DE1078246B

DE1078246B - Gripper device for removing and installing fuel elements in nuclear reactors

Info

Publication number: DE1078246B
Application number: DEK37332A
Authority: DE
Inventors: Benno Glaser
Original assignee: KERNREAKTOR BAU und BETR S GES
Current assignee: KERNREAKTOR BAU und BETR S GES
Priority date: 1959-03-26
Filing date: 1959-03-26
Publication date: 1960-03-24

Description

DEUTSCHESGERMAN

Beim Ein- und Ausbau von Brennelementen bei Kernreaktoren ist eine Greifervorrichtung erforderlich, die es gestattet, die Brennstoffelementköpfe schnell und sicher zu greifen und nach dem Absetzen ebenso sicher wieder loszulassen, damit Beschädigungen der Brennstoffelemente durch Herausrutschen aus der Greifervorrichtung oder durch Hängenbleiben vermieden werden.When installing and removing fuel assemblies in nuclear reactors, a gripper device is required, which allows the fuel element heads to be gripped quickly and safely and also after they have been put down safe to let go again, so that damage to the fuel elements by slipping out of the Gripper device or getting caught can be avoided.

Zu diesem Zweck sind sowohl rein mechanische als auch elektromechanische Ausführungen vorgeschlagen worden. Unter den letzteren erscheint die Kombination eines Elektromagneten zum öffnen der Greiferklauen mit einer Spiralfeder zum Schließen der Greiferklauen besonders zweckmäßig. Hier, besteht aber die große Schwierigkeit, daß bei den erforderlichen normalen Greiferabmessungen der Weg für den Magnetanker zu groß ausfällt, so daß entweder die Anfangszugkraft des Elektromagnets zu gering oder der Elektromagnet zu groß und schwer ausfällt.For this purpose, both purely mechanical and electromechanical designs are proposed been. The combination of an electromagnet for opening the gripper claws appears among the latter with a spiral spring for closing the gripper claws is particularly useful. Here, however, exists great difficulty that the path for the armature with the required normal gripper dimensions too large, so that either the initial pulling force of the electromagnet is too low or the electromagnet too big and heavy.

Diese Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung auf einfache Weise beseitigt, indem die Greiferklauen, die in an sich bekannter Weise innerhalb eines zylindrischen, sämtliche Teile der Greifervorrichtung umschließenden, oben geschlossenen und unten offenen Außenmantels angebracht sind, an dessen unterem Ende an einer Rippe in senkrechter Richtung schwenkbar angebracht sind und zwecks öffnens und Schließens je einen mit dem Boden des Spiralfederführungskolbens durch eine Lasche gelenkig verbundenen Schwenkhebelarm besitzen, dessen Länge im Verhältnis zur Klauengreif länge so kurz gehalten ist (zweckmäßig im Verhältnis ungefähr 1 : 3), daß zum völligen Öffnen und Schließen der Greiferklauen ein geringer Feder- und Ankerweg· von nur ungefähr 3 bis 4 mm genügt, derart, daß einerseits eine dem geringen Federweg entsprechende, nahezu gleichbleibende, ausreichende Schließkraft der Feder und andererseits eine dem geringen Magnetankerhub entsprechende, zum Lösen der Greiferklauen ausreichende Anfangsmagnetzugkraft und außerdem ein derartig schnelles Anwachsen der Magnetzugkraft mit Abnahme des Abstandes zwischen Anker und Magnet bei eingeschaltetem Magnet erzielt wird, daß die dadurch erhöhte Magnetkraft ausreicht, um unter gleichzeitigem öffnen der Greiferklauen die Spiralfeder bis zu der für das völlige Schließen der Greiferklauen erforderlichen Federkraft zu spannen.These difficulties are eliminated by the present invention in a simple manner by the Gripper claws, which in a known manner within a cylindrical, all parts of the gripper device enclosing, closed at the top and open at the bottom outer jacket are attached to its lower end are attached to a rib in a vertical direction pivotable and for the purpose of opening and closing each one with the bottom of the spiral spring guide piston have articulated swivel arm arm, the length of which is in Relation to the claw grip length is kept as short (expediently in a ratio of about 1: 3) that one for the complete opening and closing of the gripper claws small spring and armature travel · of only about 3 to 4 mm is sufficient, so that on the one hand one of the small Spring travel corresponding, almost constant, sufficient closing force of the spring and on the other hand one that corresponds to the small armature stroke and is sufficient to loosen the gripper claws Initial magnet pull and also such a rapid increase in magnet pull with decrease of the distance between the armature and magnet when the magnet is switched on is achieved that the thereby increased magnetic force is sufficient to open the coil spring up to at the same time to tension the spring force required for the complete closing of the gripper claws.

Zum besseren Verständnis sei die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erklärt.For a better understanding, the invention is explained in more detail with reference to the drawing.

In Fig. 1 ist-die Greifervorrichtung im Schnitt E-C (s. Fig. 5) über dem Brennstoffelementkopf 1 am Seil hängend dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, sind sämtliche Greiferteile innerhalb eines aus zwei gegeneinander in senkrechter Richtung etwas verschiebbaren Greifervorriehtung zum Aus-In FIG. 1, the gripper device is shown in section EC (see FIG. 5) hanging on the rope above the fuel element head 1. As can be seen from this, all of the gripper parts are within one of two gripper devices that can be displaced somewhat in a vertical direction in relation to one another for extraction.

und Einbau von Brennstoffelementenand installation of fuel elements

bei Kernreaktorenin nuclear reactors

Anmelder:Applicant:

ίο Kernreaktor Bau-ίο nuclear reactor construction

und Betriebs-Gesellschaft m.b.H.,
Karlsruhe, Weberstr. 5and Betriebs-Gesellschaft mbH,
Karlsruhe, Weberstr. 5

Benno Glaser, Karlsruhe,
ist als Erfinder genannt wordenBenno Glaser, Karlsruhe,
has been named as the inventor

Teilen 2 und 3 bestehenden Außenmantels eingebaut, so daß auch die Greif erklauen 4 in keiner Arbeitsstellung aus dem Außenmantel herausstehen und alle Teile vor Verschmutzung und Beschädigungen geschützt sind. Der zum öffnen der Greiferklauen 4 dienende Elektromagnet 5 ist oben im Unterteil 3 untergebracht und darunter der Anker 6, die Spiralfeder 7 zum Schließen der Greiferklauen und der Federführungskolben 8.Parts 2 and 3 built-in existing outer jacket, so that the gripping claws 4 do not protrude in any working position from the outer jacket and all parts are protected from dirt and damage. The electromagnet 5 used to open the gripper claws 4 is accommodated at the top in the lower part 3 and underneath the armature 6, the spiral spring 7 for closing the gripper claws and the spring guide piston 8.

Der Anker 6 ist mit dem Federführungskolben 8 durch ein starkwandiges zentrales Rohr 9 verbunden, das nach unten mit geringerer Wandstärke fortgesetzt und zu einem auf den Brennstoffelementpilz 10 aufzusetzenden Stempel 11 ausgebildet ist. Nach oben ist das Rohr 9 als dünnwandiges Rohr 12 durch den Magnet hindurch verschiebbar bis in die Deckelbohrung 13 des Greifermantels geführt und dort durch eine Dichtung 14 abgedichtet, derart, daß es zur Zuführung des Kühlwassers für die auszubauenden Brennstoffelemente verwendet werden kann.The armature 6 is connected to the spring guide piston 8 by a thick-walled central tube 9, that continued downwards with a smaller wall thickness and to be placed on the fuel element mushroom 10 Stamp 11 is formed. Upward is the tube 9 as a thin-walled tube 12 through the Magnet slidably guided through to the cover bore 13 of the gripper jacket and through there a seal 14 sealed so that it can be fed of the cooling water can be used for the fuel elements to be removed.

Damit der Anker 6 in den Endstellungen nicht aufschlägt; ist er als Bremskolben ausgebildet. Außerdem ist, um ein Haften des Ankers am Magnet nach Ausschalten des Stromes zu verhindern, am Magnet unten ein dünner Aluminiumring 15 angebracht.So that the anchor 6 does not strike in the end positions; it is designed as a brake piston. It is also to prevent the armature from sticking to the magnet after switching off To prevent the current, a thin aluminum ring 15 is attached to the magnet below.

Die drei Greiferklauen 4 sind an einer Rippe 16 des Außenmantels 3 in senkrechter Richtung schwenkbar gelagert und mit je einem Schwenkhebelarm 17 versehen, der durch eine Lasche 18 mit dem Federführungskolben 8 gelenkig verbunden-ist.The three gripper claws 4 are pivotable on a rib 16 of the outer jacket 3 in the vertical direction stored and each provided with a pivot lever arm 17, which is connected by a tab 18 to the spring guide piston 8 is articulated.

Die zum Schließen der Greiferklauen dienende Spiralfeder 7 ist zwischen dem im Außenmantel eingeschraubten scheibenförmigen Gegenlager 19 und demThe spiral spring 7 used to close the gripper claws is screwed between the one in the outer jacket disc-shaped counter bearing 19 and the

909 767/331909 767/331

Federführungskolben 8 eingespannt. Zwischen dem am Mantelunterteil 3 oben aufgeschraubten Kopf 20 und dem Innenflansch 21 des Manteloberteils 2, mit dem die Greifervorrichtung am Kranseil befestigt wird, sind Tellerfedern 22 eingelegt. Diese sind bei frei hängendem unbelastetem Greifer, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, durch das Eigengewicht des Greiferunterteils nur so weit zusammengedrückt, daß zwischen den beiden Mantelteilen 2 und 3 in der Ebene A-A ein Abstand von ungefähr 1,5 bis 2 mm vorhanden ist. In dieser Stellung ist der Schalter I eingeschaltet und damit die Kontrollampe, die anzeigt, daß die Greiferklauen durch die Spiralfeder 7 bei ausgeschaltetem Magnet ganz nach innen (innere Endstellung) gedrückt sind. Das an dem Magnetanker angebrachte Rohr 12 ist durch die Spiralfeder 7 in die unterste Stellung gedrückt und dadurch der dreipolige Schalter I eingeschaltet, in dem die Schaltrolle in die Rille 23 (s. Fig. 4) des Rohres 12 eingerastet ist. In dieser Stellung hat der Anker 6 seinen größten Abstand vom Elektromagnet, der ungefähr 3 bis 4 mm beträgt.Spring guide piston 8 clamped. Disk springs 22 are inserted between the head 20 screwed on at the top of the lower casing part 3 and the inner flange 21 of the upper casing part 2 with which the gripper device is attached to the crane rope. When the gripper is freely suspended and unloaded, as shown in FIG. 1, the weight of the gripper lower part only compresses them to such an extent that there is a distance of approximately 1.5 to 2 mm between the two shell parts 2 and 3 in plane AA is. In this position the switch I is switched on and with it the control lamp which indicates that the gripper claws are pushed all the way in (inner end position) by the spiral spring 7 when the magnet is switched off. The tube 12 attached to the magnet armature is pressed into the lowest position by the spiral spring 7 and the three-pole switch I is switched on, in which the switching roller is locked in the groove 23 (see FIG. 4) of the tube 12. In this position, the armature 6 has its greatest distance from the electromagnet, which is approximately 3 to 4 mm.

In Fig. 2 ist die Greifervorrichtung bei eingeschaltetem Elektromagnet auf den Kopf 1 des Brennstoffelements aufgesetzt. Der Anker 6 ist ganz hochgezogen, und die Greiferklauen 4 sind völlig geöffnet. Mit dem Anker ist auch das Rohr 12 nach oben gezogen, so daß nunmehr der Schalter II in die ringförmige Rille 23 eingerastet und die Kontrollampe eingeschaltet ist, die die völlig geöffnete Greiferklauenstellung anzeigt.In Fig. 2, the gripper device is on the head 1 of the fuel element with the electromagnet switched on put on. The anchor 6 is fully raised and the gripper claws 4 are fully open. With the armature, the tube 12 is pulled up, so that now the switch II in the ring-shaped Groove 23 is engaged and the control lamp is switched on, which indicates the fully open gripper claw position indicates.

Die Greifervorrichtung ist in Fig. 2 in der Ebene B-D (s. Fig. 5) geschnitten, so daß die Schalter II und IV zu sehen sind. Die beiden Mantelteile 2 und 3 sind ganz zusammengeschoben, so daß in der Ebene A-A kein Spalt mehr vorhanden ist. Die Tellerfedern 22 sind daher ganz entspannt, und der Schalter IV ist durch den Nocken 24 eingeschaltet und damit die Kontrollampe, die das Aufsitzen der Greifervorrichtung bzw. die Schlaffseilstellung anzeigt.The gripper device is cut in Fig. 2 in the plane BD (see Fig. 5), so that the switches II and IV can be seen. The two shell parts 2 and 3 are pushed together completely so that there is no longer a gap in the plane AA. The disc springs 22 are therefore completely relaxed, and the switch IV is switched on by the cam 24 and thus the control lamp which indicates that the gripper device has been seated or the position of the slack rope.

In Fig. 4 ist der Elektromagnet ausgeschaltet, so daß die Spiralfederkraft voll zur Auswirkung gekommen ist und dadurch die Greiferklauen fest unter die Hinterdrehung des Brennstoffelementpilzes 10 gepreßt sind. Der Stempel 11 mit seiner Dichtung 25 ist damit auf den Brennstoffelementpilz 10 dicht aufgedrückt. Der Schalter IV, der die Schlaffseilstellung anzeigt, ist durch den Nocken 24 und der Schalter I durch Verschieben des Rohres 12 nach unten (Rille 23 unterhalb der Schaltrolle) eingeschaltet, weshalb die Kontrolllampe brennt, die anzeigt, daß das Brennstoffelement fest gegriffen ist. Die Greifervorrichtung ist in der Ebene B-E geschnitten, weshalb die Schalter I und IV zu sehen sind.In FIG. 4, the electromagnet is switched off, so that the spiral spring force is fully effective and the gripper claws are thereby pressed firmly under the back rotation of the fuel element mushroom 10. The stamp 11 with its seal 25 is thus pressed tightly onto the fuel element mushroom 10. The switch IV, which indicates the slack rope position, is switched on by the cam 24 and the switch I by sliding the tube 12 downwards (groove 23 below the pulley), which is why the control lamp lights up, which indicates that the fuel element is firmly gripped. The gripper device is cut in the plane BE , which is why the switches I and IV can be seen.

Fig. 6 stellt die hochgezogene Greifervorrichtung (Schnitt in Ebene C-B) mit angehängtem Brennstoff; =55 element dar. Hierbei sind die beiden Manteltejle 2 und 3 bis zur Endstellung, d. h. bis zu ihrem größten Abstand in der Ebene A-A, auseinandergezogen, und die Tellerfedern sind völlig zusammengedrückt. Durch den Nocken 26 ist der Schalter III und damit die Kontrollampe für Lastanzeige eingeschaltet. Außerdem ist wie in Fig. 4 der Schalter I und die betreffende Kontrollampe eingeschaltet. Statt der Kontrollampe, die mit verschiedenen Farben versehen sind, können auch Leuchtschriftzeichen verwendet werden.6 shows the raised gripper device (section in plane CB) with the fuel attached; = 55 element. Here, the two casing parts 2 and 3 are pulled apart up to the end position, ie up to their greatest distance in plane AA , and the disc springs are completely compressed. The switch III and thus the control lamp for load display are switched on by the cam 26. In addition, as in FIG. 4, switch I and the relevant control lamp are switched on. Instead of the control lamp, which are provided with different colors, fluorescent characters can also be used.

Um die Greifervorrichtung beim Aufsetzen auf den Brennstoffelementkopf 1 zu führen, sind an seinem Unterteil innen konische Segmente 27 angebracht.In order to guide the gripper device when it is placed on the fuel element head 1, on its Lower part inside conical segments 27 attached.

Die vorliegende Erfindung stellt also eine völlig umir.antelte, vor Verschmutzung geschützte Greifervorrichtung dar, bei der alle Stellungen von Greifermantel und Greiferklauen in der für das sichere Heben und Absetzen der Brennstoffelemente erforderlichen Weise an dem Aufleuchten von verschiedenen Lampen oder Leuchtschriftzeichen beobachtet und das Öffnen und Schließen der Greiferklauen mit ganz geringen Magnetanker- und Federbewegungen in zuverlässigster und exaktester Weise durchgeführt werden können, so daß Beschädigungen der Brennstoffelemente durch Versagen der Greifervorrichtung ausgeschlossen sind.The present invention thus represents a completely encased, Protected against contamination gripper device, in which all positions of the gripper jacket and grapple claws in the manner necessary for the safe lifting and lowering of the fuel elements observed by the lighting of various lamps or neon signs and the opening and Closing of the gripper claws with very little magnet armature and spring movements in the most reliable way and can be carried out in the most precise manner, so that damage to the fuel elements are excluded by failure of the gripper device.

Claims

Patent claims:

1. Gripper device for removing and installing fuel elements in nuclear reactors with an electromagnet for opening and a spiral spring for closing the gripper claws, characterized in that the gripper claws (4), which in a known manner within a cylindrical, enclosing all parts of the gripper device , outer casing (2, 3) closed at the top and open at the bottom are attached, at the lower end of which they are attached to a rib (16) so as to be pivotable in the vertical direction and for the purpose of opening and closing one each with the bottom of the spiral spring guide piston (8) through a tab ( 18) have an articulated pivot lever arm (17), the length of which is kept so short in relation to the claw gripping length (expediently in a ratio of approximately 1: 3) that a small spring and anchor travel of approximately 3 to 4 mm is sufficient, so that on the one hand an almost constant, Sufficient closing force of the spring and, on the other hand, an initial magnet pulling force corresponding to the small armature stroke and sufficient to release the gripper claws, and also such a rapid increase in the magnet pulling force with the decrease in the distance between armature and magnet when the magnet is switched on is achieved that the resulting increased magnetic force is sufficient to simultaneously Opening the gripper claws to tension the spiral spring up to the spring force required to fully close the gripper claws.

2. Gripper device according to claim 1, characterized in that the magnet armature (6) as Brake piston is designed in such a way that it prevents hitting in its two end positions will.

3. Gripper device according to claim 1, characterized in that the for closing the gripper claws serving spiral spring (7) installed below the magnet armature (6) and between the Spring guide piston (8) and the disc-shaped, downwardly limiting magnet armature path Abutment (19) is clamped.

4. Gripper device according to claim 1, characterized in that the magnet armature (6) with the Spring guide piston (8) is connected by a thick-walled central tube (9), the extension of which downward to form a punch (11) to be placed on the fuel element mushroom and its upward extension (12) with a smaller wall thickness through the magnet slidably guided into the cover hole (13) of the gripper jacket and sealed there,

such that the cooling water required to cool the fuel elements to be removed through the central tube (12) can be fed.

5. Gripper device according to claim 1, characterized in that the upper part (2) of the in two Parts (2 and 3) split outer jacket on the cylindrically stepped head of the lower part (3) in slidably in the vertical direction and on the lower part (3) by disc springs (22) is pressed between the lower end of the upper part, which is designed as an inner flange (21) (2) and a head (20) screwed onto the upper end of the lower part is inserted in such a way that that caused by suspension and loading

caused mutual displacement of the two shell parts the engagement of the load and Relief indicating control lamps causes.

6. Gripper device according to claim 1, characterized in that the other control lamps can be switched on through the various positions of the water supply pipe (12).

7. Gripper device according to claim 1, characterized in that the switches (I to IV) in a cavity of the upper shell part (2) are housed.

Considered publications:
British Patent No. 780,339.

1 sheet of drawings