zentrierglocke 4 erfolgt durch in Figur 2 nicht dargestellte Brennelementgreifer 5. Dabei ist jede der beiden Zentrierglockenhälften mit einem Brennelementgreifer 5 versehen (Fig. 3) . Einer dieser Brennelementgreifer 5 ist um einen im Innern des Brennelementgreifers 5 angeordneten Steuerstabgreifer 6 ergänzt zu einer sogenannten Doppelgreifer nach DE 17 64 176. Bezüglich Einzelheiten des Doppelgreifers wird hierauf verwiesen. Im wesentlichen weist der Doppelgrei- fer zwei funktionelle Elemente auf, nämlich einen Brennelementgreifer 5 und einen in dem Brennelementgreifer 5 konzentrisch angeordneten Steuerelementgreifer 6. Anhand der Funktionsweise des Doppelgreifers wird auch dessen prinzipieller Aufbau im folgenden erläutert: Um ein Brennelement 8 aus dem Reaktorkern oder einem Brennelement-Lagergestell zu entnehmen, oder auch ein Steuerelement 9 aus einem Brennelement 8 zu entnehmen, wird zunächst die gesamte Greifanordnung mit Hilfe der Brücke 1 und der Laufkatze 2 in eine Position oberhalb des betreffenden Brenn- elementes gebracht. Daraufhin wird die Zentrierglocke 4 soweit abgesenkt, daß sie mit ihrer Unterkante eine Position knapp oberhalb des Brennelementes 8 einnimmt. Wird ein Brennelement 8 einem Reaktorkern entnommen, so greifen die Zentrierbolzen 4.7 der Zentrierglocke 4 in korrespondierende Bohrungen in den Brennelement-Köpfen der dem betreffenden Brennelement 8 benachbarten Brennelemente ein. Auf diese Weise wird eine exakte Positionierung des Brennelementgreifers 5 und des Steuerelementgreifers 6 bewirkt. Dabei ist die Zentrierglocke in ihrer Position so im Mast gehalten, daß sie nicht mit ihrer Gewichtskraft auf die Brennelemente einwirkt, die sich geodätisch unter ihr befinden. Anschließend wird der Brennelementgreifer 5 soweit abgesenkt, bis er sich mit seinen Greifklinken 5.1 in den Brennelementkopf eines Brennelements 8 einklinkt. Mit Hilfe eines Hubwerk 7 und einem Dop- pelseil 7.1 wird das vom Brennelementgreifer 5 gehaltene
Brennelement 8 nunmehr nach oben gehoben und in die Zentrierglocke 4 eingefahren.
In ähnlicher Weise kann auch ein Steuerelement aus einem Brennelement 8 entnommen werden. Hierzu wird nach Herabfahren der Zentrierglocke 4 der Brennelementgreifer 5 in einer oberen Position in der Zentrierglocke verriegelt, so daß er nicht zu dem Brennelement 5 herabfahren kann. Anschließend wird der Steuerelementgreifer 6 abgesenkt, bis er mit einem Steuerelementgreiferkopf den Kopf eines im Brennelement 8 enthaltenen Steuerelements erfaßt. Mit dem im Brennelementgreiferkopf enthaltenen Greiferklinken verhakt sich der Steuerelementgreifer 6 mit dem Steuerelement. Durch Anheben des Steuerelementgreifers 6 über ein Hubwerk 7 und das Doppelseil 7.2 wird nunmehr das Steuerelement aus dem Brennelement 8 in die Zentrierglocke 4 eingezogen.
Nachdem entweder ein Brennelement 8 oder ein Steuerelement auf diese Weise in der Zentrierglocke 4 aufgenommen worden ist, wird die Zentrierglocke 4 selbst nach oben gezogen und in den Führungsmast eingefahren. Das Brennelement 8 oder das Steuerelement kann dann im Reaktorraum horizontal verfahren werden. Die andere Hälfte der Zentrierglocke 4 ist ausgerüstet mit einem einfachen Brennelementgreifer nach Art des beschriebenen. Für den Transport von Brennelementen und Steuerelementen im Reaktorraum ist es zumeist ausreichend, daß nur einer der beiden Greifer m der Zentrierglocke 4 als Doppelgreifer ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, beide Greifer m der Zentrierglocke 4 als Doppelgreifer auszubilden.
Da Brennelemente im Reaktorkern sehr dicht beieinanderstehen, andererseits im Brennelement-Lagergestell ein gewisser Raum zwischen den einzelnen Brennelementen verbleibt, ist es erforderlich, die relative Position der beiden mit der beschriebenen Vorrichtung transportierten Brennelemente zuem- ander verandern zu können. Dieselbe Notwendigkeit ergibt sich, wenn man eine optische Kontrolle der Brennelemente durchfuhren mochte. Um eine relative Positionsanderung der Brennelemente 8a, 8b zueinander zu ermöglichen, ist der Fuhrungsmast 3 an den Stellen 3.1 und ebenso die Zentrierglocke 4 an den Stellen 4.1 vertikal geteilt. Wie m Figur 4 dargestellt, ist jede Hälfte 3a, 3b des Fuhrungsmastes 3 und der entsprechenden Hälfte 4a, 4b der Zentrierglocke 4 ausgerüstet mit einem Hubwerk 7a, 7b. Die Fuhrungsmasthalften 3a, 3b sind mitsamt ihren Einbauten wie Zentrierglocken, Hälften 4a, 4b und Greifer und ihren zugehörigen Hubwerken 7a, 7b auf der
Laufkatze 2 horizontal verfahrbar. Allerdings genügt es auch, wenn nur eine der beiden Fuhrungsmasthalften auf der Laufkatze 2 verfahrbar und die andere Hälfte fest ist. Die Verfahrvorrichtung für die beiden Fuhrungsmasthalften ist m Fi- gur 1 durch ein m x-y-Richtung verfahrbare Fuhrung 2'' angedeutet, m der Rader 2' für eine Drehung des Gestells 2.1 gefuhrt sind.
Dadurch wird gleichzeitig eine Rotation der Brennelemente 8b um die eigene Achse ermöglicht. Hierzu werden die Fuhrungs- masthalften soweit mittels der Fuhrung 2'' verfahren, bis die Mittelachse des transportierten Brennelements deckungsgleich mit der Drehachse ist. Fuhrt das Drehschild nunmehr eine Drehbewegung aus, so wird das Brennelement mitsamt der zuge- hörigen Fuhrungsmasthalfte, der Zentrierglockenhalfte und dem Greifer mitgedreht. Hierbei betragen die möglichen Drehwinkel +90°, -90° und 180°. Damit die Aufbauten auf dem Fuhrungsmast, insbesondere die Hubwerke, wahrend der Drehbewegung nicht kollidieren, kann es erforderlich werden, daß die Hori- zontalbewegung noch über diejenige Strecke hinausgeht, die notwendig ist, um einen hinreichenden Abstand zwischen den beiden transportierten Brennelementen zur Einstellung dieser Brennelemente m ein Brennelement-Lagergestell zu schaffen. Um die Handhabungsfahigkeit der Lademaschine zu erhohen, las- sen sich die transportierten Brennelemente nach erfolgter Rotation wieder aufeinander zufahren. In den Figuren 4 und 5 ist der eben beschriebene Vorgang schematisch dargestellt.
Dabei zeigt Figur 4 das erste Hubwerk 7a und das zweite Hub- werk 7b mit den beiden transportierten Brennelemente 8a und
8b, die auseinandergefahren sind (und mit ihnen auch die Fuhrungsmasthalften 3a, 3b und Zentrierglockenhalften 4a, 4b) . Das Brennelement 8b wurde dabei entlang seiner Mittelachse m der Drehposition A um 180° gedreht. Anschließend wurde das Brennelement 8b mit seinem Hubwerk 7b und der zugehörigen
Fuhrungsmasthalfte sowie der Zentrierglockenhalfte nach der m Figur 4 angedeuteten Position B auf das andere Brennelement 8a hm zurückgefahren.
In ahnlicher Weise wurde m Figur 5 verfahren. Hier wurde das Brennelement 8b nach dem Auseinanderfahren der Brennelemente 8a und 8b mitsamt der zugehörigen Fuhrungsmasthalfte 3 und Zentrierglockenhalfte 4 um 90° um die Langsachse des Brennelements 8b gedreht (Position A' ) und danach wieder m Rich- tung des Brennelements 8a zurückgefahren (Position B' ) . In beiden Fällen sind die Brennelemente 8a, 8b, die sich im Kern in der Engstellung befanden (Fig. 2), in der Weitstellung (Position B in Fig. 4, Position B' in Fig. 5) wieder mit zueinander parallelen Seiten ausgerichtet, wobei der 7Abstand der Brennelemente dem Abstand entspricht, den sie z.B. im Brennelement-Lagergestell, auf einem Prüfstand zur Inspektion, Wartung oder Reparatur oder beim Wiedereinsetzen in den Reaktordruckbehälter haben müssen. Jedoch ist ihre Orientierung relativ zueinander unterschiedlich. Es kann nämlich der Fall auftreten, daß ein Brennelement sich während des Reaktorbetriebes verbogen hat und nicht ohne weiteres aus dem Verband mit den benachbarten Brennelementen entfernt oder in den Verband eingesetzt werden kann, dies aber möglich wird, wenn das Brennelement um +90°, -90° oder 180° gedreht ist. Solche Störungen, bei denen die vertikale Bewegung des Brennelements durch Hindernisse behindert ist, sind erfaßbar, wenn das Hubwerk auf einer Plattform mit einer Gewichtskraft-Meßeinrichtung gelagert ist, die sowohl eine ordnungswidrige Gewichtsabnahme (das Brennelement sitzt auf einem Hindernis auf) als auch eine Gewichtszunahme (das Brennelement ist festgehalten) bei der Vertikalbewegung meldet. Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn das Brennelement auf dem Arbeitsplatz drehbar ist, um von verschiedenen Seiten inspiziert oder bearbeitet zu werden.
Für die Inspektion wird die Laufkatze 2 mit den an ihr befestigten Hälften des Führungsmastes und den darin gehaltenen Elementen über den neuen Arbeitsplatz gefahren und die transportierten Brennelemente bzw. die transportierten Steuerele- mente können aus dem Führungsmast 3 herabgelassen werden. Hierzu werden die Zentrierglockenhälften in hochgefahrener Position über Befestigungsvorrichtungen im Führungsmast festgehalten, während der Brennelementgreifer 5 nach unten fährt und somit das Brennelement 8 zur Inspektion freigibt. In ent- sprechender Weise kann auch eine optische Inspektion des transportierten Steuerelements erfolgen dadurch, daß die Zentrierglocke 4 und der Brennelementgreifer 5 über Feststellvorrichtungen m hochgefahrener Position gehalten werden, wahrend der Steuerelementgreifer nach unten fahrt und so das Steuerelement 9 freigibt. Diese Vorgange sind im einzelnen dargestellt m DE 17 64 176.
Ein Herausfahren von Brennelement 8 oder Steuerelement 9 aus der Zentrierglocke 4 und dem Fuhrungsmast 3 kann bei der be- schπebenen Lademaschine m der Weise erfolgen, daß die
Brennelemente 8 bzw. Steuerstabe 9 einzeln nach unten ausgefahren werden können, selbst wenn die Lademaschine mit zwei Brennelementen 8 oder mit einem Brennelement 8 und einem Steuerelement 9 bestuckt ist. Auch m auseinandergefahrenen Positionen, die den Figuren 4 und 5 entsprechen, lassen sich Brennelemente 8 bzw. Steuerelemente 9 voneinander unabhängig aus der m der Fuhrungsmasthalfte hochgehaltenen Zentrierglockenhalfte ausfahren und untersuchen.
Mit der im Ausfuhrungsbeispiel dargestellten Lademaschine lassen sich gleichzeitig zwei Brennelemente bzw. ein Brennelement und ein Steuerelement handhaben. Es ist aber auch möglich, die Lademaschine so auszugestalten, daß eine Mehrzahl von Brennelementen, beispielsweise vier Brennelemente gleichzeitig gehandhabt werden können. Hierfür wird m analoger Weise zum Ausfuhrungsbeispiel eine Vierteilung von Fuhrungsmast und Zentrierglocke erforderlich, wobei die gehandhabten Brennelemente dann ein Bündel von zwei mal zwei Brennelementen ergeben. Dementsprechend ist es dann erforderlich, daß die Brennelemente zur gegenseitigen Relativbewegung m horizontaler Richtung entweder zweiachsig horizontal verfahrbar sind oder unter einem Winkel von 45° zu den Teilungsebenen des Fuhrungsmastes 3 verfahrbar sind. In allen Fällen ist es mit der vorgeschlagenen Lademaschine möglich, eine die Lademaschinenkapazitat unterschreitende Anzahl von Brennelementen bzw. Steuerelementen zu handhaben.

Claims

Patentansprüche
1. Lademaschine zum Umsetzen von Brennelementen m einem Kernkraftwerk, mit einem hohlen Mast (3), der an einer m ei- ner horizontalen Ebene im Kraftwerk zwischen einem Ort oberhalb des Reaktorkerns und einem Ort oberhalb eines anderen Abstellplatzes beweglichen Laufkatze (2) gehalten ist und ein von der Laufkatze nach unten weisendes, offenes Ende aufweist, und mit zusammen mit dem Mast beweglichen Greif-, Fuh- rungs- und Haltemitteln (4, 5, 6, 7 m Fig. 3), um die Brennelemente (8) einzeln zu greifen, im Mast (3) auf und ab zu bewegen und dabei an der Innenseite des Mastes (3) zu fuhren und zu halten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Innen- querschnitt des Mastes (3) dem Querschnitt zweier der Position im Reaktorkern entsprechend eng benachbarter Brennelemente (8a, 8b) derart angepaßt und m zwei Teile (3a, 3b) geteilt ist, daß beide Brennelemente darin gleichzeitig aufgenommen und durch jeweils einem Brennelement (8a, 8b) zuge- ordnete Greif-, Fuhrungs- und Haltemittel (4a, 7a; 4b, 7b) unabhängig voneinander gegriffen, gehalten, auf- und abbewegt und gefuhrt werden können, und daß beide Teile (3a, 3b) des Mastes jeweils zusammen mit den einem Brennelement zugeordneten Greif-, Fuhrungs- und Haltemittel (4a, 7a; 4b, 7b) m ho- rizontaler Richtung relativ zueinander an der Laufkatze (2) beweglich sind.
2. Lademaschine nach /Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens ein Teil (3a, 3b) des Mastes zusammen mit seinen Greif-, Fuhrungs- und Haltemitteln um eine Langsachse drehbar ist.
3. Lademaschine zur gleichzeitigen Handhabung von zwei bezuglich ihrer Langsachse geodätisch vertikal orientierter, lang- licher Gegenstande (8a, 8b), wobei insbesondere eine Vielzahl dieser Gegenstande m einer Engstellung unmittelbar benach¬ bart und m einer Weltstellung mir geringer Entfernung voneinander benachbart angeordnet sind, mit einer Einrichtung (7a, 7b) zum wahlweisen gleichzeitigen oder voneinander unab- hangigen Anheben oder Absenken dieser Gegenstande, sowie einer Einrichtung (2) zur gleichgerichteten Bewegung dieser Gegenstande m geodätischer Längs- und Querrichtung, eine Einrichtung (2', 2 ' ' ) zur Drehung dieser Gegenstande um eine gemeinsame horizontale Achse und/oder um unabhängige hoπzon- tale Achsen um wenigstens 90° m der einen Drehrichtung und um wenigstens 180° m der entgegengesetzten Drehrichtung, und einer Einrichtung zur geodätischen horizontalen Relativbewegung dieser Gegenstande.
4. Lademaschine zur gleichzeitigen Handhabung von drei oder mehreren bezüglich ihrer Langsachse geodätisch vertikal orientierte, länglicher Gegenstande (8a, 8b, 9), wobei insbesondere eine Vielzahl dieser Gegenstande m einer Engstellung unmittelbar benachbart, und m einer Weltstellung mit gerin- ger Entfernung voneinander benachbart angeordnet sind, mit einer Einrichtung (5, 6; 7a, 7b) zum wahlweise voneinander unabhängigen oder gleichzeitigen Anheben oder Absenken dieser Gegenstande, sowie einer Einrichtung (2) zur gleichgerichteten Bewegung dieser Gegenstande m geodätischer Längs- und Querrichtung, einer Einrichtung (2', 2 ' ' ) zur Drehung dieser Gegenstande um eine gemeinsame horizontale Achse und/oder um unabhängige horizontale Achsen um wenigstens 90° m der einen Drehrichtung und um wenigstens 180° m der entgegengesetzten Drehrichtung, und einer der Anzahl der gleichzeitig handhab- baren Gegenstande entsprechenden Anzahl von Einrichtungen zur relativen Bewegung der gehandhabten Gegenstande zueinander m geodätischer Längs- und/oder Querrichtung.
5. Lademaschine nach Anspruch 3 mit einem geodätisch vertikal orientierten Fuhrungsmast (3), einer geodätisch vertikal on- entierten, m den Fuhrungsmast (3) einziehbaren und aus diesem ausfahrbaren Zentrierglocke (4), einem m diese Zentrierglocke (4) ein- und ausfahrbaren Doppelgreifer (5, 6), der einen ersten, äußeren Greifer (5) und einen zweiten, m dem äußeren Greifer (5) konzentrisch angeordneten inneren Greifer (6) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Fuhrungsmast (3) und die Zentrierglocke (4) m vertikaler Richtung zweigeteilt sind und ein weiterer Greifer vorhanden ist, der mindestens teilweise im wesentlichen baugleiche Elemente wie der Doppelgreifer (5,6) aufweist.
6. Lademaschine nach Anspruch 4 mit einem geodätisch vertikal orientierten Fuhrungsmast (3), einer geodätisch vertikal oπ- entierten, m den Fuhrungsmast (3) einziehbaren und aus diesem ausfahrbaren Zentrierglocke (4), einem m diese Zentrierglocke (4) ein- und ausfahrbaren Doppelgreifer (5, 6), der einen ersten, äußeren Greifer (5) und einen zweiten, m dem äußeren Greifer (5) konzentrisch angeordneten inneren Greifer (6) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Fuhrungsmast (3) und die Zentrierglocke (4) entsprechend der Anzahl der gleichzeitig handhabbaren Gegenstande m vertikaler Richtung geteilt sind und entsprechend der um eins vermmder- ten Anzahl der gleichzeitig handhabbaren Gegenstande Greifer vorhanden sind, die mindestens teilweise im wesentlichen baugleiche Elemente aufweisen, wie der Doppelgreifer (5, 6) .
7. Lademaschine nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jedes
Teilstuck des Fuhrungsmastes (3) und des jeweils zugehörigen Teils der Zentrierglocke (4), sowie der jeweils zugehörige Greifer auf jeweils einem axial gelagerten Drehschild angeordnet sind.
8. Lademaschine nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder der Drehschilde drehbar ist um die vertikale Mittelachse des mit dem jeweils zugehörigen Greifers handhabbaren Gegenstandes.
9. Verwendung einer Lademaschine nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 8 zur mindestens teilweisen Befüllung und/oder Entleerung von Reaktorkernen mit Brennelementen (8) oder zur Versetzung von Brennelementen (8) und/oder Steuer- Stäben (9) in einem Reaktorkern.
10. Lademaschine nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 8 bei einer Verwendung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der äu- ßere Greifer (5) des Doppelgreifers (5, 6) zum Greifen von
Brennelementen (8) und der innere Greifer (6) des Doppelgreifers (5, 6) zum Greifen von Steuerstäben (9) und die übrigen vorhandenen Greifer mindestens zum Greifen von Brennelementen (8) ausgelegt sind.
11. Verfahren zum gleichzeitigen Versetzen von zwei Brennelementen aus einem Reaktorkern in ein Lagergestell in einem Kernkraftwerk, wobei eine Lademaschine, die einen in zwei parallel zueinander angeordneten und horizontal gegeneinander beweglichen Teilen aufgeteilten Mast und jeweils eigenen Mitteln zum Greifen, Heben und Senken je eines Brennelements in jedem der beiden Teile des Mastes enthält, über den Reaktorkern gebracht wird, jedes der zwei Brennelemente ergriffen und in einen entsprechenden Teil des Mastes hineingehoben wird, die Lademaschine mit den in die beiden Teile ihre Mastes hineingehobenen Brennelementen über das Lagergestell gebracht wird, wobei durch eine Relativbewegung der beiden Teile des Mastes der gegenseitige Abstand der Brennelemente verändert wird, und die beiden Brennelemente aus den Teilen des Mastes hinaus in das Lagergestell abgesenkt werden.
12. Verfahren zum gleichzeitigen Versetzen von zwei Brennele- meten aus einem Lagergestell in einen Reaktorkern in einem Kernkraftwerk, wobei eine Lademaschine, die einen in zwei parallel zueinander angeordnete und in einer horizontalen Ebene relativ zueinander bewegliche Teile aufgeteilten Mast und jeweils eigene Mittel zum Greifen, Heben und Senken je eines Brennelements in jedem der beiden Teile des Mastes enthält, über das Lagergestell gebracht wird, jedes der beiden Brennelemente in einen entsprechenden Teil des Mastes hinein- gehoben wird, die Lademaschine mit den die beiden hineingehobenen Brennelemente enthaltenden Teilen ihres Mastes über den Reaktorkern gebracht wird, wobei durch eine Relativbewegung der beiden Teile des Mastes der relative Abstand zwischen den Brennelementen verändert wird, und die beiden Brennelemente aus den beiden Teilen des Mastes hinaus in den Reaktorkern abgesenkt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß durch die Relativbewegung die beiden Teile des Mastes zwischen zwei
Endstellungen bewegt werden, wobei in einer ersten Endstellung die beiden Teile des Mastes einen unten offenen und seitlich praktisch geschlossenen Hohlmast und in einer zweiten Endstellung einen unten offenen und seitlich in zwei durch Längsspalte vorgegebener Breite in zwei Hälften geteilten Hohlmast bilden, und wobei die erste Endstellung eingenommen wird, wenn die Lademaschine sich über dem Reaktorkern befindet, und die zweite Endstellung, wenn die Lademaschine sich über dem Lagergestell befindet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Teile des Mastes, nachdem die Brennelemente hineingehoben sind, zuerst in die erste Endstellung gebracht wird, bevor die Lademaschine zwischen dem Reaktorkern und dem Lagergestell bewegt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens bei der Relativbewegung zur Veränderung des gegenseitigen Ab- stands dieser Abstand vorübergehend vergrößert wird, dann mindestens einer der beiden Teile des Mastes um eine Längsachse gedreht wird und der Abstand dann wieder verringert wird.
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