Development of Mechanical Pipe-Connection Design for DEMO

Maintenance of the DEMO breeding blanket includes the removal and replacement of plasma-facing components. To access the breeding blanket, multiple coolant pipes need to be removed to allow access to the tokamak. As an option to reduce downtime and increase maintenance speed, the pipe-connection concept is developed to allow the removal of multiple pipes at the same time using a remotely operated mechanical connection. The remotely operated multi-pipe Mechanical Pipe Connection (MPC) needs to fulfil multiple requirements, such as high operating temperature and high external forces while at the same time maintaining an acceptable level of sealing between the high-pressure fluid and vacuum surroundings. In addition to the external conditions, the pipes of multiple sizes and fluids are connected in a manifold configuration. Although this will reduce the overall time required to operate the mechanical pipe connection when compared to multiple single-pipe connections, this will introduce additional forces and stresses due the interaction between pipe flow (e.g., simultaneous high- and low-temperature fluid pipes on the same manifold) through the manifold flange. The requirements and the boundary conditions of the multi-pipe MPC are taken into consideration during the design process of MPC. The design process is carried out to find the optimum form and size to allow the mechanical function of the pipe connection during the maintenance phase while withstanding the extreme operating conditions that the MPC will face the during operational phase. The resulting design will then be analyzed using numerical methods to assess the capability of the MPC designs

Concept of Contamination Control Door for DEMO and Proof of Principle Design

During the maintenance period of a future fusion reactor power plant, called DEMOnstration Power Plant (DEMO), remotely handled casks are required to confine and handle DEMO in-vessel components during their transportation between the reactor and the active maintenance facility. In order to limit the dispersion of activated dust, a Contamination Control Door (CCD) is designed to be placed at an interface between separable containments (e.g., vacuum vessels and casks) to inhibit the release of contamination at the interface between them. The remotely operated CCD—technically, a double lidded door system—consists of two separable doors (the cask door and port door) and three different locking mechanisms: (i) between the cask door and cask, (ii) between the cask door and port door and (iii) between the port door and port. The locking mechanisms are selected and assessed according to different criteria, and the structure of the CCD is optimized using an Abaqus Topology Optimization Module. Due to the elastic properties of the CCD, deflections will occur during the lifting procedure, which may lead to malfunctions of the CCD. A test rig is developed to investigate the performance of high-risk components in the CCD in the case of deflections and also malpositioning. Misalignment can be induced along three axes and three angles intentionally to test the single components and items. The aim is to identify a possible range of operating in the case of misalignments. It is expected that the proposed CCD design should be able to operate appropriately in the case of ±3 mm translational misalignments and ±1° rotational misalignments

EU DEMO Remote Maintenance System development during the Pre-Concept Design Phase

During the EU DEMO Pre-Concept Design Phase, the remote maintenance team developed maintenance strategies and systems to meet the evolving plant maintenance requirements. These were constrained by the proposed tokamak architecture and the challenging environments but considered a range of port layouts and handling system designs. The design-driving requirements were to have short maintenance durations and to demonstrate power plant relevant technologies. Work concentrated on the in-vessel maintenance systems, where the design constraints are the most challenging and the potential impact on the plant design is highest. A robust blanket handling system design was not identified during the Pre-Concept Design Phase. Novel enabling technologies were identified and, where these were critical to the maintenance strategy and not being pursued elsewhere, proof-of-principle designs were developed and tested. Technology development focused on pipe joining systems such as laser bore cutting and welding, pipe alignment, and on the control systems for handling massive blankets. Maintenance studies were also conducted on the ex-vessel plant to identify the additional transport volumes required to support the plant layout. The strategic implications of using vessel casks, and of using containment cells with cell casks, was explored. This was motivated by the costs associated with the storage of casks, one of several ex-vessel systems that can drive the overall plant layout. This paper introduces the remote maintenance system designs, describes the main developments and achievements, and presents conclusions, lessons learned and recommendations for future work

Untersuchung der Schwingungseigenschaften von teleskopierbaren Maschinenelementen mit Spiel am Beispiel eines Gabelstapler-Hubgerüstes

Teleskopierbare, spielbehaftete Hubgerüste von Gabelstaplern werden während eines Arbeitszyklus oftmals zu Schwingungen angeregt. Die charakteristischen Schwingungseigenschaften, bedingt durch das usammenwirken von Spiel, auskragender Last und Schwerkraft, werden experimentell untersucht und durch ein 5-Massen-Modell sehr gut abgebildet.Sowohl mit aktiven als auch mit passiven Maßnahmen lassen sich die Schwingungen schnell und deutlich reduzieren

Untersuchung der Schwingungseigenschaften von teleskopierbaren Maschinenelementen mit Spiel am Beispiel eines Gabelstapler-Hubgerüstes

Teleskopierbare, spielbehaftete Hubgerüste von Gabelstaplern werden während eines Arbeitszyklus oftmals zu Schwingungen angeregt. Die charakteristischen Schwingungseigenschaften, bedingt durch das usammenwirken von Spiel, auskragender Last und Schwerkraft, werden experimentell untersucht und durch ein 5-Massen-Modell sehr gut abgebildet. Sowohl mit aktiven als auch mit passiven Maßnahmen lassen sich die Schwingungen schnell und deutlich reduzieren

Entwicklung eines Verfahrens und einer Anlage zum Sortieren von Altkorken

Der Naturwerkstoff Kork wird dank seiner elastischen Eigenschaft und seines guten Wärmeisolationsverhaltens in Industrieprodukten, in der Baustofftechnologie, als Flaschenverschlüsse und in Freizeitprodukten eingesetzt. Aufgrund des Preises und der Verfügbarkeit des Werkstoffs werden Korkprodukte heute wiederverwertet. Den größten Anteil der Altkorken stellen dabei die Flaschenverschlüsse dar. Da sich in den letzten Jahren Kunststoffweinstopfen aufgrund ihrer konstanten Qualität immer größerer Beliebtheit erfreuen, sind diese auch immer häufiger an den Sammelstellen für Altkorken wieder zu finden. Eine manuelle Trennung der Kunststoffflaschenstopfen von den Naturkorken vor der Wiederverwertung ist sehr zeitaufwändig, weshalb die Forderung entstand diesen Prozess zu automatisieren. Da keine entsprechenden Maschinen verfügbar sind, musste ein neues Verfahren und eine Anlage zum Erfüllen dieser Aufgabe entwickelt werden. Dieser Beitrag stellt die wichtigsten Schritte von den wissenschaftlichen Untersuchungen bis zur Entstehung des Prototyps einer Korksortieranlage vor

Pallet Shuttle Systems: Dynamics and Interaction with the Rack

In diesem Beitrag wird, nach einem kurzen Rückblick auf die im Vorgänger-Artikel von 2021 [AA21] beschriebenen Grundlagen zur Erfassung und Erforschung des dynamischen Verhaltens von Paletten-Shuttle-Regallagern, die Vorgehensweise zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens des Regalbaus bei Paletten-Shuttle-Systemen vorgestellt. Neben den individuellen Modellierungen für Regalbau, Shuttle-Fahrzeuge und Satelliten-Fahrzeuge werden die Referenzmodelle mit den für die Simulation genutzten Parametern präsentiert. Mit Unterstützung durch Eigenfrequenzstudien werden Lastfälle für diverse Worst-Case-Szenarien erarbeitet und numerisch simuliert sowie die Ergebnisse analysiert und vorgestellt. Eine Studie zu Potenzialen der Querschnittsoptimierung bei den Regalprofilen ergänzt die Betrachtungen. Abschließend erfolgt ein Ausblick auf weitere Arbeitsschritte, um letztendlich mit den erzielten Ergebnissen eine Handreichung zur belastungsoptimierten Auslegung von Regalbauten anbieten zu können. Diese soll die dynamischen Wechselwirkungen zwischen im leeren oder voll beladenen Regal (gleichzeitig oder gestaffelt) beschleunigten bzw. gebremsten Shuttles und Satelliten beschreiben. Entsprechende Empfehlungen für die Dimensionierung des Regals aber auch Steuerungsstrategien der Shuttle- bzw. Satelliten-Fahrzeuge in Bezug auf Beschleunigungsvorgänge und deren Gleichzeitigkeit bzw. Staffelung sollen Eingang in die Hinweise finden – im Sinne einer optimalen, ressourcenschonenden Auslegung des Stahlbaus der Regale.After a short review of the basics described in the previous article of 2021 for the acquisition and investigation of the dynamic behaviour of pallet shuttle racking systems, in this article, the procedure for the determination of the dynamic behaviour of the racking structure in pallet shuttle systems is presented. In addition to the individual modelling for racking, shuttles and satellites, the reference models with the parameters used for the simulation are presented. With the support of eigenfrequency studies, load cases for various worst-case scenarios are developed and numerically simulated, and the results are analyzed and presented. A study on the potentials of cross-section optimization of the rack profiles completes the considerations. Finally, there is an outlook on further work steps, in order to finally be able to offer a handbook for the load-optimized design of racking structures with the results obtained. This should describe the dynamic interactions between accelerated, braked shuttles and satellites in empty or fully loaded racking (simultaneously or staggered). Corresponding recommendations for the dimensioning of the racking, but also control strategies of the shuttle or satellite vehicles with regard to acceleration processes and their simultaneity or staggering, should find their way into the information in the sense of an optimal, resource-saving design of the steel construction of the racking

Modeling and Vibration Suppression for Telescopic Systems of Structural Members with Clearance

Telescopic systems of structural members with clearance are found in many applications, e.g., mobile cranes, rack feeders, fork lifters, stacker cranes (see Figure 1). Operating these machines, undesirable vibrations may reduce the performance and increase safety problems. Therefore, this contribution has the aim to reduce these harmful vibrations. For a better understanding, the dynamic behaviour of these constructions is analysed. The main interest is the overlapping area of each two sections of the above described systems (see markings in Figure 1) which is investigated by measurements and by computations. A test rig is constructed to determine the dynamic behaviour by measuring fundamental vibrations and higher frequent oscillations, damping coefficients, special appearances and more. For an appropriate physical model, the governing boundary value problem is derived by applying Hamilton’s principle and a classical discretisation procedure is used to generate a coupled system of nonlinear ordinary differential equations as the corresponding truncated mathematical model. On the basis of this model, a controller concept for preventing harmful vibrations is developed

Shuttle-Systems: Dynamics and interaction with the racks

Innerhalb weniger Jahre hat sich eine wachsende Zahl von Herstellern mit verschiedenen Shuttle-Systemen in Hochregallagern auf dem Markt positioniert. Sowohl Hersteller als auch anwendende Unternehmen erkennen immer mehr den positiven Nutzen durch den Einsatz dieser Systeme. Neben den immer größer werdenden Lasten werden die Regale auch immer höher gebaut. In der Folge wachsen Belastungen und auf die Regale wirkende Kräfte. Daher muss dem Regalbau beim Einsatz von Shuttle-Systemen eine erhöhte Beachtung zukommen, um die Versagensgefahren durch Shuttle-induzierte dynamische Krafteinwirkungen bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Optimalität minimieren zu können. In diesem Beitrag wird das betrachtete Shuttle-Lager und dessen Modellierung beschrieben. Zusätzlich wird mithilfe eines analytischen Modells des Shuttle-Fahrzeugs dessen dynamisches Verhalten und die dabei wirkenden, veränderlichen Kräfte während der Fahrt berechnet.Within a few years, a growing number of manufacturers have positioned themselves on the market with various shuttle systems in high-bay warehouses. Both manufacturers and users are increasingly recognizing the positive benefits of using these systems. In addition to the ever-increasing loads, the racks are also being built higher and higher. As a result, the loads and forces acting on the racks are increasing. For this reason, increased attention must be paid to the rack construction when using shuttle systems in order to minimize the risks of failure due to shuttle-induced dynamic forces while at the same time keeping the system economically optimal. In this paper, the example shuttle and its modeling are described. In addition, an analytical model of the shuttle vehicle is used to calculate its dynamic behavior and the variable forces acting on it during travel