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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
Positionieren eines Werkzeugs in einem Behälter und
insbesondere in einem Behälter, der wenigstens teilweise
durch die Wand einer Komponente eines Kernreaktors
begrenzt ist.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine
Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeugs im Wasserkasten
eines Druckwasser-Kernreaktors.
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Die Dampfgeneratoren von Kernreaktoren und insbesondere
von Druckwasser-Kernreaktoren sind Wärmetauscher, deren
zwei Austauschfluide aus Wasser gebildet sind. Die Wärme
wird von einem mit Druck beaufschlagten Primärfluid an
ein Sekundärfluid übertragen. Das Sekundärfluid wird in
Dampf umgeformt, der zum Antreiben einer Turbine
verwendet wird. Das Primärkühlmittel, das vom Reaktorbehälter
kommt, tritt in den Dampfgenerator über ein Einlaßrohr
des Wasserkastens ein, das mit dem heißen Abschnitt des
Primärkreises verbunden ist. Das kühlende Fluid
zirkuliert durch die Röhren des Bündels des Wärmetauschers
(zwischen 3000 und 15000 Röhren), die die Wärme durch
ihre Wände an das Sekundärfluid übertragen. Das
Primärkühlmittel verläßt den Dampfgenerator durch ein
Auslaßabteil des Wasserkastens. Die Enden der Röhren des
Wärmetauschers verlaufen durch eine Röhrenplatte großer Dicke,
in der sie befestigt sind. Die Röhren und die
Röhrenplatte bilden die Trennwand zwischen dem Primärkühlmittel
und dem Sekundärfluid. Das Sekundärfluid zirkuliert durch
die zylindrische Kammer, die die Röhren des Bündels des
Wärmetauschers umgibt.
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Die Vorschriften und Normen, die für die Nuklearindustrie
gelten, erfordern, daß die Wärmetauscherröhren in einem
Dampfgenerator in regelmäßigen Intervallen untersucht
werden. Darüber hinaus können einzelne Röhren in
Abhängigkeit von den Prüfergebnissen repariert oder außer
Dienst genommen werden. Der Zugang zu den Röhren erfolgt
durch Öffnungen, die durch die Wand des Einlaßabteils und
des Auslaßabteils des Wasserkastens des Dampfgenerators
verlaufen, wobei diese Öffnungen Mannlöcher genannt
werden.
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Die Oberflächen der Abteile des Wasserkastens sind durch
radioaktive Substanzen kontaminiert.
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Wegen der Intensität der Strahlung und der Kontamination
innerhalb der Abteile des Wasserkastens ist es notwendig,
bei einem Eindringen von Bedienungspersonen in die
Abteile des Wasserkastens Sicherheitsmaßnahmen zu treffen.
Diese Vorsichtsmaßnahmen umfassen insbesondere die
Verwendung von Schutzkleidungen und von Atemgeräten sowie
Eindringzeiten, die so kurz wie möglich sind.
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Aufgrund dieser Forderungen und der Suche nach Mitteln,
die zulassen, daß das Bedienungspersonal der Strahlung so
begrenzt wie möglich ausgesetzt wird, sind die
Wartungsfirmen im Gebiet der Dampfgeneratoren dazu gezwungen
worden, Fernmanipulatoren zu verwenden, um Reparatur- und
untersuchungsoperationen innerhalb der Dampfgeneratoren
auszuführen.
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Das angestrebte Hauptergebnis bei Verwendung eines
Fernmanipulators in einem Dampfgenerator besteht darin, daß
das Bedienungspersonal der Strahlung so begrenzt wie
möglich ausgesetzt ist. Dieses Ergebnis wird durch eine
Konstruktion eines Fernmanipulators erhalten, dessen
Installation im Dampfgenerator und dessen Entnahme aus
dem Dampfgenerator ferngesteuert und in der Weise
ausgeführt werden, daß die Möglichkeit besteht, die
Werkzeugköpfe zu wechseln, ohne daß sich Bedienungspersonal durch
die Mannlochöffnung bewegen muß.
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Andere Ergebnisse, die ebenfalls angestrebt werden,
beziehen sich auf die genaue Positionierung des Werkzeugs
und auf seine Ausrichtung auf die Achse jeder der
Positionen der Röhren sowie auf die Festigkeit und Starrheit
des Trägers, wenn verschiedene Reparaturoperationen
ausgeführt werden, die Geschwindigkeit, mit der das
Werkzeug angeordnet werden kann, die Zuverlässigkeit und
die Entwurfseigenschaften, die eine Verschlechterung
verhindern, so daß eine mögliche Beschädigung des
Dampfgenerators verringert werden kann.
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Es sind verschiedene Typen von Manipulatoren bekannt.
Manipulatoren, die hydraulisch gesteuert werden, besitzen
bestimmte Vorteile hinsichtlich des
Festigkeits/Gewichts-Verhältnisses. Die Gefahren eines Auslaufens
von Hydraulikfluid in den Dampfgenerator haben jedoch die
Verwendung solcher Systeme begrenzt. Die verwendeten
elektrischen oder pneumatischen Vorrichtungen können im
allgemeinen in die folgenden Kategorien klassifiziert
werden: Wartungsspinnen, Vorrichtungen, die an einem Mast
angebracht sind, oder Vorrichtungen, die im Bereich eines
Mannlochs angebracht sind.
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Wartungsspinnen sind so beschaffen, daß sie von der
Röhrenplatte herabhängen und sich unter dieser
Röhrenplatte bewegen. Dieser Entwurf besitzt den Nachteil
niedriger Geschwindigkeiten. Er ist darüber hinaus in dem
Fall ungeeignet, in dem zahlreiche Röhren versperrt
werden, so daß verhindert wird, daß einer oder mehrere
Finger in die Röhrenplatte eingreifen. Es besteht
außerdem die Gefahr, daß die Vorrichtung von der Röhrenplatte
herabfällt. Vorrichtungen, die an einem Mast angebracht
sind, sind so beschaffen, daß sie ausgehend von einem
Mast arbeiten, der zwischen die Röhrenplatte und den
schalenförmigen Boden des Wasserkastens des Generators
eingefügt ist. Der Mast verhindert den Zugang zu
bestimmten Röhren und muß bewegt werden, um den Zugang zu diesen
Röhren zu ermöglichen. Die Installation des Manipulators
und Werkzeugwechsel sind ebenfalls schwer auszuführen und
erfordern, daß das Bedienungspersonal wenigstens
teilweise in den Generator eindringt, wodurch es vermehrt der
Strahlung ausgesetzt wird.
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Die Probleme in Verbindung mit Manipulatoren, die im
Bereich eines Mannlochs angebracht sind, umfassen eine
besonders geringe Festigkeit, ein begrenztes Hubvermögen,
die Zerstörung des Mannlochs, eine begrenzte vertikale
Bewegung und den Bedarf an Bedienungspersonen, die in den
Dampfgenerator eindringen, um Werkzeugwechsel
vorzunehmen.
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Um diese Nachteile zu beseitigen oder zu begrenzen, ist
die Verwendung von Fernmanipulatoren vorgeschlagen
worden, die im Bereich einer Durchgangsöffnung oder eines
Mannlochs befestigt werden und einen Träger enthalten,
der auf dem schalenförmigen Boden des Wasserkastens
aufruht.
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Fernmanipulatoren dieses Typs sind beispielsweise
beschrieben in FR-A-2,626,807, EP-A-0,003,109 und
EP-A-0, 124,824.
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Der in der FR-A-2,626,807 beschriebene Fernmanipulator,
der einen angelenkten Arm enthält, der vier
Freiheitsgrade besitzt, ist so beschaffen, daß sich das das
Werkzeug tragende Ende des Arms durch das Mannloch in der
Wand des Wasserkastens in den Bereich, in dem der Träger
des Fernmanipulators befestigt ist, zurückbewegen kann.
Werkzeugwechsel können daher außerhalb des Wasserkastens
vorgenommen werden.
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Der angelenkte Arm des Fernmanipulators, der mit seinem
Ende, das sich gegenüber dem das Werkzeug tragenden Ende
befindet, mit einem Bodenflansch verbunden ist, ist
mittels des Bodenflanschs an einem in den Behälter
eingeführten Träger so angebracht, daß sich der Bodenflansch
in einer festen Position auf dem Träger befindet.
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Dies führt zu verschiedenen Schwierigkeiten bei der
Anbringung des Fernmanipulators innerhalb des
Wasserkastens, wenn sich die Bedienungspersonen nicht wenigstens
teilweise durch das Mannloch bewegen.
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Ferner gibt die feste Position des Bodenflansches am
Träger Anlaß zu Schwierigkeiten beim Entwurf eines
ange- -lenkten Arms, der sowohl das Werkzeug an sämtliche
Positionen der Röhren des Dampfgenerators führen kann und
sich durch die Öffnung des Mannlochs zurückbewegen kann,
um Werkzeugwechsel außerhalb des Wasserkastens
auszuführen.
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In der US-A-4.168.782 ist ein Femzugriffnanipulator für
die Ausführung von Operationen in einem nuklearen
Dampfgenerator beschrieben, der einen im Dampfgenerator
befindlichen Unterschlitten und einen in einem
maßstäblichen Modell des Dampfgenerators befindlichen
Hauptschlitten, der mit dem Unterschlitten verbunden ist, um die
Bewegung des Unterschlittens im Dampfgenerator zu
steuern, enthält. Ein Untermanipulatorarm wird dazu
verwendet, den Unterschlitten so zu bewegen, daß er eine
Operation im Dampfgenerator ausführt, und wird durch einen
Hauptmanipulatorarm gesteuert, der den Hauptschlitten im
maßstäblichen Modell bewegt. Eine Grundfläche der
Manipulatorarme
kann auf einer Bahn zwischen einer inaktiven
Position außerhalb des Dampfgenerators (oder Modells) und
einer aktiven Position in Dampfgenerator (oder Modell)
angeordnet sein. Eine solche Vorrichtung ist komplex und
erfordert die Verwendung eines maßstäblichen Modells des
Dampfgenerators und eines Hauptmanipulators. Darüber
hinaus enthält die Untervorrichtung keine Einrichtung für
die genaue Positionierung des Manipulatorarms im
Dampfgenerator, um ein vom Arm getragenes Werkzeug auf eine
Achse einer Röhre des Dampfgenerators auszurichten.
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Allgemeiner war keine Vorrichtung zum Positionieren eines
Werkzeugs in einem Behälter, der durch eine Wand mit
Öffnung begrenzt ist, bekannt, die in einfacher Weise
angeordnet und betrieben werden konnte und
Werkzeugwechsel zuließ, ohne daß sich eine Bedienungsperson auch nur
teilweise durch die die Öffnung der Wand äußerlich
begrenzende Ebene hindurch bewegt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung zum
Positionieren eines Werkzeugs in einem Behälter zu
schaffen, welches durch eine Wand mit Öffnung begrenzt ist,
mit einem Träger, der mit einer Einrichtung für seine
Befestigung an der Wand im Bereich der Öffnung sowie mit
einer Einrichtung für seine Abstützung auf einem Boden
des Behälters ausgerüstet ist, und einem Fernmanipulator,
der aus einem angelenkten Arm mit vier Freiheitsgraden
besteht, der an einem seiner Enden mit einem vom Träger
getragenen Bodenflansch verbunden ist, wobei diese
Vorrichtung einfach angeordnet werden kann und so verwendet
werden kann, daß sie ein Werkzeug in irgendeinen Bereich
des Behälters bringen kann, ohne daß sich eine
Bedienungsperson durch die die Öffnung der Wand äußerlich
begrenzende Ebene hindurch bewegen muß.
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Hierzu ist der Arm am Bodenflansch drehbar angebracht und
enthält der Bodenflansch ferngesteuerte
Antriebseinrichtungen und Führungseinrichtungen, die mit den
Führungseinrichtungen und den Einrichtungen zum Antreiben des
Trägers zum Bewegen des Bodenflansches im Behälter
zwischen einer Position in der Nähe der Öffnung und einer
entfernten Position zusammenwirken sollen, wobei der
Träger ferner eine Einrichtung zum Anhalten und
Verriegeln des Bodenflansches in wenigstens einer
Zwischenposition zwischen der Position in der Nähe der Öffnung und
der entfernten Position sowie einen Ausleger enthält, auf
dem ein die Einrichtung zum Führen des Bodenflansches
tragender Tisch mittels einer Bewegungseinrichtung
angebracht ist, die den Tisch auf dem Ausleger um eine
Längsachse des Tisches schwenkt.
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Die Werkzeugpositionierungsvorrichtung kann vorzugsweise
einen schwenkbaren, einklappbaren Fuß enthalten, der am
Träger befestigt ist und auf dem Boden des Behälters
aufruhen soll, wenn die Positionierungsvorrichtung in
Betrieb genommen wird.
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Ebenfalls vorzugsweise enthält die
Werkzeugpositionierungsvorrichtung eine Werkzeugladebaueinheit, die lösbar
am Träger befestigt werden kann, um den Träger in den
Behälter einzuführen.
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Die Werkzeugpositionierungsvorrichtung kann ferner eine
Bewegungsbaueinheit enthalten, die lösbar am Träger
befestigt werden kann und so beschaffen ist, daß sie den
Bodenflansch des Fernmanipulatorarms aufnehmen kann, um
den Bodenflansch und den Arm in den Behälter zu bewegen,
wenn sich der Träger im Behälter befindet, so daß sich
der Bodenflansch und der Arm einem Ende des Trägers
annähern.
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Vorzugsweise ist der Fernmanipulatorarm ein angelenkter
Arm mit vier Freiheitsgraden mit anthropomorpher
Beschaffenheit, der in einer Konfiguration verwendet wird, in
der sich der Ellbogen in der oberen Position befindet.
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Der Manipulatorarm kann einen ersten Abschnitt, der den
Rumpf und die Schulter des Arms umfaßt, sowie einen
zweiten Abschnitt, der den Ellbogen und das Handgelenk
umfaßt, enthalten. Um den Arm im Behälter anzuordnen,
kann der erste Abschnitt des Arms, der den mit dem
Bodenflansch verbundenen Rumpf und die Schulter umfaßt, auf
der Bewegungsbaueinheit, die mit dem Träger verbunden
ist, angeordnet und während einer ersten Periode durch
die Öffnung in den Behälter eingeführt werden, wobei der
Bodenflansch eine Antriebseinrichtung enthält. Wenn sich
das Ende des Rumpf/Schulter-Abschnitts des Arms im
Bereich der Öffnung befindet, wird der zweite Abschnitt,
der den Ellbogen und das Handgelenk des Arms umfaßt, am
ersten Abschnitt befestigt. Die beiden zusammengefügten
Abschnitte werden dann durch die Bewegungseinrichtung
bewegt, bis sie den Träger erreichen. Die
Bewegungsbaueinheit kann dann vom Träger getrennt werden.
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Das Ende des Arms, das das Werkzeug aufnimmt, kann dann
in der Weise bewegt werden, daß es sich durch die Öffnung
des Behälters zurückbewegt, um so das Werkzeug
anzubringen, das für die Ausführung des Eingriffs im Behälter
notwendig ist.
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Die Einrichtungen des elektrischen oder pneumatischen
Typs für den Antrieb der Positionierungsvorrichtung
werden über Kabel mit Leistung versorgt und
ferngesteuert.
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In dem Fall, in dem der Arm zwei Abschnitte enthält, die
zusammengefügt und zerlegt werden können, kann der den
Ellbogen und das Handgelenk umfassende zweite Abschnitt
eine direkte elektrische und pneumatische
Kopplungseinrichtung enthalten, um die Verwendung von Stronkabeln für
das Werkzeug zu vermeiden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun anhand
eines nicht beschränkenden Beispiels und mit Bezug auf
die beigefügten Figuren eine Ausführungsform einer
Positionierungsvorrichtung gemäß der Erfindung und deren
Funktionsweise für die Positionierung eines Werkzeugs
beschrieben.
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Fig. 1 ist eine allgemeine Ansicht, die die Vorrichtung
gemäß der Erfindung zeigt, nachdem sie im Wasserkasten
eines Dampfgenerators angeordnet worden ist.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht einer Werkzeugladebaueinheit
der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 3 ist eine Ansicht, die einen in Verbindung mit der
Werkzeugladebaueinheit und der Bewegungsbaueinheit der
Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten
Verriegelungsstift zeigt.
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Fig. 4 ist eine Seitenansicht längs 4-4 von Fig. 5 der
Bewegungsbaueinheit der Positionierungsvorrichtung gemäß
der Erfindung.
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Fig. 5 ist eine Draufsicht eines Teils der
Bewegungsbaueinheit der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 6 ist eine Stirnansicht längs 6-6 von Fig. 5 der in
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Fig. 5 gezeigten Bewegungsbaueinheit.
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Fig. 7 ist eine Seitenansicht des Trägers der Vorrichtung
gemäß der Erfindung.
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Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Arms der Vorrichtung
qemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist die Positionierungsvorrichtung gemäß der
Erfindung allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Die Werkzeugpositionierungsvorrichtung 10 enthält einen
Träger 12, einen Arm 14, eine Werkzeugladebaueinheit 16
(Fig. 2) und eine Bewegungsbaueinheit 18 (Fig. 4 bis 6).
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Der Träger 12 kann genauer in Fig. 7 betrachtet werden.
Der Träger 12 ist aus einem Tisch 20 und einem Ausleger
22 aufgebaut. Der Tisch 20 ist mit einem seiner Enden mit
dem Ausleger 22 verbunden. Der Ausleger 22 verlängert den
Tisch 20 nach unten und bildet mit dem Tisch einen
Winkel. Der mittlere Teil des Auslegers 22 weist eine
Krümmung auf, so daß der untere Teil des Auslegers 22 in
einem größeren Winkel als der obere Teil nach unten
geneigt ist. Das Ende des unteren Teils des Auslegers 22
enthält eine Einrichtung zum Befestigen des Trägers 12 an
der durch das Mannloch 24 eines Dampfgenerators 26
gebildeten Öffnung. Am unteren Ende des Auslegers 22 ist
senkrecht zum Ausleger eine Platte 28 befestigt. Die
Platte 28 enthält eine Öffnung, durch die ein
Befestigungsbolzen 30 verläuft. Wie in Fig. 1 ersichtlich ist,
ruht der untere Teil des Auslegers 22 dann, wenn der
Träger 12 am Dampfgenerator 26 angebracht ist, an der
Innenwand des Mannlochs 24 auf, wobei sich die Platte 28
an der Außenkante des Mannlochs 24 abstützt. Der
Befestigungsbolzen 30 wird in eine der Gewindebohrungen
geschraubt, die in der Wand des Dampfgenerators 26 und des
Mannlochs 24 vorgesehen sind und für die Befestigung der
Mannlochabdeckung verwendet werden, bevor der
Dampfgenerator wieder in den Normalbetrieb versetzt wird. Es sind
Einrichtungen vorgesehen für die Schaffung eines
Abstützträgers in Form einer Bauemheit mit einklappbarem Fuß
32, der zum Träger 12 komplementär ist, wenn er sich im
Dampfgenerator 26 befindet.
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Fig. 1 zeigt die Bauemheit 32 in ihrer ausgeklappten
Abstützposition. Fig. 7 zeigt die Bauemheit 32 in ihrer
eingefahrenen Position. Eine Feder 34 wird dazu
verwendet, die Bauemheit 32 während des Einführens des Trägers
12 in den Dampfgenerator und während des Herausnehmens
des Trägers aus dem Dampfgenerator in ihrer eingefahrenen
Position zu halten. Wenn der Träger 12 in den
Dampfgenerator 26 eingeführt worden ist, wird die Bauemheit 32
unter Verwendung eines Motors, der nicht gezeigt ist,
abgesenkt, so daß sich die Bauemheit in einer
ausgeklappten Abstützposition befindet, wobei ihr unterer Teil
mit dem Boden des Wasserkastens des Dampfgenerators 26 in
Kontakt ist. In der beschriebenen bevorzugten
Ausführungsform ist die Feder 34 so beschaffen, daß sie in dem
Zeitpunkt, in dem der Fuß der Bauemheit 32 vollständig
ausgeklappt ist, in einer entspannten Konfiguration ist.
Somit kann ein einziger Motor verwendet werden, um das
Ausklappen und Einklappen des Fußes der Bauemheit 32 zu
erhalten. Das Bein 36 der Bauemheit 32 kann auch in
Teleskopform hergestellt sein, um eine relative Bewegung
zur Bauemheit 32 zu erhalten.
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Wie insbesondere in Fig. 7 ersichtlich ist, ist am Träger
12 im Bereich des Übergangs zwischen dem Tisch 20 und dem
Ausleger 22 oder in dessen Umgebung die Bauemheit mit
einem Stützfuß 32 schwenkbar angebracht.
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Der Tisch 20 enthält ein Paar von seitlichen Schienen 38,
eine auf jeder seiner Seiten. Jede der seitlichen
Schienen 38 enthält einen horizontalen Teil, der sich nach
innen in Richtung zur Mitte des Tisches 20 erstreckt. Die
seitlichen Schienen 38 stellen das Halten und das Führen
des Manipulatorarms 14 über seinem Bodenflansch sicher,
wie später erläutert wird.
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Die seitlichen Schienen 38 enthalten ein erstes Ende in
der Umgebung des Übergangs zwischen dem Ausleger 22 und
dem Tisch 20, das in die Umgebung der Öffnung des
Mannlochs 24 gelangen soll, wenn der Träger 12 im
Wasserkasten des Dampfgenerators 26 angeordnet wird, sowie ein
zweites Ende, das von der Mannlochöffnung 24 entfernt ist
(siehe Fig. 1).
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Der Träger 12 enthält eine Einrichtung 12' zum Anhalten
und Verriegeln des Bodenfiansches, auf dem der Arm 14
angebracht ist, in wenigstens einer Zwischenposition
zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der
Schienen 38 zum Führen des Bodenfiansches des Arms 14.
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Der Träger 12 enthält eine Einrichtung zum Befestigen der
Werkzeugladebaueinheit 16 und der Bewegungsbaueinheit 18
in Form von Befestigungspunkten 40 und 42.
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Ein erster Befestigungspunkt ist aus einem Paar von
Zylindern aufgebaut, die beiderseits des Tisches 20
angebracht sind und jeweils eine axiale Öffnung
aufweisen. Ein zweiter Befestigungspunkt 42 ist aus einem Paar
von an der Platte 28 befestigten Flanschen aufgebaut,
wovon jeder eine querverlaufende Öffnung 46 aufweist.
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Die Werkzeugladebaueinheit 16 kann am Träger 12 in der
Weise befestigt sein, daß sie den Träger 12 im
Dampfgenerator 26 anordnen kann, ohne daß sich eine
Bedienungsperson auch nur teilweise durch das Mannloch 24 in den
Dampfgenerator begeben muß. Wie in Fig. 2 gezeigt ist,
ist die Werkzeugladebaueinheit aus einem Rahmen 48 mit
einer im allgemeinen rechtwinkligen Form (in der
Draufsicht) mit tragenden Querelernenten 50A, 50B, 50C und 50D
aufgebaut. Das tragende Querelement 50D enthält Zapfen
52, die an jedem seiner Enden nach außen vorstehen. Die
Zapfen 52 sind so bemessen, daß sie in axialen Öffnungen
44 in der Frontplatte 41 des Trägers 12, die einen
Befestigungspunkt 40 bilden, aufgenommen werden können. Das
tragende Querelement 50C umfaßt ein Paar von Flanschen
54, die sich in Längsrichtung vom Querelement erstrecken.
Die Flansche 54 enthalten koaxialen angeordnete Öffnungen
56. Die Öffnungen 56 sind so bemessen, daß sie jeweils
einen Stift aufnehmen können, wie er in Fig. 3 gezeigt
ist. Der Stift 58 kann eine flexible Verbindung 60
aufweisen, die mit ihm verbunden ist, um seine Entnahme aus
den Öffnungen 56 zu erleichtern und um einen Verlust oder
eine Abtrennung des Werkzeugs zu vermeiden. Die Öffnungen
46 in den Flanschen 42 am Träger 12 sind so bemessen, daß
sie Stifte 58 aufnehmen können. Die
Werkzeugladebaueinheit 16 ist so bemessen und beschaffen, daß die Öffnungen
56 in den Flanschen 54 auf die Öffnungen 46 in den
Flanschen 42 des Trägers 12 koaxial ausgerichtet sind, wenn
die Zapfen 52 in die Öffnungen 44 der Frontplatte 41
eingeführt sind. Das Einführen eines Stifts 58 in die
Öffnungen 46 und 56 erzeugt daher die Verriegelung der
Werkzeugladebaueinheit 16 am Träger 12. Eine
Bedienungsperson kann somit Handgriffe 62 an der
Werkzeugladebaueinheit 16 verwenden, um den Träger 12 durch das Mannloch
24 in den Dampfgenerator 26 einzuführen, um die Platte 28
an der Außenkanten des Mannlochs 24 anzuordnen und um den
Träger 12 am Dampfgenerator 26 zu befestigen, ohne sich
physikalisch durch die äußere Ebene des Mannlochs 24 zu
bewegen.
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Nachdem der Träger 12 am Dampfgenerator befestigt worden
ist, wird die flexible Verbindung 60 dazu verwendet, den
Stift 58 aus den Öffnungen 46 und 56 zu entnehmen. Die
Werkzeugladebaueinheit 16 wird somit vom Träger 12
getrennt, woraufhin die Bewegungsbaueinheit 18 in der
gleichen
Weise wie die Werkzeugladebaueinheit 16 in den
Dampfgenerator 26 eingeführt und am Träger 12 befestigt
wird.
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Die Bewegungsbaueinheit 18 ist in den Fig. 4 bis 6
dargestellt. Die Bauemheit 18 enthält ein Paar von Zapfen 64
und Flanschen 66. Jeder der Flansche enthält eine
querverlaufende Öffnung 68. Wie im Fall der
Werkzeugladebaueinheit 16 ist die Bewegungsbaueinheit 18 so bemessen und
beschaffen, daß die Zapfen 64 und die Flansche 66 mit den
entsprechenden axialen Öffnungen der beiderseits des
Tisches 20 bzw. der Flansche 42 angebrachten Zylinder zur
Übereinstimmung kommen, um die Befestigung der
Bewegungsbauemheit 18 am Träger 12 zu ergeben. Ein Stift 58 wird
durch jede der Gruppe von Öffnungen 46 und 68 eingeführt,
um die Zusammenfügung der Bauemheit 18 und des Trägers
12 sicherzustellen. Die Bewegungsbaueinheit 18 besitzt
eine Form der Art, daß sie an die obere Krümmung des
Trägers 12 angepaßt ist, und besitzt seitliche Schienen
70. Jede der zwei seitlichen Schienen 70 enthält eine
Rille 72, die sich auf ihrer Länge erstreckt. Diese
Rillen stellen das Halten und Führen des Manipulatorarms
14 über dessen Bodenflansch auf der Bewegungsbaueinheit
18 während des Ladens des Fernmanipulators 14 sicher, wie
später erläutert wird. Die seitlichen Schienen 70 sind
durch mehrere Querelemente 74 unterstützt.
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Eine Zahnstange 76, die aus einer Stange gebildet ist,
die auf ihrer Länge mehrere Zähne aufweist, um mit einem
Ritzel in Wechselwirkung zu treten, ist an den
Querelementen 74 befestigt und erstreckt sich über die Länge der
Bewegungseinheit 18. Ein Schwenkverriegelungsmechanismus
78 ist an jeder der seitlichen Schienen 70 über den
Flanschen 66 vorgesehen, um während des Ladens des Arms
14 auf die Bewegungsbaueinheit 18 einen Zugang zu den
Rillen 72 zu ermöglichen und um zu verhindern, daß der
Eingriff zwischen dem Arm 14 und der Bewegungsbaueinheit
18 gelöst wird, nachdem er begonnen hat, sich längs der
Bewegungsbaueinheit 18 zu bewegen.
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Wie in Fig. 8 ersichtlich ist, enthält der Arm 14 eine
Rumpf/Schulter-Baueinheit 80 und eine
Ellbogen/Handgelenk-Baueinheit 82. Der Rumpf 84 ruht auf einem
Bodenflansch 92 auf, der einen angetriebenen Schlitten
bildet und einen Motor 86 enthält, der eine Kette 90
antreibt. Die Kette 90 verläuft über ein Zahnrad 88, das
so angebracht ist, daß es sich am Bodenflansch 92 dreht,
so daß die vom Motor 86 angetriebene Kette 90 das Zahnrad
88 zu einer Drehung antreiben kann. Das Zahnrad 88
enthält Zähne, die so bemessen sind, daß sie mit den
Zwischenräumen zwischen den Zähnen der Zahnstange 76 an der
Bewegungsbaueinheit 18 in Eingriff gelangen können. Der
Rumpf 84 ist am Bodenflansch 92 drehbar angebracht und
enthält einen Motor, der die Drehung des Rumpfs 84 um
seine Achse auf dem Bodenflansch ermöglicht. Der
Bodenflansch 92 enthält Führungszapfen 93 (einen an jeder Ecke
des Bodenflansches, der eine rechtwinklige Form besitzt),
wovon zwei in Fig. 8 sichtbar sind. Jeder der
Führungszapfen 93 ist so bemessen, daß er mit geringem Spiel in
eine Rille 72 der Bewegungsbaueinheit 18 eingeführt
werden kann.
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Jede der Schienen 38 des Tisches 20 des Trägers 12
enthält unterhalb seines horizontalen Teils außerdem eine
Rille ähnlich den Rillen 72, um die Führungszapfen 93 des
Bodenflansches 92 aufzunehmen, wenn der Bodenflansch 92
den Träger 12 erreicht hat.
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In ähnlicher Weise ist eine Zahnstange ähnlich der
Zahnstange 76 am Tisch 20 in Längsrichtung befestigt, um die
Bewegung des Bodenflansches 92 und des Arms 14 am Träger
12 in dessen Längsrichtung zwischen dem ersten Ende in
der
Nähe der Mannlochöffnung und seinem zweiten
entfernten Ende sicherzustellen, wenn der Träger 12 im
Wasserkasten des Dampfgenerators befestigt ist.
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Die ähnlichen Einrichtungen des Trägers 12 werden
insofern nicht im einzelnen beschrieben, als die
Bewegungsund Führungseinrichtungen im Fall der Bewegungsbaueinheit
18 und des Trägers 12 ähnlich sind.
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Diese Einrichtungen stellen das Halten und Führen des
Arms 14 über dessen Bodenflansch 92 an der
Bewegungsbaueinheit 18 wie auf dem Träger 12 sicher.
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Der Arm 14 ist ein Arm mit anthropomorpher Beschaffenheit
mit vier Freiheitsgraden, der in einer Konfiguration
verwendet wird, in der der Ellbogen nach oben gerichtet
ist. Das erste Armsegment 96 ist am drehbaren Rumpf 84
befestigt. Das zweite Armsegment 98 ist mit dem
Schultergelenk 100 schwenkbar verbunden. Das dritte angelenkte
Armsegment 102 ist mit dem zweiten angelenkten Armsegment
98 über das Ellbogengelenk 104 schwenkbar verbunden.
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In der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist das
zweite Segment des angelenkten Arms 98 in zwei Teilen
ausgebildet, die längs der Linie 99 aneinander befestigt
sind. Diese Anbringung erleichtert die Handhabung und die
Installation des Arrns 14 im Dampfgenerator 26 sowie die
Entnahme des Arms 14 aus dem Dampfgenerator 26. Das
Werkzeugsegment 106 des angelenkten Arms ist am dritten
Segment des angelenkten Arms 102 durch das Handgelenk 108
schwenkbar befestigt. Das Werkzeugsegrnent 106 ist
außerdem am Handgelenk 108 drehbar befestigt. Das
Werkzeugsegment 106 enthält eine Kopplungseinrichtung 110 für das
Werkzeug, das daran befestigt ist. Die
Kopplungseinrichtung 110 für das Werkzeug ist so beschaffen, daß es die
Anbringung und die Abnahme eines vollständigen Satzes von
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Werkzeugen, die für die Operationen innerhalb des
Dampfgenerators verwendet werden, in einfacher Weise
sicherstellt. Eines dieser Werkzeuge ist in Fig. 8 in
unterbrochenen Linien dargestellt worden.
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Nun wird mit Bezug auf den Satz von Figuren eine
Operation des Einsetzens und Anbringens der
Positionierungsvorrichtung im Wasserkasten des Dampfgenerators 26 sowie
des Positionierens eines Werkzeugs innerhalb des
Wasserkastens beschrieben.
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Um eine solche Operation auszuführen, wird die
Werkzeugladebauemheit 16 am Träger 12 durch Einführen der Zapfen
52 in die Öffnungen 44, durch Ausrichten der Öffnungen 46
und 56 aufeinander sowie durch Einführen eines Stifts 58
in jede der aufeinander ausgerichteten Öffnungen 46 und
56 befestigt. Die Bedienungsperson kann dann die
Handgriffe 62 der Werkzeugladebaueinheit 16 benutzen, um den
Träger 12 durch das Mannloch 24 in den Dampfgenerator 26
einzuführen, ohne daß es notwendig ist, daß sie selbst
auch nur teilweise in den Dampfgenerator 26 eindringt.
Die Platte 28 wird so angeordnet, daß sie sich an der
äußeren Oberfläche des Mannlochs 24 abstützt, wie in
Fig. 1 gezeigt ist, ferner wird ein Befestigungsbolzen 30
in eine Gewindebohrung geschraubt, die normalerweise für
die Befestigung einer Mannloch-Verschlußabdeckung
verwendet wird. Die einklappbare Abstützbauemheit 32 wird nach
unten geschwenkt, damit sie mit der Unterseite des
Wasserkastens des Dampfgenerators 26 in Kontakt gelangt, um
eine Krümmung oder ein Durchbiegen des Trägers 12 zu
vermeiden. Es ist zu beachten, daß sämtliche Operationen,
die in diesem Teil der Beschreibung beschrieben werden,
durch eine Motoreinrichtung erzielt werden, die durch
Femsteuerkabel betätigt und ferngesteuert wird, welche
nicht dargestellt worden sind und an einem ihrer Enden an
einer Leistungsversorgungseinrichtung und an
Steuervorrichtungen
befestigt sind und an ihrern gegenüberliegenden
Ende an der Werkzeugpositionierungsvorrichtung 10
befestigt sind. In dieser Weise werden insbesondere die
Betätigung und die Steuerung des Stützfußes 32, des
Antriebsmotors 86 für den Bodenflansch 92, der einen
Schlitten für die Bewegung des Arms bildet, sowie der
elektrischen und pneumatischen Einrichtungen für die
Betätigung der verschiedenen Segmente des angelenkten
Arms 14, der einen Fernmanipulator bildet, geschaffen.
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Die Werkzeugpositionierungsvorrichtung 10 enthält einen
Satz von Elektromotoren und Druckluftmotoren, die die
Bewegung dieser verschiedenen Teile sicherstellen sollen.
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Die Stifte 58 werden entfernt und die
Werkzeugladebaueinheit 18 wird vom Träger 12 getrennt, um vollständig aus
dem Dampfgenerator 26 entnommen zu werden. Die
Bewegungsbauemheit 18 wird anschließend in den Dampfgenerator 26
eingeführt und am Träger 12 in der gleichen Weise wie die
Werkzeugladebaueinheit 16, d. h. wie oben beschrieben,
befestigt. Die Verriegelungsmechanismen 78 beiderseits
der seitlichen Schienen 70 werden durch Schwenken nach
oben bewegt, um einen Zugang zu den Rillen 72 in den
seitlichen Schienen 70 freizugeben. Der Bodenflansch 92,
der den Rumpfteil 84 des Arms 14 trägt, wird auf die
Bewegungsbaueinheit 18 geladen, so daß die Führungszapfen
93 in den Rillen 72 in Eingriff sind. Die
Verriegelungsmechanismen 70 werden anschließend durch Schwenken nach
unten bewegt und in dieser Stellung verriegelt, um zu
verhindern, daß der Eingriff zwischen dem Bodenflansch
und der Bewegungsbaueinheit 18 gelöst wird. Wenn sich der
Bodenflansch 92 in der Position auf der
Bewegungsbaueinheit 18 befindet, ist das Zahnrad 88 auf die Zahnstange
76 ausgerichtet und mit dieser in Kontakt, so daß die
Zähne des Rades 88 mit den Zähnen der Zahnstange 76 in
Eingriff sind. Der Motor 86 zum Bewegen des
Bodenflansches
92 wird fembetätigt, um die Kette 90 anzutreiben
und um das Zahnrad 88 in Drehung zu versetzen. Das
Zahnrad 88 treibt somit den Bodenflansch 92 und den Rumpfteil
84 des Arms in Längsrichtung und zur Oberseite der
Bewegungsbaueinheit 18 in der Weise an, daß sie in den
Dampfgenerator 26 eindringen. Während dieser Bewegung wird die
Position des mittleren Teils des zweiten Segments 98 des
angelenkten Arms so eingestellt, daß er in der Öffnung
des Mannlochs 24 angeordnet und darin gehalten wird. Der
Bodenflansch 92 wird in seiner Bewegung auf der
Bauemheit 18 angehalten, während ein Teil des zweiten Segments
98 des Arms durch die Öffnung des Mannlochs 24 vorsteht.
Der Rest des Arms 14 wird durch Befestigen des zweiten
Teils des zweiten Segments 98 am angelenkten Arm längs
der Linie 99 angebracht. Durch Steuern der Drehung des
Zahnrades 88 wird der Arm 14 über seine restliche
Bewegungsstrecke bis zum Endpunkt der Bewegungsbaueinheit 18,
die ihren Verbindungsabschnitt mit dem Träger 12 bildet,
angetrieben. Der Tisch 20 des Trägers 12 enthält eine
Zahnstange in seiner Längsrichtung und in einer
Mittelposition sowie Rillen in seinen seitlichen Schiene 38, die
ähnlich der Zahnstange 76 bzw. der Rillen 72 der
Bewegungsbaueinheit 18 sind. Wenn ferner die
Bewegungsbaueinheit 18 mit dem Träger 12 verbunden ist, sind die
Zahnstange und die Rillen der Schienen des Trägers 12 auf die
Zahnstange 76 bzw. die Rillen 72 ausgerichtet.
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Wenn der Bodenflansch 92, auf dem der angelenkte Arm 14
aufruht, am Ende der Bewegungsbaueinheit 18 angelangt,
bewegt sich der Bodenflansch 92 von der
Bewegungsbaueinheit 18 zum Tisch 20 des Trägers 12. Wenn der
Bodenflansch 92 das Ende des Tischs 20 des Trägers 12 erreicht
hat (Position des Rumpfs 84 und des Flansches 92, die
durch unterbrochene Linien dargestellt ist), wird der
Bodenflansch 92 unter Verwendung einer vom Tisch 20
getragenen Anhalte- und Sperrvorrichtung angehalten und
an seiner Position befestigt.
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Die Bewegungsbaueinheit 18 wird abgenommen, nachdem der
Bodenflansch 92 und der Arm 14 das Ende des Tischs 20
erreicht haben.
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Wie in Fig. 1 in unterbrochenen Linien gezeigt ist, wird
der angelenkte Arm 14 anschließend so angeordnet, daß die
Bedienungsperson ein Werkzeug an der
Werkzeugkopplungseinrichtung 110 befestigen kann, ohne daß sie in den
Dampfgenerator 26 eindringen muß.
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Wie in Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigt ist,
werden der Bodenflansch 92 und der Rumpf 84 anschließend
bewegt und dann durch eine Anhalte- und Sperrvorrichtung
12' an dieser Position befestigt; der Arm 14 wird dann im
Wasserkasten des Dampfgenerators positioniert, um die
erforderliche Arbeit an einer der Röhren oder an der
Röhrenpiatte des Dampfgenerators 26 auszuführen.
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Im allgemeinen kann die Position des Bodenflansches 92,
der den angelenkten Arm 14 trägt, in Abhängigkeit von der
Eingriffzone des Werkzeugs unter der Röhrenpiatte des
Dampfgenerators eingestellt werden.
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Die Operationen zum Anordnen des Fernmanipulatorarms im
Wasserkasten des Dampfgenerators und die Eingriffe unter
der Röhrenpiatte des Dampfgenerators an irgendeiner
Stelle werden daher in hohem Maß durch die Tatsache
erleichtert, daß sich der Bodenflansch 92 und der
angelenkte Arm 14 auf dem Träger 12 bewegen können.
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Der Tisch 20 des Trägers 12 kann mehrere Anhalte- und
Sperrmechanismen für den Bodenflansch 92 an vorgegebenen
Positionen oder aber ferngesteuerte Einrichtungen
enthalten,
die das Anhalten und Befestigen des Bodenflansches
92 am Träger 12 an irgendeiner Stelle ermöglichen.
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Da es äußerst wichtig ist, daß die für Eingriffe unter
der Röhrenplatte des Dampfgenerators verwendeten
Werkzeuge einen perfekt bestimmten Winkel bilden, damit sie
Zugang zum Innenraum des Rohrs haben, wobei diese
Werkzeuge in allgemeinen in einer vollkommen vertikalen
Richtung angeordnet werden müssen, enthält der Tisch 20
eine Einrichtung, die ihm ermöglicht, um seine Längsachse
zu schwenken. Diese Einrichtung kann einen Motor 114 und
ein vom Motor 114 angetriebenes Ritzel 116 enthalten, wie
in Fig. 7 ersichtlich ist. Diese Einrichtung kann auch
für die Ausführung einer Kippung des Tischs 20 zwischen
einer horizontalen Arbeitsstellung und einer vertikalen
Position, die einen freien Zugang zum Innenraum des
Dampfgenerators durch das Mannloch ermöglicht, verwendet
werden.
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Der Tisch 20 kann mit Neigungsanzeigen ausgerüstet sein,
die verwendet werden, um die Stellung des Tischs 20 unter
Verwendung der Abstützbauemheit 32, des Motors 14 und
des Ritzels 116 einzustellen.
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Das Werkzeugsegment 106 des angelenkten Arms kann
ebenfalls mit einer Neigungsanzeige ausgerüstet sein, die
eine zusätzliche Einrichtung für die Bestimmung und
Einstellung der Stellung und der Richtung des Werkzeugs
112 bildet.
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Wenn der Eingriff innerhalb des Dampfgenerators beendet
worden ist, kann die Werkzeugpositionierungsvorrichtung
10 durch Operationen, die zu jenen, die oben beschrieben
worden sind, entgegengesetzt sind, abgenommen werden.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, den
Fernmanipulatorarm der Positionierungsvorrichtung gemäß
der Erfindung schnell und einfach innerhalb eines
Behälters wie etwa eines Wasserkastens eines Dampfgenerators
anzuordnen, um eine Operation an irgendeiner Stelle im
Wasserkasten des Dampfgenerators mit einem geeigneten
Werkzeug auszuführen.
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Sämtliche Operationen zum Anordnen der
Positionierungsvorrichtung und des Werkzeugs im Behälter sowie sämtliche
Operationen zum Wechseln des Werkzeugs können ausgeführt
werden, ohne daß eine Bedienungsperson in den
Dampfgenerator eindringt.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform, die
anhand eines nicht beschränkenden Beispiels beschrieben
worden ist, eingeschränkt.
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So können die Bewegungseinrichtung und die Einrichtung
zum Verriegeln des Bodenflansches des Fernmanipulatorarms
in einer Form geschaffen werden, die von jenen, die oben
beschrieben worden sind, verschieden ist.
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Die Positionierungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann
nicht nur zum Ausführen von Eingriffen innerhalb des
Wasserkastens eines Dampfgenerators eines Druckwasser-
Kernreaktors, sondern außerdem in irgendeinem Behälter
einer Komponente eines Kernreaktors, die eine Öffnung
aufweist, oder selbst in irgendeinem Behälter, der
gebildet ist, um eine Operation an einem Element oder einer
Komponente eines Kernreaktors in einer vollständig
isolierten Zone auszuführen, verwendet werden.