DE2357426A1

DE2357426A1 - Beschickungsanlage fuer kernreaktoren mit kugelfoermigen betriebselementen

Info

Publication number: DE2357426A1
Application number: DE2357426A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Cramer; Ralf Faber; Hubert Handel; Gerhard Rueck; Josef Dipl Ing Schoening
Original assignee: Hochtemperatur-Reaktorbau 5000 Koeln GmbH; Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1973-11-17
Filing date: 1973-11-17
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2251887B3; FR2251887A1; DE2357426C2; CH573645A5; GB1480606A; JPS5079693A

Description

Mannheim, dan 2j. OuIi 1973 7303 "■'.'■

HOCHTEMPERATUR-REAKTORBΑΌ " GmbH 5 K öl η 1 ■;■■;.■ Zeppelinstraße 15

Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Betriebselementen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Betriebselementen, die für die Zugabe, Entnahme und Förderung der Betriebselemente zylinderartige Funktionseinheiten mit gleichen äußeren Abmessungen aufweist. , -'-■■_.".-

Eine derartige Beschickungsanlage gestattet im Gegensatz zur ■ Beschickung von Kernreaktoren mit stabförmigen Brennelementen eine, kontinuierliche Zugabe und Entnahme von Brennstoff und. somit eine Kompensation des Abbrandes während des Reaktorbetriebes. Im einzelnen hat die Beschickungsanlage folgende Aufgaben zu erfüllen»

Kontinuierliche Zugabe lind Entnahme der kugelförmigen Brennelemente, Moderatorelemente und Absorberelemente

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in den bzw. aus dem Reaktorkern;

Einschleusen neuer Kugeln in den Brennelementkreislauf;

Ausschleusen der abgebrannten Brenn- und Absorberelemente sowie der Moderatorelemente aus dem Brennelementkreislauf;

Absondern der beschädigten und zerbrochenen Kugeln (Schrott) aus dem Brennelementkreislauf;

Messen des Abbrandzustandes der Brennelemente und Absorberelemente und Unterscheiden der Kugelsorten.

Zur Bewältigung aller dieser Aufgaben umfaßt die Beschickungsanlage mehrere Schleusen, einen Schrottabscheider,, eine _, Abbrandmeßvori-ichtung und diverse Anlagenteile zum Anhalten, dosierten •Weitergeben und zur Verteilung der kugelförmigen Betriebselemente auf verschiedene Systeme sowie zur druckraäßigen Abtrennung einzelner Teilstrecken der Beschickungsanlage.

Bei den bisher gebauten Anlagen, z.B. bei der Beschickungsanlage des Atom-Versuchskraftwerkes in Jülich, wurden die Anlagenteile zur Durchführung der letztgenannten Punktionen - im'folgenden Funktionseinheiten genannt - jeweils für sich konstruiert und angeordnet, wobei die einzelnen Funktionseinheiten in ihren Abmessungen sehr unterschiedlich sind und verschiedenartige Antriebe besitzen. Im funktioneilen Aufbau der einzelnen Einheiten sind ebenfalls große Unterschiede vorhanden. Die Verbindung der Funktionseinheiten untereinander wird durch doppelwandige Rohrleitungen bewerkstelligt, die Kompensationselemente aufweisen müssen; ■

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 589 532 ist eine Beschickungsanlage .bekannt, die eine wesentliche Verbesserung der eben beschriebenen Anlage darstellt, da die Anlagenteile oder Funktionseinheiten gleiche äußere Abmessungen besitzen

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und daher untereinander austauschbar sind. Jedes Anlagenteil besteht aus einem Gehäuse, in dessen Innerem ein bewegbares Funktionsteil ausbaubar angeordnet ist, und für alle Funktionsteile ist-der gleiche Antrieb vorgesehen. Da jedes Gehäuse überdies alle für die Beschickung in Frage kommmenden Anschiußbohrungen aufweist, kann somit jedes Anlagenteil jederzeit verschiedenen Funktionen angepaßt werden. Die einzelnen Gehäuse sind direkt nebeneinander auf einer gemeinsamen Grundplatte befestigt, wobei zwischen den Gehäusen ein gewisses Spiel vorgegeben ist. Die Grundplatte kann Teil eines druckfesten und gasdichten Behälters ein, in dem die Anlagenteile angeordnet sind. Zur Strahlenabschirmung der Beschickungsanlage sind noch besondere Bauteile erforderlich.

Eine ähnlich konstruierte Beschickungsahlage ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 6 753 677 bekannt; auch hier ist eine Anzahl von bewegbaren Funktionsteilen vorgesehen, die jedoch nicht in Gehäusen, sondern in einer Platte ausbaubar angeordnet sind. Die zur •Aufnahme der Funktionsteile bestimmten Bohrungen in der Platte besitzen alle den gleichen Durchmesser und sind stirnseitig mit Abschlußdeckeln versehen. Auch bei dieser Ausführung sind zur strahlensicheren Abschirmung der Beschickungsanlage gegen bestimmte Komponenten des Reaktors besondere Maßnahmen erforderlich. . ;

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Avifgabe zugrunde, eine Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit kugelförmigen Betriebselementen zu schaffen, die bei einfachem Aufbau allen Anforderungen an die nukleare Sicherheit, Betriebssicherheit-, Zugänglichkeit und Strahlenabschirmung in optimaler Weise gerecht wird.

Die. Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß im wesentlichen alle Funktionseinheiten nach dem Baukastenprizi.p. , ./· in Sackbohrungen gleichen Durchmessers . innerhalb mindestens eines^: gleichzeitig zur Abschirmung und als Gehäuse dienenden

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Blockes ausbaubar angeordnet sind und daß der Block alle für die Beschickung erforderlichen, an entsprechende Bohrungen in den Funktionseinheiten anschließenden Kugellaufbohrungen aufweist.

Die erfindungsgemäße Beschickungsanlage besitzt alle Vorteile der bisher bekannten Anlagen - Austauschbarkeit der Funktionseinheiten, Einsparung von Rohrleitungen, geringe Abmessungen der Funktionseinheiten, wodurch nur relativ kleine Ausbaugeräte erforderlich sind - und vex"b±xiet mit diesen Vorteilen noch eine größere Betriebssicherheit und bessere Zugänglichkeit, da die Funktionseinheiten in einem Block untei-gebraeht sind, der nicht nur das Gehäuse für die einzelnen Funktionseinheiten bildet, sonderen diese vollständig gegen Strahlen abschirmt. Ferner werden auch divj noch.erforderlichen Rohrleitungen so verlegt, daß sie durch, den Block gegen strahlende Reaktorkomponenten abgeschirmt sind. Als stärkste Strahlungsquellen sind hier das Kugelabzugsrohr und der Schrottabscheider mit Schrottleitung und Schrottsammelbehälter zu nennen.

Die Funktionseinheiten können grundsätzlich in zwei Gruppen eingeteilt werden, wobei sie je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck entweder aus einem drehbaren Funktionselement, einem Lagerstopfen und einem durch letzteren geführten Antriebsteil oder aus einem unbewegbaren Funktionselement mit einem Abschirmstopfen bestehen. Funktionseinheiten mit einem drehbaren Funktionselement können auch als "aktive" Funktionseinheiten und solche mit einem unbewegbaren Funktionselement als "passive" Funktionseinheiten bezeichnet werden» Zu den ersteren gehören z.B. Weichen und Dosierer; als Beispiel für eine "passive" Funktionseinheit sei ein Sammler genannt.

■Zweckmäßigerweise sind die Antriebsteile für die drehbaren Funk- · .· tionselemente gleichartig ausgebildet und kraft- oder formschlüssig

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mit Antriebsmotoren verbunden, die ebenfalls gleichartig gestaltet und außerhalb des Blockes angeordnet sind. Sie können daher leicht gewartet werden. Außerdem ist durch die Verwendung gleicher Antriebe eine einfache und billige Lagerhaltung möglich. Als Bewegungsari? für die bewegbaren Punktionselemente ist Dreh*- oder Schwenkbewegung vorgesehen, bei der gegenüber einer Hubbewegung erheblich an Raum gespart werden kann.

Es ist vorteilhaft, die Verbindung der drehbaren Punktionselemente mit den Lagerstopfen bzw. der unbewegbaren Punktionselemente ^ mit den Abschirmstopfen lösbar zu gestalten und bei allen Verbindungen die gleichen Verbindungselemente zu benutzen, so daß die Funktionselemente untereinander ausgetauscht werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Funktionseinheiten je nach ihrem Bestinmmngszweck zu voneinander getrennten Funktionsgruppen zusammengefaßt; d.h. jede Punkt ions'gruppe ist in einem gesonderten Block untergebrächt. Ein derartiger Block kann z.B. als Förderblock, Verteilerblock oder Sammlerblock fungieren. Jeder einzelne Block ist derart in eine Abschirmung eingebaut und an seinen Außenseiten■gegen diese abgedichtet, daß eine gasdichte Absperrung des oberhalb des Blockes liegenden Raumes gegenüber dem unterhalb des Blockes befindlichen Raum erreicht wird. Gleichzeitig wird der unten liegende Raum gegen die in der Kugeischüttung herrschende Temperatur geschützt. In diesein Raum sind die Arttriebsmotoren untergebracht, die daher jederzeit zugänglich sind.

Zweckmäßigerweise bilden die in den Blöcken vorgesehenen Kugellaufbohrungen in Kugellaufrichtung gesehen im Bereich einer Verzweigung einen Winkel von 120 miteinander, während sie im Bereich einer Zusammenführung einen Winkel von 60 einschließen. Je-drei in diesen Bereichen liegende Funktionseinheiten bilden dabei, ein •.gleichsej. tiges. ,Dreieck.. Diese Anordnung stellt die "dichteste ... Packung" von Funktionseinheiten dar, wobei zwei Funktionsein-

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hexten in der Hauptleitung· liegen und die dritte sich in der abzweigenden oder einmündenden Leitung befindet.

Die Sackbohrungen in den Blöcken, die zur Aufnahme der Funktionseinheiten bestimmt sind, werden mit je einem Fjanschdeckel verschlossen, der entweder als Abschlußflansch (bei den Funktionseinheiten mit unbewegbarem Funktionselement und Abschirmstopfen) odex- als Durchführungsflansch (bei den Funktionseinheiten mit drehbarem Funktionselement und Lagerstopfen) ausgebildet ist. Um die Sicherheit zu erhöhen, 'sind die Abschirmstopfen und Lagerstopfen unabhängig von den Flanschdeckeln innerhalb der Sackbohrungen gesondert am Block befestigt, beispielsweise durch eine Kugelverrasterung. So wird auch.bei Versagen eines Flanschdeckels die betreffende Funktionseinheit im Block festgehalten und der freigegebene Querschnitt auf ein zulässiges Maß begrenzt.

Wie bereits erwähnt, sind die bewegbaren Funktionselemente für Dreh- oder Schwenkbewegung eingerichtet, und dementsprechend sind ihre Antriebsmotoren ausgebildet. Vorteilhaft sind alle drehbaren Funktionselemente fliegend gelagert. Um eine einwandfreie Positionierung der Funktionseleraente im Hinblick auf die Kugellaufbohrungen im Block zu gewährleisten, sind an ihrem dem Abschirmbzw. Lagerstopfen abgekehrten Ende Anschläge vorgesehen, die mit einheitlich gestalteten Gegenstücken am Ende der Sackbohrungen zusammenwirken. Dieses Gegenstück befindet sich in unmittelbarer Nähe der Kugellaufbohrungen. Die Anschläge an den Funktionselementen sind dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt; d.h. je nach Größe der gewünschten Drehbewegung lassen sie genaue Schwenkungen von 180 oder 60 zu.

Es wurde bereits eingangs beschrieben, daß die Funktionseinheiten die Aufgabe haben, die kugelförmigen Betriebselemente je nach Bedarf anzuhalten, dosiert weiterzuleiten und sie auf verschiedene System© zu verteilen sowie einzelne Teilstrecken der Beschickungs-

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anlage druckmäßig von der übrigen Anlage abzutrennen. Um diese sehr unterschiedlichen Aufgaben erfüllen.zu können, weisen sowohl die "aktiven" als auch die "passiven" Funktionseinheiten verschieden ausgebildete Funktionselemente auf..

So ist eine Anzahl von drehbaren Funktionselementen erforderlich, die als Weichen fungieren können. Zu diesem Zweck weist ein solches Funktionselement einen in -radialer Richtung verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt auf, in den unter einem Winkel von 60 in Kugellaufrichtung gesehen ein Stichkanal gleichen " · Querschnitts eintritt. Gegenüber dem Kanaleintritt befindet sich in einer Nut der Kanalwandung ein Umlenkbolzen, der so angeordnet is't, daß in gerader Richtung durch das Funktions element laufende Kugeln nicht behindert werden, daß aber die nach Betätigung der Weiche die Hpuptrichtung verlassenden Kugeln in die gewünschte Richtung gelenkt werden. Durch das Aufprallen auf den Umlenkbolzen rollen die Kugeln, in dem Stichkanal geradlinig weiter, ohne daß sie große Verluste an kinetischer Energie erleiden. Es sind sowohl Rechts- als auch Linksweichen vorgesehen.

Ist der in radialer Richtung verlaxifende Kanal in einem unbewegtbaren Funktionselement vorgesehen, so arbeitet diese Funktionseinheit als Sammler; d.h. aus zwei verschiedenen Richtungen kommende Kugeln werden in einer Richtung weitergeleitet. Auch hier kann gegenüber dem Eintritt des Stichkanals ein Umlenkbolzen in der Kanalwand vorgesehen sein.

Weitere drehbare Funktionselemente werden z.B· als Dosierer benötigt. Sie weisen zu diesem Zweck einen Raum auf, in. den gerade eine einzelne Kugel eintreten kann, und eine Sperre, die die Kugel nicht weiter vordringen läßt. Der Drehantrieb für ein solches Funktionselement ist derart ausgebildet, daß das Funktionselement

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nur Schwenkungen um 180 ausführen kann. Venn eine Kugel in den Raum vor der Sperre eingetreten ist, wird das Funktionselement um den angegebenen Winkel geschwenkt, und die - nunmehr vereinzelte - Kugel kann eiuf der gegenüberliegenden Seite in die Kugellaufbohrung des Blockes eintreten.

Vorteilhaft weist ein derartiger Dosierer einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal mit kreisförmigem Querschnitt auf, der als Aufnahmeraum für eine Kugel dient, und die Sperre besteht aus zwei senkrecht zur Kanalachse angeordneten Bolzen, die vom Kanaleintritt und - austritt gleichweit entfernt sind und sich in der Kanalwandung gegenüberliegen. Dabei ragen sie etwas in den Kanalquerschnitt hinein, so· daß der Durchtritt der kugelförmigen Betriebselemente verhindert wird. Das Fördergas kann jedoch ungehindert den Dosierer passieren. Um zu vermeiden, daß beim Schwenken des als Dosierer arbeitenden Funktion'selementes die vor dem Funlctioiiselement in der Kugollaufbohrung des Blockes anstehenden Kugeln zurückgedrückt werden, besitzt das Funktionselement im Bereich seines Kanals eine Querschnittsverengung.

Es ist zweckmäßig, die als Sperre wirkenden Bolzen, die parallel zur Drehachse de^Punktionselementes angeordnet sind, nicht symmetrisch zu dieser Achse auszurichten, sondern den einen Bolzen etwas weiter in den Kanalquerschnitt hineinragen zu lassen. Hierzu wird der Bolzen ausgewählt,der in Drehrichtung des Funktionselementes vor einer in den Kanal eingetretenen Kugel liegt. Durch diese besondere Anordnung wird die Fliehkraft, die nach der Schwenkung um 180 auf die Kugel einwirkt, dazu ausgenutzt, um beim Austreten der Kugel in die Kugellaufbohrung des Blockes der Kugel eine zusätzliche Beschleunigung zu erteilen.

Außer dem eben beschriebenen Dosierer, der zwar die Kugeln vereinzelt und dosiert weitergibt, aber den Fördergasstrom nicht unterbricht, sind in einer Beschickungsanlage noch Einrichtungen.

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erforderlich, die neben der Dosierung von Betriebselementen gleichzeitig den Fördergasstroin absperren, d.h. die als Drucksperre wirken. Ein Funktionselement, das als Drucksperre eingesetzt werden soll, muß um 180 schwenkbar sei. Vorteilhaft weist es zwei quer zur Drehachse des Funktionselementes verlaufende Sackbohrungen auf, die groß genug sind, um ein kugelförmiges Betriebselement aufnehmen zu können, Die beiden Sackbohrungen liegen sich mit ihren Enden gegenüber, wobei sie jedoch nicht fluchten oder parallel verlaufen, sondern schräg aufeinander zulaufen. Dabei schließen beide Sackbohrungen einen Winkel gleicher Größe mit einer Durchmesserlinie des Funktionselementes ein, und ihre verlängerten Endflächen bilden einen spitzen Winkel. Diese schräge Einmündung der Sackbohrungen in das Funktionselement wurde gewählt, um auch hier wieder nach erfolgter Schwenkbewegung die Fliehkraft beim Aistreten einer Kugel aus der Drucksperre ausnutzen zu können. Im Gegensatz zum Dosierer werden bei Betätigung der Drucksperre die vor ihr lit der Kugellaufbohrung des Blockes anstehenden Kugeln zurückgedrückt. Um eine vollkommene Absperrung des Fördergasstromes bei "geschlossener" Drucksperre zu erreichen, ist der Matel des zylinderartigen Funktionselementes mit Labyrinthabdiehtungen versehen. Dabei ist der mittlere Teil,,.,in den die Sackbohrungen eingearbeitet sind, mit senkrechten Labyrinthspalten (d.h. parallel zur Drehachse des Funktionselementes) ausgerüstet, während der obere und untere Teil des Mantels umlaufende Labyrinthspalte trägt.

Weitere Funktionseinheiten werden beispielswiese zur Registrierung der die Beschickungsanlage durchlaufenden kugelförmigen Betriebseleraente benötigt. Hierzu sind "passive¹¹ Funktionseinheiten vor- ' gesehen, deren unbewegbare Funktionselemente vorteilhafterweise als Träger für einen elektrischen Kugelzähler ausgebildet sind. Dieser Zähler besteht aus einer ringförmigen Spule, die in einer entsprechenden Aussparung in der Wandung eines Kanals unterge·*: --" bracht ist, der in radialer Richtung durch das Funktionselement

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verläuft und einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Die Stromzuführung zu der Spule erfolgt über Kabel, die durch eine Aussparung in dem Kugelzählerträger sowie durch eine Längsnut in dem mit dem Punktionselement verbundenen Abschirmstopfen geführt sind. Der /Jie Sackbohrung für die Funktionseinheit abschließende Flanschdeckel ist mit einer Durchführung für die Kabel versehen, die durch eine Bohrung mit der Längsnut im Abschirmstopfen in Verbindung steht.

In der Zeichnung ist eine Beschickungsanlage gemäß der Erfindung sowie eine Reihe von Punktionseinheiten schematisch dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem längsgeschnittenen Block mit mehreren Funktionseinheiten,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Block in Höhe der Funktionselemente,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Sammlerblock in schematisierter Darstellung,

Fig. 4 eine "passive" Funktionseinheit mit Flanschdeckel im Längsschnitt und

Fig. 5 eine "aktive" Punktionseinheit mit Antriebsmotor und gasdichter Wellendurchführung, eben-. falls im Längsschnitt.

Die Fig. 1 läßt eine Block 1 erkennen, in dem eine Anzahl von Sackbohrungen 2 mit gleichem Durchmesser vorgesehen ist, die durch Kugellaufbohrungen 3 miteinander verbunden sind. Innerhalb der Sackbohrungen 2 sind Funktionseinheiten h angeordnet,.die sich leicht aus. dem Block \.ausbauen lassen. Der Block 1 dient

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für die Funktionselemente einmal als Abschirmung gegen radioaktive Strahlung und zum anderen als Gehäuse. Alle Punktions- -einheiten k sind zylinderartig ausgebildet und weisen die gleichen äußeren Abmessungen auf. Sie. sind entweder als i'aktive" oder "passive" Funktionseinheiten ausgebildet* In ersterem Falle bestehen aie aus einem drehbaren Funktionselement 5, einem Lagerstopfen 6 und einer durch letzteren geführten Antriebswelle 7» wobei alle Antriebswellen gleich gestaltet sind. Die "passiven" Funktionseinheiten setzen sich aus" einem unbewegbaren:Funktionselement 8 und einem Abschirmstopfen 9 zusammen.

Die Kugellaufbohrungen 3 in dem Block 1 verlaufen in solcher ' Höhe, daß sie mit entsprechenden Bohrungen in den Funktionselementen 5 und 8 fluchten. Diese Bohrungen sind ·* je nach dem "Verwendungszweck des zugehörigen Fiinktionselementes - sehr untei"-schiedlich ausgebildet, wie weiter unten noch näher erläutert wird., ■ -. . . "

Um die Funktioiiselemente 5 bei Bedarf untereinander austauschen zu können, sind sie durch gleiche Verbindungselemente, nämlich durch Stifte TO, lösbar mit den Lagerstopfen 6 verbunden, wobei die Stifte 10 in teils durch die Funktionselemente, teils durch die oberen Enden der Wellen 7 verlaufenden Bohrungen angeordnet sind. Ebenso sind die nicht bewegbaren Funktionselemente durch Stifte 11 mit den Abschirmstopfen 9 lösbarverbunden. Die Sackbohrivhgen 2 sind je mit einem Flanschdeckel 12 bzw. abgeschlossen, wie aus den Figuren k und 5 ersichtlich ist. Durch diese Planschdeckel- werden die Funktionseinheiten 4 in den Sackbohrungen 2 festgehalten. Zur Erhöhung der Sicherheit ist noch eine gesonderte, d.h. von den Flanschdeckeln 12 bzw.

13 unabhängige Befestigung der Funktionseinheiten·!+ am Ausgang der Sackbohrungen 2 vorgesehen, und zwarverden die Abschirmstopfen 9 und. die Lagerstopfen 6 je durch eine Kugelverriegelung

14 in den Sackbohrungen 2 festgehalten.

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Die drehbaren Funktionsteile 5 sind fliegend gelagert und werden durch die Antriebswellen 7 angetrieben, die mit gleichartigen Antriebsmotoren 15 kraft- oder formschlüssig verbunden sind, welche außerhalb des Blockes 1, und zwar in einem durch den Block 1 gasdicht abgeschirmten Raum 16, angeordnet sind. Dieser Sachverhalt ist der Fig. 5 zu entnehmen.

An den Stirnflächen der Sackbohrungen 2 sind Scheiben 18 befestigt, und an jeder Scheibe 18 kann ein Anschlagstück 19 angebracht sein, das mit einem an jedem Funktionselement 5 befindlichen Gegenstück 20 zusammenwirkt, um eine einwandfreie Positionierung der drehbaren Funktionselemente 5 ^zu gewährleisten. Die Gegenstükke 20 sind der Funktion des betreffenden Funktionselementes 5 entsprechend ausgebildet} d.h. sie lassen nur Schwenkbewegungen bestimmter Größe zu.

Aus dem in der Fig. 2 dargestellten Schnitt" durch den Block 1 in Höhe der· Funktionselernente 5 und 8 läßt sich die Funktion, die die einzelnen Elemente ausführen sollen, besonders gut erkennen. So sind - von links nach rechts - eine Rechtsx^eiche 21 (vgl. auch Fig. 5), eine Drucksperre 22, ein Dosierer 23, ein Sammler 2k (vgl. auch Fig. 4) und ein Kugelzählerträger 25 dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt stark schematisiert einen Ausschnitt aus einem Sammlerblock 17; d.h. dieser Block enthält vornehmlich unbewegbare Punktionselemente 8, die als Sammler Zk fungieren. In der Beschickungsanlage eines Kernreaktors münden an vielen Stellen eine Anzahl von parallel verlaufenden Kugellaufbohrungen 3 in eine zentrale Sammelleitung 26, und diese Zusammenführung von vielen Leitungen zu einer einzigen wird in einem solchen Sammlerblock, z.B. dem Block 17, vorgenommen. Dabei ist eine Reihe von Sammlern 24 untereinander angeordnet, und in jeden mündet eine Leitung 27. ein. Es ist hier nur ein Sammler gezeigt; die beiden anderen dargestellten Funktionselemente können z.B.

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ein Dosierer 23 und eine Drucksperre 22 sein. Um möglichst viele Funktionseinheiten in einem Block unterzubringen, sind die Funktionseinheiten so angeordnet, daß sie im Bereich einer Verzweigung oder Zusaramenführnng.ein gleichseitiges Dreieck bilden. In der Fig. 3 ist dieser Sachverhalt für eine Zusammenführung dargestellt. Die Kugellaufbohrungen oder Leitungen 26 und 27 schließen dabei in der durch einen Pfeil angedeuteten Kugellaufrichtung gesehen einen Winkel von 60 ein. Bei einer Verzweigung beträgt dieser Winkel 120 .

Im folgenden sollen die einzelnen Funktionselemente an Hand der Figuren .1,2,4 und 5 noch etwas ausführlicher erläutert werden.

Bei dem als Weiche 21 ausgebildeten drehbaren Funktionselement is⁴" ein in radialer Richtung durch das Funktionselement verlaufender Kanal - 28 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen, in den unter einem Winkel von 60-· in Kugel lauf richtung gesehen (durch einen Pfeil angedeutet) ein Stichkanal 29 mit dem gleichen Querschnitt eintritt. In dem dargestellten Beispiel ist die Weiche 21 gestellt; d.h. eine in das Funktionselement eintretende Kugel wird unter einem Winkel von 120 nach rechts weitergeleitet. Gegenüber dem Eintritt des Stichkanals 29 befindet sich in der Wandung 31 des Kanals 28 ein Umlenkbolzen 30» der derart in einer Nut angeordnet ist, daß er bei geradegestellter Weiche den Kugeldurchgang nicht behindert, aber bei nach rechts gestellter Weiche die Kugel in die gewünschte Richtung lenkt, so daß sie nicht erst mehrmals an den Kanalwandungen aufprallt, was zu einem Verlust an kinetischer Energie führen würde. Wie aus Fig. 5 erkennbar, ist der zur Betätigung der Weiche 21 vorgesehene Antriebsmotor 15 außerhalb des Blockes 1 angeordnet, und zwar in einem Raum i6, der durch den Block 1 gegen Strahlung abgeschirmt und daher für Wartungsarbeiten zugänglich ist. Der die Sackbohrung 2 abschließende Flanschdeckel 13 ist als Durclifüh-,. -/ rungsflansch ausgebildet; d.h. er ist mit einer gasdichten

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.Wellendurchführung· kombiniert, durch die die Dreh- oder Schwenkbewegung des Antriebsmotors 15» der als Drehantrieb ausgebildet ist, auf die Wolle 7 übertragen wird.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, weist das Funktionselement 8 des Sammlers 24 einen ähnlichen Aufbau auf wie das Element 5 der Weiche 21. Auch hier ist ein in radialer Richtung durch das Funktionselement verlaufender Kanal 28 vorgesehen, in den unter einem Winkel von 60 ein Stichkanal 29 einmündet, in Kugellaufrichtung gesehen. Beide Kanäle besitzen den gleichen Durchmesser. Das Funktionselement 8 des Sammlers 24 ist jedoch unbewegbar ausgebildet und daher (mittels der Stifte 11) mit einem Abschirmstopfen 9 verbunden. Auch ist die an der Stirnfläche der SackboM-ung 2 angebrachte Scheibe 18 nicht mit einem Anschlags tu eic 19 versehen, und es ist auch kein Gegenstück 20 am Funktionselement vorhanden, wie es bei den drehbaren Funktionselementen 5 der Fall ist.. Der die Sackbohrung 2 verschließende Flanschdeckel 12 ist als Abschlußflansch ohne ,jegliche Durchführung ausgebildet, wie in der Fig. 4 dargestellt. Auch der Sammler 24 kann zur Ablenkung der geförderten Kugeln ohne Energieverlust mit einem Umlenkbolzen 30 ausgerüstet sein, der ebenfalls in einer Nut der Wandung 31 des Kanals 28· angeordnet ist.

Als weiteres drehbares Funktionselement 5 ist'aus den Figuren· 1 und 2 die Drucksperre 22 zu erkennen, die die Aufgabe hat, bei der Dosierung von kugelförmigen Betriebselementen gleichzeitig den. Fördergasstrom abzusperren. Sie weist zu diesem Zweck zwei quer zur Drehachse des Funktionselementes.verlaufende Sackbohrungen 32 und 33 auf, die als Aufnahmeraum für je eine Kugel dienen und eine entsprechende Größe und Tiefe besitzen. Die Drucksperre ist um i80 schwenkbar; eine genaue Positionierung wird durch eine entsprechende Ausbildung des Anschlagatückes 19 und.des Gegenstückes 20 bewirkt. Um zu erreichen, daß der Fördergasstrom völlig durch die Drucksperre 24 abgesperrt wird, ist

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der Mantel des zylinderartigen Punktionselementes 5 mit Labyrinthabdichtungen versehen, deren Spalte teils senkrecht (d.h. parallel zur Drehachse) verlaufen, teils als umlaufende Labyrinthspalte ausgebildet sind (nicht dargestellt). Die beiden Sackbohrungen 32» 33Hegen sich mit ihren Enden gegenüber, wobei sie jedoch nicht fluchten," sondern schräg aufeinander zulaufen, so daß sie mit einer Durchmesserliriie des Funktionselementes 5 den gleichen Winkel bilden. Die verlängerti&n Endflächen 3^t 35 der beiden Sackbohrungen 32, 33 schließen dabei einen spitzen Winkelbtein. Durch die schräge Einmündung der Sackbohrungen 32 und 33 wird bewirkt, daß nach erfolgter Schwenkbewegung der Drucksperre 22 um 18O eine in einer der beiden Saekbohrungen 32 bzw. 33 befindliche Kugel durch die Fliehkraft eine zusätzliche Beschleunigung in der gewünschten Richtung, nämlich der Kugellaufbohrung 3» erhält.

Als letztes Beispiel einer "aktiven" Funktionseinheit ist in den Figuren 1 und 2 noch der Dosierer 23 dargestellt, der ebenfalls die kugelförmigen Betriebselemente dosiert weitergibt, ohne "jedoch den Fördergasstrom zu unterbrechen. Der Dosierer verfügt über zwei sich gegenüberliegende Räume 36 und 37 zur Aufnahme je einer Kugel;-durch eine zwischen den beiden Räumen befindliche Sperre werden die Kugeln darin gehindert, von dem einen Raum in den änderen hinüberzutreten. Nur durch eine Schwenkung des Funktionselementes 5 um 18O kann eine Kugel in der Kugellaufbohrung 3 weitergefördert werden· Der zugehörige Drehantrieb 15 und der Anschlag 19 am Ende der Säckbohrimg 2 sowie das Gegenstück 20 am Funktionselement 5 sind entsprechend ausgebildet. Die beiden Räume 36 und 37 werden durch zwei Teilstücke eines in—radialer Richtung durch das Funktionselement 5 verlaufenden Kanals 38 mit kreisförmigem Querschnitt gebildet. Die Sperre zwischen den beiden Räumen 36t 37 besteht aus zwei Bolzen 39 und ho,.die senkrecht zur Kanalachse und einander, gegenüber in der

Kanalwandung angeordnet sind. Dabei sind die beiden Bolzen vom Kanaleingang und -ausgang¹ gleichwei t entf ei^nt. Sie ragen so weit in den Kanalquerschnitt hinein, daß die Kugeln den Kanal nicht passieren können. Das Fördergas kann jedoch ungehindert hindxirchtx-eten. Im Bereich des Kanals 38 besitzt das Funktionselement 5 eine Querschnittsverengung· 4i, die daür sorgt, daß in der Kugellaufbohrung 3 vor dem Dosierer 23 anstehende Kugeln beim Schwenken des Dosierers nicht zurückgedrückt und dabei eventuell zerquetscht werden. Um avtch im Falle des Dosierers 23 die beim' Schwenkvorgang auf eine im Dosierer befindliche Kugel wirkende Fliehkraft für eine zusätzliche Beschleunigung der Kugel beim Austreten axis dem Dosierer attsnutzen zu können, sind die beiden Bolzen 39 und 4o zwar parallel, aber nicht symmetrisch zur Drehachse 42 des Funktionselementes 5 angeordnet, und zwar ragt der Bolzen 39 weiter in den Kanalquerschnitt hinein als der Bolzen 4θ. Die Anordnung der beiden Bolzen zueinander hängt von der Drehrichtung des Funktionselementes 5 ab, die ja bei jeder Schwenkung entgegengesezt ist (sie ist in der Fig. 2 mit einem Pfeil angegeben). Es muß immer der Bolzen weiter -iη den Kanalquerschnitt hineinragen, der in Drehrichtixng %££„ einem in den Kanal 38 eingetretenen kugelförmigen Betriebselement liegt.

Als zweites Beispiel einer "passiven" Funktionseinheit ist in den Figuren 1 und 2 ein Kugelzählerträger 25 mit einem eingebauten elektrischen Kugelzähler dargestellt, der der Registrierung der Betriebselemente dient. Der Kugelzählerträger 25 weist einen in radialer Richtung durch das Funktiönselement 8 verlaufenden Kanal 43 mit kreisförmigem Querschnitt auf, der in seiner Wandung eine Aussparung 44 zur Aufnahme einer ringförmigen Spule 45 besitzt. Die Stromzuführung und -abführung zu der Spule 45 erfolgt über ein Kabel 47, das in einer Längnut 46 des Abschirmstopfens 9 sowie in einer Aussparung 48 des Kugelssählerträgers 25 verlegt ist, die miteinander in Verbändung stehen. Der dem Abschluß der Sackbohrung 2 dienende Flansch-

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deckel 12 weist eine Durchführung für die Stromzuführung und -ab.führung auf (nicht dargestellt), ■

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Claims

Patentansprüche

M .) Beschickungsanlage für Kernreaktoren mit ktigelf örmigen Betriebselementen, die für die Zugabe, Entnahme und Förderung der Betriebselemente zylinderartige Funktionseinheiten mit gleichen äußeren Abmessungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle Funktionseinheiten 0 .4) nach dem Baukastenprinzip in Sackbohrungen (2) gleichen Durchmessers innerhalb mindestens eines gleichzeitig zur Abschirmung und als Gehäuse dienenden Blockes (i) ausbaubar angeordnet sind und daß der Block" ("1 ) alle für die Beschikkung erforderlichen, an entsprechende Bohrungen in den Funktionseinheiten (4)·anschließenden Kugellaufbohrungen (3) aufweist.

2. Beschickungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Funktionseinheiten (4).aus einem drehbaren Funktionselement (5)> einem Lagerstopfen (6) und einem durch letzteren geführten Antriebsteil (7) und der andere Teil aus einem unbewegbaren Funktionselement (8) mit einem Abschirmstopfen (9) besteht.

3· Beschickungsanlage nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsteile (7) gleichartig ausgebildet und mit außerhalb des Blockes (i) angeordneten ebenfalls gleichartig ausgebildeten Antriebsmotoren (15) kraft- oder formschlüssig verbunden sind.

h. Beschickungsanlage nach Anspruch 2, dadi/trch gekennzeichnet,

daß die Verbindung der Funktionselemente (5 bzw.8) mit den ·-■"" Lagerstopfen (6) bzw. mit den Abschirmstopfen (9) lösbar . ausgebildet und mit gleichen Verbindungselementen (1O bzw. - 11) hergestellt ist.

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5. Beschickungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennze1chnet, daß die Funktionseinheiten (4) je nach ihrem Bestimmungszwθeic zu Funktionsgruppen zusammengefaßt sind, wobei jede Funktion s~gruppe in einem gesonderten Block, z.B. Sammlerblock, (17) , Fb'rderblock, '-Verteilerblo-ek, untergebracht ist. - :'" ■ ■ ■

6. Beschickungsanlage nach Anspruch -1 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Blöcke (1 ) derart in eine Abschir·- mung eingebaut und an ihren Außenseiten gegen diese abgedichtet sind, daß eine gasdichte Absperrung gegen den Reaktorkern" hin entsteht", und daß die Antriebsmotoren (15) in

dem gegen den Reaktork&rn abgeschirmten Raum (16) liegen - und jederzeit zugänglich sind.

7· Beschickungsanlage nach. Anspruch 1 und 5» dadurch gekennzeichnet , .daß die in den einzelnen Blöcken (17) vorgesehenen Kugellaufbohrungen (26,27)' in Kugellaufrichtung gesehen im Bereich einer Verzweigung einen Winkel von 120 und im Bereich einer Zusammenführung einen linkel von 60 einschließen, wobei je drei in diesen Bereichen liegende Funktionseinheiten (22,23,24) ein gleichseitiges Dreieck bilden*

8. Beschickungsanlage nach den Ansprüchen ,1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Sackbohrungen (2) für die Funktionseinheiten (.4) je mit einem Flanschdeckel (ί·2 bzw. 13) abgeschlossen-sind und daß die Lagerstopfen (6) der drehbaren Funktipnselemente (5) sowie die Abschirmstopfen (9) der unbewegbaren Funktionselemente (8) zusätzlich und von'den - ~. Flanschdeckeln (l2 bzw. I3) unabhängig in den Sackbphrungen (2) befestigt sind. ~ .

9· Beschickungsanlage nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, . daß die Antrdebsmotoren (15) als Drehantriebe ausgebildet sind.

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10. Beschickungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Funktionsolemente (5) fliegend gelagert sind.

11. Beschickungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 10, ^^S:}IB^i3j^£hllS.P,> daß ^am Ende der Sackbohrungen (2) in unmittelbarer Nähe der Kugellaufbohrungen (3) einheitlich ausgebildete Anschläge (i9) vorgesehen sind, die mit entsprechend gestalteten Gegenstücken . (20) an den Funlctionselementen(5) zusammenwirken.

12. Beschicktmgsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadur_ch^ ^ekennr

daß eine Anzahl der drehbaren Funktionselemente

(5) als Weiche (21) ausgebildet ist, wobei das Funktionselement (5) einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal (28) mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, in den. unter einem Winkel von 60 in Kugellaufrichtung gesehen ein Stich kanal (29) gleichen Querschnitts eintritt und in dem gegenüber dem Kanaleintritt ein Umlenkbolzen (30) derart in einer Nut der Kanalwandung (31) angeordnet ist, daß eine durchlaufende Kugel nicht behindert ^md eine abzulenkende Kugel in die gewünschte Richtung- geleitet wird.

13· Beschickungsanlage nach den Ansprüchen 1, 2 und 12, jdadurch ge)c.eanzeichnet, daß das Funktionselement (8) unbewegbar angeordnet ist und als Sammler (24) fungiert.

■3.

i4. Beschi ckun^sanla^e nach Anspruch. 2, dadurch daß weitere drehbare Funktionselemente(5) als Dosierer (23) ausgebildet sind, wobei die Funktionselemente (5) mindestens einen Raum {36, 37) zur Aufnahme eines einzelnen kugelförmigen Betriebselementes sowie eine Sperre aufweisen, die das Betriebselement in das Funktionselement (5) eintreten, aber nicht durchtreten läßt.

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15· Be-schi ckungsanlage nach den Ansprüchen 9 und ik-, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drehantriebe für die als Dosierer (23) arbeitenden Funktionselemente (5) derart ausgebildet sind, daß • die Funktionselemente (5) Schwenkungen um 180 ausführen · können. . , _

1-6. Bös chi clrangsanlage nach Anspruch T K, da du r ch g eic en η zeichnet, daß die schwenkbaren Funktionselemente (23) einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal (38) mit kreisförmigem Querschnitt aufweisenj in dem:als Sperre Zwei senkrecht .zur Kanalachse und im gleichen Abstand vom Kanaleintritt und -anstritt angeordnete Bolzen (39>^-θ) vorgesehen sind, die sich in der Kanalwandung gegenüberliegen und teilweise in den Kanalquerschnitt ragen, so daß der Durchtritt der Betriebselemente, nicht aber der Durchbang von Fördergäs verhindert wird»

17« Beschickungsanlage nach Anspruch i6, dadxrrch gekenn ζ ei chn et, daß d-i e Bolzen (39>^O) parallel zur Drehachse (k2) der Funktionselemente (5)j aber unsymmetrisch zu dieser angeordnet sind derart, daß der in Drehrichtung der Funktionselemente (5) vor einem in den Kanal (38) eingetretenen Betriebselement liegende Bolzen (39) weiter in den Kanalquerschnitt ragt. . . . · :

18. Beschickungsanlage nach Anspruch 16, dadui-ch gekennzelchnet, daß die Funktionselemente (.23)- i"¹ Bereich des Kanals (38) eine Querschnittsverengung (4i) aufweisen.

19· Beschickungsanlage nach den Ansprüchen 1.4 und 15, dadurch ' gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Funktionselement .(-.22) zwei quer zur Drehachse der Funktionselemente (22) verlaufende und sich mit ihren Enden gegenüberliegende Sackbohrungen (32-,- 33) von solcher Größe aufweisen, daß jede Bohrung ein kugelförmiges Betriebselement aufnehmen kann.

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20. Beschickungsanlage nach Anspruch 191 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sackbohrungen unter dem gleichen Winkel schräg zu einer Durchmesserlinie der Funktionselemente (.22) verlaufen derart, daß ihre verlängerten Endflächen (34, 35) einen spitzen Winkel (^) miteinander einschließen.

21. Beschickungsanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der schwenkbaren Funktionselemente (5) mit Labyrinthabdichtungen ausgerüstet ist.

22. Beschickungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl der unbewegbaren Funktionselemente (25) als Träger für einen elektrischen Kugelzähler ausgebildet ist, wobei die Funktionselemente (25) einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal' (43) mit kreisförmigem Querschnitt sowie eine in der Kanalwandung vorgesehene Aussparung (44) zur Aufnahme einer ringförmigen Spule (45) aufweisen und wobei die mit den Funktionselementen (25) verbundenen Abschirmstopfen (9) eine Längsmit (46) für die Stromzuführung und -abführung (47) besitzen, die mit einer Aussparung (48) in dem Kugclzählerträger (25) in Verbindung steht.

23. Beschickungsanlage nach den Ansprüchen 8 tmd 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschdeckel (12) zum Abschluß der Sackbohrungen (2) eine Stromdurchführung aufweisen.

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