DE3916359A1 - Einrichtung zur horizontalen lagerung eingebuechster brennelemente - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur hori­ zontalen Lagerung von eingebüchsten, abgebrannten Brennelemen­ ten in unterirdischen Lagerräumen mit direkter bzw. indirekter Luftkühlung, vorzugsweise auf dem Gelände eines Kernkraftwerkes.

Die Lagerung abgebrannter Brennelemente stellt ein Problem dar, das in zunehmender Zahl und Alter von Kernkraftwerken laufend an Bedeutung gewinnt. Es sind daher schon verschiedentlich dies­ bezügliche Vorschläge gemacht worden. So wird z.B. in der deut­ schen Offenlegungsschrift 23 00 929 angeregt, das Brennelement­ lager auf dem Gelände eines Kernkraftwerkes zu installieren. Auch die horizontale Lagerung von abgebrannten Brennelementen wurde bereits vorgeschlagen, siehe E-PS 00 54 968.

Zum Stand der Technik sei weiterhin auf die DE-OS 35 00 981 verwiesen, in welcher eine senkrechte Lagerung der einge­ büchsten Brennelemente vorgeschlagen wird.

Eine senkrechte Lagerung der eingebüchsten Brennelemente be­ dingt aber Einrichtungen zum Aufrichten der in horizontaler Lage zugeführten Büchsen und damit einen verhältnismäßig gro­ ßen Raumbedarf, sowie Schleusen und ähnliche Abschirmmaßnah­ men beweglicher Art.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Lagereinrichtung zu finden, die bei relativ einfacher Bedienung mit einem wesent­ lich geringeren Raumbedarf auskommt. Dazu ist es abe erforder­ lich, besondere konstruktive Maßnahmen zu ergreifen, um die Brennelementbüchsen einzeln zu handhaben und in den Lagerraum einzubringen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für die gegenseitige Ab­ standshalterung der Brennelementbüchsen in einem Lagergestell sowie für die Zuführung derselben mit einer verfahrbaren Lade­ maschine Verkettungsglieder vorgesehen sind, die auf Auflager­ zapfen an den Stirnseiten der Brennelementbüchsen drehbar an­ bringbar sind.

Diese und weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung gehen aus einem Ausführungsbeispiel hervor, das in den Fig. 1 bis 9 näher dargestellt und erläutert wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in einem Querschnitt und einer Drauf­ sicht den grundsätzlichen Aufbau einer derartigen Lagereinrich­ tung. Das einzulagernde, abgebrannte Brennelement befindet sich in einer an sich bekannten Brennelementbüchse innerhalb eines speziellen Transportbehälters 1, der mit Hilfe eines Transport­ wagens 2 in die sogenannte Übergabezelle 28 eingebracht wird. Aus diesem Transportbehälter 1 wird die Brennelementbüchse 10 nach Öffnung des Verschlußdeckels in den eigentlichen Lagerraum 27 transportiert, von der dort befindlichen Lademaschine 47 ge­ faßt und in das Lagergestell 59 eingeführt. Bei diesem Vorgang wird die Brennelementbüchse 10 mit den bereits vorhandenen über ein spezielles Verkettungsglied 20 verbunden und damit eine si­ chere und geometrisch definierte Lageanordnung der Büchsen er­ reicht, was für eine gleichmäßige Kühlung derselben von beson­ derer Wichtigkeit ist.

Beim Einführen der Brennelementbüchse 10 in den Lagerraum 27 werden sogenannte Verkettungsglieder 20 mit Hilfe einer beson­ deren Vorrichtung 19 aufgebracht. Die Brennelementbüchsen sind zu diesem Zweck stirnseitig mit einem Auflagerzapfen 10 a ver­ sehen, mit denen sie auf die Trägerschienen 50 des Lagergestel­ les 59 aufgeschoben werden. Oberhalb der Übergabezelle 28 ist ein Beobachtungs- und Steuerungsraum 29 vorgesehen, von dem aus über Bleiglasfenster alle Einlagerungsvorgänge überwacht werden können.

Die Fig. 3 zeigt weitere Einzelheiten der Entnahme der Brennele­ mentbüchse 10 aus dem Transportbehälter 1. Dieser Transportbe­ hälter 1, der mit Hilfe des Transportwagens 2 auf einem Bahnge­ leise in die Übergabezelle 28 gefahren wurde, ist so ausgelegt, daß er einerseits die erforderliche Strahlungsabschirmung ge­ währleistet und andererseits einen mechanischen Aus- bzw. Ein­ schub der Brennelementbüchse 10 ermöglicht. Die Übergabezelle 28 ist vom Betriebspersonal begehbar und enthält zum Anschluß an den Lagerraum 27 einen Adapter 3, der strahlungsabschirmend ausgelegt ist. Der nachstehend beschriebene Funktionsablauf beim Entladen einer Brennelementbüchse 10 zeigt weitere Ein­ zelheiten.

Nach dem Einfahren des Transportbehälters 1 in die Entladepo­ sition wird ein strahlensicherer Formschluß zwischen Stirnseite 4 des Transportbehälters 1 und dem Adapterdichtring 5 herge­ stellt. Dieser Formschluß braucht nicht unbedingt gasdicht zu sein. Um Form- und Lagetoleranzen zwischen der Transportbehäl­ terstirnseite 4 und dem Adapter 3 auszugleichen, ist der Adap­ terdichtring 5 mit dem Adaptergrundkörper 3 über einen metalli­ schen Kompensator 6 flexibel verbunden. Nachdem anschließend eine mechanische und elektrische Verriegelung dieser Entlade­ position sichergestellt ist, wird der Behälterdeckel 7 um 90° nach oben geschwenkt.

Der Schleusenschieber 8, der zwischen der Übergabezelle 28 und dem Lagerraum 27 die Strahlungsabschirmung gewährleistet, wird aus seiner Verschlußposition ausgefahren und gibt somit den Transportkanal 9 für das Durchschleusen der Brennelementbüchse 10 frei. Diese wird mittels eines Zug- oder Schubmechanismus in die Position gebracht, in der zunächst über eine fernbedien­ te Vorrichtung 19 ein Verkettungsglied auf die vordere Stirn­ seite der Brennelementbüchse 10 und danach auf die hintere auf­ gesetzt wird.

Der bereits erwähnte Büchsenschubmechanismus besteht in diesem Beispiel aus motorisch angetriebenen Reibrollen 11, die mit ei­ nem Wellentrieb 12 miteinander verbunden sind. Der Antrieb er­ folgt von einem Getriebemotor aus, der auf einem Schlitten 13 gelagert ist und in die Antriebsposition geschoben wird. In dieser wird das Antriebsdrehmoment über eine Steckkupplung 14 auf den Antriebszapfen 15 des Transportbehälters 1 übertragen.

In Fig. 4 sind in einer Vorder- und einer Seitenansicht der Lagerraum 27 mit dem darin enthaltenen Lagergestell 59 darge­ stellt. Letzteres besteht aus den übereinander angeordneten Trägerschienen 50, die an Vertikalstützen 51 befestigt sind. In diesem Lagerraum 27 sind zwei nebeneinander angeordnete Lager­ gestelle 59 angeordnet, die nacheinander von der hier nicht dar­ gestellten Lademaschine mit Brennelementbüchsen 10 bestückt wer­ den können. Die Verbindung der Lagergestelle mit der umfassen­ den Betonkonstruktion geschieht über elastische horizontale Be­ festigungen 54, die als Schutz gegen evtl. auftretende Erdbeben­ kräfte vorgesehen sind. Weitere Horizontalträger 52 sichern wei­ terhin die genaue Maßhaltigkeit bei evtl. derartigen Ereignissen.

Die Fig. 5 zeigt die Aufsteckvorrichtung 19 für die Verket­ tungsglieder 20, desgleichen die Fig. 6 in einer vergrößerten Darstellung die Halterung eines Verkettungsgliedes 20 in dieser Vorrichtung, die im wesentlichen aus einem schwenkbaren Aufsteck­ arm 28 besteht. Die Verkettungsglieder 20 werden manuell einge­ legt und dabei auf einen Zapfen 18 a mit ihrer Öse 16 aufgesteckt. Zur Halterung in dieser Lage ist ein Klemmbacken 21 vorgesehen, der über einen hydraulischen Zylinder 22 betätigt wird. Wenn die Brennelementbüchse 10 beim Einfahren in den Lagerraum 27 die jeweilige Aufsteckposition erreicht hat, schwenkt der Auf­ steckarm 18 nach unten und setzt das Verkettungsglied 20 auf den Lagerzapfen 10 a der Brennelementbüchse 10 ab. Zur Sicherung der Verbindung ist eine Spannhülse 23 vorgesehen, die ebenfalls hydraulisch (24) eingeschoben wird.

Diese Spannhülse 23 wird bereits vor dem Aufsetzen des Verket­ tungsgliedes von Hand in dieses eingesetzt.

Bei der Rückholung der Brennelementbüchsen nach abgelaufener Lagerzeit oder bei einem evtl. auftretenden Defekt wird die Spannhülse 23 über die Hydraulik 24 herausgedrückt, wobei der Stößel dieser Hydraulikeinrichtung so dimensioniert ist, daß er durch die Bohrung im Verkettungsglied 20 paßt.

Nach Beendigung des Aufsetzvorganges schwenkt der Träger 18 des Verkettungsgliedes 20 in der dargestellten Weise nach unten weg, so daß die Brennelementbüchse 10 nach ihrem Weitertrans­ port bis zur Lademaschine von dieser erfaßt und weitertranspor­ tiert werden kann.

Die Lademaschine ist in einer Seitenansicht in Fig. 7 darge­ stellt. Sie kann gemäß Fig. 2 auf der Bahn 25 verfahren werden und nach Öffnung des beweglichen Abschirmblockes 26, z.B. zu Überholungsarbeiten, in die Übergabezelle 28 überführt werden. Sie besteht aus zwei entsprechend der Brennelementbüchsenlänge starr miteinander verbundenen, gleichartigen Teilen, damit die Brennelementbüchse 10 an beiden Auflagerzapfen 10 a gleichmäßig gefaßt und bewegt werden kann.

Die Übernahme der Brennelementbüchse 10 geschieht dabei über die sogenannte Einlaufrinne 35, die mit Antriebsrollen 46 für die Weiterführung der Brennelementbüchse versehen ist. Diese Rollen sind über einen Gelenkantrieb mit dem Antriebsmotor 41 verbunden. Sobald die Brennelementbüchse in der Einlaufrinne 35 ihre Endstellung erreicht hat, schwenkt sie diese, wie darge­ stellt, nach oben, so daß die Einschubkonsole 34, wie auch in Fig. 8 dargestellt, mit ihrem Aufnahmezapfen 34 a in die Öse am Verkettungsglied 20 eingreift und das Gewicht der Brennelement­ büchse 10 übernimmt. Weitere Einzelteile der Lademaschine sind wie folgt bezeichnet. Der Grundrahmen mit 30, er trägt ein obe­ res Fahrwerk 32 und ein unteres Fahrwerk 31, das auf der unte­ ren Fahrschiene 40 läuft. Der Fahrantrieb ist mit 45 bezeichnet, der Hubantrieb mit 44 und der Einschubantrieb für die Einschub­ konsole 34 mit 43. Für den Hubvorgang der Einschubkonsole ist eine Hubspindel 36 mit einer Kugelumlaufbüchse 37 vorgesehen. Die vertikale Führung ist mit 38 bezeichnet. An der Decke des Lagerraumes befindet sich die obere Führungsschiene, die mit dem oberen Fahrwerk 32 in Eingriff steht.

Jeder der erwähnten Antriebe ist mit einem Wellenstumpf ver­ sehen, der beim Störfall fernbedient betätigt werden kann, so daß damit auch die Rückholbarkeit der Lademaschine in die Über­ gabezelle 28 gewährleistet ist.

Der von der Lademaschine durchgeführte Übergabevorgang für die Brennelementbüchsen in das Lagergestell 59 geschieht nach Fig. 8 in den mit den Ziffern I-V bezeichneten Einzelschritten.

I: Hier ist die Ausgangslage dargestellt. Die Hubkonsole 34 hat über das Verkettungsglied 20 die Brennelementbüchse A (10) auf­ genommen. Im Lagergestell befinden sich auf der Trägerschiene 50 bereits die Brennelementbüchsen B und C. Der Zapfen 17 am Verkettungsglied der Büchse B steht dabei in Eingriff mit einer Nut 58 der Führungsleiste 57. Diese ist starr mit der Träger­ schiene 50 verbunden, wie es in der Draufsicht in Fig. 9 darge­ stellt ist.

II: Die Einschubkonsole 34 fährt nach vorwärts, bis Zapfen 17 am Verkettungsglied über die Öse 16 am Verkettungsglied 20 der Brennelementbüchse B zu stehen kommt.

III: Nun senkt sich die Einschubkonsole 34 ab, der Zapfen 17 kommt in Eingriff mit der Öse 16 und drückt dieses Verkettungs­ glied nach unten, bis das Verkettungsglied der Brennelementbüch­ se B mit seinem anderen Ende am Anschlag 60, der mit der Füh­ rungsleiste 57 verbunden ist, in Berührung kommt. Der vorher mit der Nut 58 im Eingriff gestandene Zapfen 17 ist nunmehr frei, so daß nun beim nächsten Schritt

IV: die Einschubkonsole horizontal so weit fährt, bis die auf­ gelagerte Brennelementbüchse auf der Trägerschiene 50 zu liegen kommt und dabei die bereits auf dieser Schiene befindlichen Brennelementbüchsen um eine Teilung weiterschiebt. Nunmehr ist die Brennelementbüchse A in der gleichen Lage wie die Brennele­ mentbüchse B bei Schritt I.

V: Nunmehr senkt die Lademaschine die Schubkonsole 34 ab, so daß diese außer Eingriff mit dem bisher gefaßten Verkettungs­ glied 20 gerät und sich in die Ausgangsstellung zurückzieht. Sie ist zur Aufnahme einer neuen Brennelementbüchse bereit, so daß sich damit dann der geschilderte Vorgang wiederholen kann.

Für die Rückholung der Brennelementbüchsen fährt die Einschub­ konsole 34 in die in IV dargestellt Lage, und sie zieht die da­ mit gefaßte Brennelementbüchse A zurück. Die nächste Brennele­ mentbüchse wird damit mitgenommen und erreicht dann die Aus­ gangsstelle nach Schritt I.

Eine Draufsicht der Verkettungsanordnung zeigt die Fig. 9. Hier­ aus ist zu sehen, wie die Trägerschiene 50 mit den Führungslei­ sten 54 an die Vertikalstützen 51 befestigt sind. Zur besseren Führung und zum Schutz gegen ein evtl. Abgleiten sind die Auf­ lagerzapfen 10 a an den Brennelementbüchsen 10 mit einem Bund versehen. Es ist dabei zweckmäßig, die Auflagefläche des Ver­ kettungsgliedes 20 mit einem Kohlelager 56 zu versehen, damit ein Fressen mit Sicherheit verhindert werden kann.

Abschließend sei erwähnt, daß selbstverständlich Abweichungen von den geschilderten Konstruktionsmerkmalen möglich sind, wenn damit der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung gewährleistet bleibt.

Claims (5)

1. Einrichtung zur horizontalen Lagerung von eingebüchsten, abgebrannten Brennelementen in unterirdischen Lagerräumen mit direkter bzw. indirekter Luftkühlung, vorzugsweise auf dem Ge­ lände eines Kernkraftwerkes, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die gegenseitige Abstandshalterung der Brennelementbüchsen (10) in einem Lagergestell (59) sowie für die Zuführung derselben mit einer verfahrbaren Lademaschi­ ne (47) Verkettungsglieder (20) vorgesehen sind, die auf Auf­ lagerzapfen (10 a) an den Stirnseiten der Brennelementbüchsen (10) drehbar anbringbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verkettungsglieder (20) radial ge­ sehen auf der einen Seite mit einer Öse (16) und auf der an­ deren Seite mit einem in die Öse (16) des benachbarten Ver­ kettungsgliedes (20) eingreifenden Zapfen (17) versehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verkettungsglieder (20) im Zuge des Transportes der Brennelementbüchsen (10) aus einer Übergabe­ zelle (28) in den Lagerraum (27) mit einer fernbedienten Vor­ richtung (19) auf die Auflagerzapfen (10 a) aufgesetzt und dort über hydraulisch betätigbare sowie auch lösbare Sperrelemente, wie z.B. Spannhülsen (23), gesichert werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lademaschine (47) aus zwei vertika­ len gleichartigen Teilen besteht, die entsprechend der Länge der Brennelementbüchsen (10) starr miteinander verbunden sind und gleichlaufende Antriebe für die Höheneinstellung und den horizontalen Vorschub der die Brennelementbüchsen (10) bewegen­ den Einschubkonsole (34) besitzen, sowie mit einer Einlaufrinne (35) und darin enthaltenden Antriebsrollen (46) für die aufzu­ nehmenden Brennelementbüchsen (10) ausgerüstet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lagergestell (59) aus biegesteifen Trägerschienen (50) für die Brennelementbüchsen (10) mit daran befestigten Führungsleisten (57) für die Verkettungsglieder (20) besteht und die Trägerschienen (50) übereinander in durch die Größe der Brennelementbüchsen (10) in bestimmten Abständen an Vertikalstützen (51) befestigt sind.