DE1046791B - Greifervorrichtung an einer Lademaschine fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zum Laden und Entladen heterogener Kernreaktoren, d. h. zum Ein- und Ausbringen des Kernbrennstoffes, bedient man sich zumeist maschineller Einrichtungen in Gestalt von Lademaschinen. Diese sind entweder außer- oder innerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet. Sie werden ferngesteuert und besitzen durchweg ausfahrbare Greifervorrichtungen, mit denen die Brennstoffelemente je nach dem vorliegenden Zweck gehandhabt werden. Meist handelt es sich darum, frische Brennstoffelemente aus einem Vorratsraum im die Kühlrohre des Reaktors einzusetzen oder ausgebrannte Brennstoffelemente daraus zu entfernen. Wenn man bedenkt, daß dies auch während des Betriebes des Reaktors, also etwa bei strömendem Kühlmittel, geschehen muß und daß dabei kleinste Störungen ernsthafte Folgen für die Betriebssicherheit haben können, so wird klar, daß derartige Lademaschinen, insbesondere deren Gr ei fervor richtung, konstruktiv so einfach wie möglich beschaffen sein müssen. Das gilt besonders für den Fall, daß die Lademaschine im Inneren des Reaktargehäuses untergebracht ist. Ferner sollen auch die Mittel zur Kraftübertragung und Steuerung der Greiferorgane einfach und betriebssicher sein.

Die Erfindung betrifft eine Greifervorrichtung für eine Reaktorlademaschine, die diesen Bedingungen genügt. Sie gestattet, alle zum Auswechseln eines Brennstoffelementes notwendigen Arbeitsgriffe der Greiferorgane, wie das- Greifen, Sichern und Entriegeln, unter Ausnutzung einfachster mechanischer Kraftwirkungen und Bewegungsabläufe (Klemm- und Spreizwirkung) durchzuführen. Ihre Betätigungsglieder besitzen keinerlei besondere Antriebsmittel. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Betätigung aller beim Auswechseln der Brennstoffelemente wirksam werdenden Organe, z. B. die Greif-, Sicherungs- und Entriegelungsglieder, ausschließlich durch die Längsbewegung des Greiferarmes bewirkt wird und daß in Anpassung daran die Greifglieder als Einrastorgane, das Sicherungsglied als Klemmorgan und das Entriegelungsglied als Spannorgan ausgebildet ist.

Die Zeichnungen veranschaulichen einige schematisch vereinfachte Ausführungsbeispiele; es zeigt

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der neuen Greifervorrichtung in der Seitenansicht für von innen erfaßte Brennstoffelemente,

Fig. 2 die Greifervorrichtung nach Fig. 1 für von außen erfaßte Brennstoffelemente,

Fig. 3 eine Greifervorrichtung mit hydraulisch betätigtem Sicherungsglied,

Fig. 4 eine Gr ei fervor richtung mit Sicherungs- und Entriegelungsglied als bauliche Einheit,

Fig. 5 das Sicherungsglied nach Fig. 4 mit abgewandelter Sperrvorrichtung,

Greifervorrichtimg an einer Lademaschine für Kernreaktoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Hans Kröpfl und Ludwig Ilgmeier, Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

2'

Fig. 6 die Greifervorrichtung nach Fig. 4 mit Schlitzsperre und

Fig. 7 und 8 Waagerechtschnitte durch die Greifervorrichtung gemäß Fig. 6 nach den Linien VII-VII bzw. VIII-VIII.

Bei der Greifervoirrichtung nach Fig. 1 sind die Betätigungsglieder am vorderen Ende des Graiferarmes 1 angebracht, welcher sowohl in der Längsrichtung ausgefahren als auch in der Querrichtung geschwenkt werden kann (Pfeilrichtungen). Ausgenutzt im Sinne der Erfindung wird aber nur die Längsbewegung, die ausschließlich die Betätigung aller beim Auswechseln der Brennstoffelemente wirksam werdenden Organe, z. B. die Greif-, Sicherungs- und Entriegelungsglieder, bewirkt. In Anpassung daran sind gemäß Fig. 1 die Greiferglieder 2 als klauenartige, gelenkig am Greiferkopf 3 gelagerte Einrasthebel und das Entriegelungsglied als Spannorgan in Gestalt des Spannringes 4 ausgebildet. Als Sicherungsglied im Sinne der Erfindung dient die Vorspannfeder 5.

In der in Fig·. 1 gezeigten Stellung steht die Greifervorrichtung mit dem schematisch angedeuteten hohlzylindrischen Brennstoffelement 6 in Kupplungsverbindung. Dabei sind die Nasen 7 der Greiferklauen 2 unter den Ringwulst 8 des Brennstoffelementes 6 eingerastet. Die Einrastbewegung bewirkt die bereits erwähnte Vorspannfeder 5, die zugleich auch ein Ausklinken der Greiferklauen 2 verhindert. Die Greiferklauen 2 tragen unten und oben Nocken 9, 10, die als Arretierungspunkte für den Spannring 4 dienen. Darüber hinaus haben sie aber noch für die Feststellung und Kontrolle der Eintauchtiefe des Greifers im Brennstoffelement Bedeutung, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

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Während die Kupplungsverbindung aus dar Vorwärtsbewegung der Greifervorrichtung relativ einfach durch Einrasten der Greiferklauen zustande kommt — der Spannring 4 liegt im Ruhezustand auf den Ansätzen 11 —, wird zur Entkupplung sowohl von der Vorwärts- als auch von der Rückwärtsbewegung Gebrauch gemacht. Zur Erläuterung sei angenommen, daß ein frisches Brennstoffelement mit Hilfe der Greifervorrichtung in ein entsprechendes Kühlrohr des Reaktors hineingebracht worden sei und daß der Greifer in seine Ausgangsstellung zurückgefahren werden soll.

Zunächst werden die Greiferklauen 2 über die Kupplungsstelluiig hinaus tiefer in den Kühlkanal des Brennstoffelementes hineingefahren. Dabei legt sich der Spannring 4 auf den Ringwulst 8 des Brennstoffelementes auf und schiebt sich entlang der Greiferklauen nach oben. Sobald er auf die über die lichte Weite seiner inneren Ringnut hinausragenden oberen Nocken 10 aufläuft, übt er eine Spann-Wirkung (ahnlieh wie das Spannfutter einer Bohrmaschine) auf die Greiferklauen aus. Diese bewegen sich aufeinander zu und nehmen in der Entkupplungsstellung die gestrichelt eingezeichnete Lage ein. Alsdann kann der Greifer aus dem Brennstoffelement herausgezogen werden.

Um den Spannring wieder in seine Ausgangsstellung zurückzubringen, besitzt die Lademaschine einen Anschlag 12, der den Spannring 4 löst, sobald dieser bei der Rückwärtsbewegung des Greifers gegen ihn anschlägt. Mit fortschreitender Rückwärtsbewegung ^; wird er, unter dem Anpreßdruck der sich entspannenden Feder 5 stehend, allmählich bis auf die Ansätze 11 der Greiferklauen zurückgeschoben.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Nocken 9,10 bei der Fixierung der Stellungsanzeige des Greifers Bedeutung haben. Wählt man für das bloße Ein- und Ausfahren der pneumatisch oder hydraulisch betätigten Greifervorrichtung einen Arbeitsdruck, der kleiner ist als der zur Überwindung der Klemmkräfte der Nocken 9,10 notwendige Druck, so kennzeichnen die zur Überwindung der Nockenklemmkräfte erforderlichen Druckerhöhungen die jeweilige Position des Greifers. Die Nocken sind also in ihrer Eigenschaft als mechanische Elemente Arretierungspunkte und steuerungsteehnisch infolge ihrer Druckpunktwirkung zugleich Fixpunkte für die Eintauchtiefe des Greifers.

Die Greifervorrichtung nach Fig. 2 stimmt im grundsätzlichen Aufbau mit derjenigen nach Fig. 1 überein. Sie ist für Brennstoffelemente vorgesehen, deren Ringwulst nach außen abgekröpft ist. Entsprechend ist der Spannring von innen gegen die Greiferklauen gelegt. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1.

Während bei den bisher beschriebenen Greifervorrichtungen Federn als Sicherungsglied benutzt sind, ist bei der Greifervorrichtung gemäß Fig. 3 ein hydraulisch betätigtes Klemmorgan als Sicherung gegen ein unerwünschtes Aushaken des Greifers vorgesehen.

Die rechte Hälfte der in Fig. 3 im Schnitt dargestellten Greifervorrichtung stellt das Klemmorgan in der Sperrstellung dar. Es besteht aus einem federbelasteten, hydraulisch gesteuerten Kolben 13 mit Kolbenstange 14 und aus den am vorderen Ende der Kolbenstange befestigten Sicherungsflügeln 15. Diese liegen in der Sperrstellung von innen gegen die Greiferklauen 2 an. Die Sperrung kommt beim Anheben des Brennstoffelementes dadurch zustande, daß der Hubdruck des Arbeitsmittels von unten gegen den Kolben 13 wirkt und ihn gegen die Federkraft andrückt. Dabei schieben sich die Sicherungsflügel 15 hinter die Greiferklauen 2.

Es wurde schon zu Anfang angedeutet, daß die Sicherung der Kupplungsverbindung von Greifer und Brennstoffelement besonders beim Brennstoffwechsel unter strömendem Kühlmittel notwendig ist. Beim Auftrennen des Kühlkanals (durch Fortnehmen eines Brennstoffelementes) prallt nämlich der Kühlmittelstrom gegen die Unterseite des Brennstoffelementes und lenkt es. unter Umständen aus der Halterung aus. Es empfiehlt sich daher, den Greiferarm teleskopartig auszubilden und in einem Halterohr zu führen, in das auch das auszuwechselnde Brennstoffelement hereingezogen wird. Dieses ist auf diese Weise jeder Rüttelbewegung durch das Kühlmittel entzogen.

Während bei den Greifervorrichtungen nach den Fig. 1 bis 3 die Greiferklauen als gelenkig gelagerte Rasthebel ausgebildet sind, sind sie bei der Greifervorrichtung gemäß Fig. 4 durch mehrfache Längsaufschlitzung eines elastischen Rohres 16 und entsprechende klauenartige Ausgestaltung der so entstandenen Rohrzungen 17 gebildet. Die Schlitzung ist so breit ausgeführt, daß genügend Spiel für ein federndes Ein- und Ausbringen der Rohrzungen vorhanden ist. In der Kupplungsstellung dienen die Rohrschlitze 17 a oder eigens angebrachte Öffnungen zugleich als Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel.

Das Rohr 16 ist am oberen Ende mit dem Greiferarm 18 verbunden. Die Rohrzungen 17 besitzen unten und oben die Nocken 19, 20, die als Arretierungs- und Druckpunkte dienen. Während bei den bisher beschriebenen Greifervorrichtungen die Sicherungs- und Entriegelungsglieder voneinander getrennt sind, sind sie hier zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt. Das Entriegelungsglied, also der Spannring 21, der hier unmittelbar auf dem Brennstoffelement 22 aufliegt, besitzt einen durch zwei gegenüberliegende Schlitze hindurchgeführten Steg, an dem das Sicherungsglied befestigt ist. Dieses besteht aus der Haltestange 23 und den. daran befestigten Sicherungsflügeln 24. Einer von diesen trägt die Nase 25, welche beim Entkupplungsvorgang in die Durchbrechung 26 einrastet und damit die Sperrung der Greiferklauen aufhebt. Im folgenden sei dieser Vorgang zusammen mit der Wirkungsweise der Greifervorrichtung gemäß Fig. 4 erläutert:

Vor dem Einfahren des Greifers in das Brennstoffelement liegt der Spannring 21 auf den Nasen 27 der Röhrzungen 17. Die Sicherungsflügel 24 ragen dann aus den Rohrzungen 17 heraus.

Beim Einfahren des Greifers in das Brennstoffelement setzt sich der Spannring 21 auf den Ringwulst 28 des Brennstoffelementes 22 auf, und zwar dann, wenn die Klauen der Rohrzungen bis auf die Weite des Ringwulstdurchmessers zusammengepreßt sind. Hinter dem Ringwulst 28 rasten die Klauen sodann ein und werden zugleich durch die relativ zu ihnen nach oben bewegten Sicherungsflügel 24 gegen ein Ausklinken gesichert. Sobald sich der Spannring 21 auf den Nocken 19 aufgeschoben hat, ist der Kupplungsvorgang beendet. Die dann eingenommene Stellung der Greifervorrichtung ist in Fig. 4 dargesteift. Wie ersichtlich, kann der Greifer um das zwischen den Nasen 27 und dem Ringwulst 28 befindliche Spiel auf und ab bewegt werden, ohne daß sich die Sicherung auflockern kann.

Zum Entkuppeln werden die Rohrzungen — wie bei den bisher beschriebenen Vorrichtungen — zunächst tiefer in den Kühlkanal hineingeführt. Dazu ist infolge des Nockens 19 ein erhöhter Arbeitsdruck not-

wendig. Bei der Abwärtsbewegung schiebt sich der Spannring 21 an den Rohrzungen 17 nach oben und preßt sie zusammen. Die Nase 25 des Sicherungsgliedes ist inzwischen in die Durchbrechung 26 eingerastet und behindert die Entriegelung nicht. Mit dem Auflaufen des Spannringes 21 auf die oberen Nocken 20 ist die tiefste Entkupplungsstellung erreicht. Dies ist steuerungstechnisdh daran zu erkennen, daß sich der Greifer bei dem gerade eingestellten Arbeitsdruck nicht weiter in das Brennstoffelement hineinfahren läßt. Nunmehr können die Greiferklauen aus dem Brennstoffelement herausgezogen werden. Ein Anschlag (nicht dargestellt) streift den Spannring wieder von den oberen Nocken 20 ab, auf die Nasen 27 der Rohrzuingen 17 zurück, und der Greifer kann einen neuen Arbeitsgang durchführen.

Man kann das beschriebene Sicherungsglied noch mannigfach abwandeln. So besitzt es bei der Anordnung nach Fig. 5 keine Sicherungsflügel. Statt dessen sind diese an der Innenseite der Rohrzungen befestigt. In der Verriegelungsstellung stützen sie sich gegen den am unteren Ende der Haltestange 23 befestigten ellipsoidartigen Klemmkörper 29 ab.

Eine andere Lösung zeigt die Anordnung nach Fig. 6. Hier besitzt das Sicherungsglied vier Sieherungsflügel 31, von denen jeder in einen der beschriebenen Längsschlitze eingreift. In der eingezeichneten Stellung befinden sich die Sicherungsflügel in Sperrstellung. Die Fig. 7 gibt hierzu die Schnittansicht wieder.

In der Entkupplungsstellung befinden sich die Sperrflügel im verbreiterten Teil 30 der Rohrschlitze, so daß sich die Rohrzungen um Schlitzesbreite zusammenpressen lassen. Die Schnittansicht hierzu zeigt Fig. 8. Ferner empfiehlt sich bei allen Ausführungsformen, die Verbindung von Spannring und Sicherungsglied elastisch auszuführen.

Aus den Schnittansidhten der Fig. 7 und 8 geht noch eine weitere Eigenart der Konstruktion des Sicherungsgliedes hervor. Wie ersichtlich, nimmt nämlich das Sicherungsorgan nur einen äußerst geringen Teil des Strömungsquerschnittes für das Kühlmittel ein. Dieses kühlt daher auch in der Kupplungsstellung des Greifers das gefaßte Brennstoffelement ausreichend.

Claims (9)

45 Patentansprüche:

1. Greifervorrichtung an einer Kernreaktorlademaschine mit einem ausfahrbaren Greiferarm, an dessen vorderem Ende Betätigungsorgane zur maschinellen Handhabung von Brennstoffelementen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung aller beim Auswechseln der Brennstoffelemente wirksam werdenden Organe, z. B. die Greif-, Sicherungs- und Entriegelungsglieder, ausschließlich durch die Längsbewegung des Greiferarmes (1) bewirkt wird und daß in Anpassung daran die Greiferglieder als Einrastorgane (2,17), das Sicherungsglied als Klemmorgan (15, 24) und das Entriegelungsglied als Spannorgan (4, 21) ausgebildet ist.

2. Greif ervorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferklauen als Rasthebel (2) ausgebildet, am Greiferkopf (3) gelenkig gelagert und federgefesselt sind.

3. Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferklauen aus den durch mehrfache Aufschlitzung eines Rohres (16) gebildeten halbschalenförmigen Zungen (17) bestehen, die klauenartige Nasen (27) tragen und deren Federungsvermögen auf der Elastizität des Rohrmaterials beruht.

4. Greifervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferklauen unten und oben Nocken (9, 10 bzw. 19, 20) besitzen, die im Zusammenwirken mit dem Entriegelungsglied (4,21) bei längs bewegtem Greiferarm (1) die Entriegelung der Kupplungsverbindung von Greifervorrichtung und Brennstoffelement bewirken und die in ihrer Eigenschaft als Druckpunkte jeweils einen unterschiedlichen Hubdruck erforderlich machen und somit die Eintauchtiefe der Greifervorrichtung im Brennstoffelement fixieren.

5. Greifervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entriegelungsglied die Gestalt eines die Greiferklauen lose umfassenden oder von diesen umschlossenen Spannringes (4,21) aufweist, der beim Entkupplungsvorgang auf die oberen Nocken (10, 20) aufläuft und dadurch — wie ein Klemmfutter wirkend — die Greiferklauen (2,17) aus der Kupplungsstellung herausbewegt.

6. Greifervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsglied (15, 24) aus einer in der Greiferachse verschiebbaren und von den Greiferklauen (2,17) umgebenen Haltestange (14, 23) mit Sicherungsflügeln (15, 24) besteht, die sich in der Kupplungsstellung der Greifervorrichtung gegen die Greiferklauen (2,17) legen.

7. Greifervoarrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsglied (15,24) von dem zur Betätigung des Greiferarmes vorzugsweise verwendeten pneumatischen oder flüssigen Druckmittel gesteuert wird, derart, daß es beim Einleiten der Greiferhubbewegung in die Verriegelungsstellung geht.

8. Greifervorrichtung nach den Ansprüchen 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsglied (15, 24) mit dem. Spannring (4, 21) zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt ist, indem ersteres zentral an einem durch mindestens zwei gegenüberliegende Schlitze (17a) hindurchgeführten Steg des Spannringes befestigt ist und somit auch an dessen Bewegung teilnimmt.

9. Greifervorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsglied aus einer in der Greiferachse verschiebbaren und von den Greiferklauen (2,17) umgebenen Haltestange (14, 23) mit Sicherungsflügeln (15, 24) besteht, die in den Rohrschlitzen (17 σ·) geführt sind und die in der Entkupplungsstellung im verbreiterten Teil (30) der Schlitze stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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