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Die Erfindung betrifft eine Ausstossverzögerungsanordnung für einen Steuerstabantrieb eines Kernreaktors, die unverzögerten Normalantrieb und Schnellschlussvorgänge gestattet, wogegen unerwünschtes Ausstossen des Steuerstabes verzögert wird, mit einem Reaktorkessel und einer Steuerstabantriebsanordnung.
Antriebe für Steuerstäbe von Kernreaktoren umfassen dichte Druckkessel, die vakuumdicht auf dem Kernreaktor montiert sind, und sie erlauben die gesteuerte Verstellung der Stäbe im Reaktor. Daher herrscht in dem Gehäuse, das den Antriebsmechanismus enthält, derselbe Druck wie im Kernreaktor. Würde das Gehäuse des Steuerstabes brechen, würde die Führungsschraube des Antriebsmechanismus, die in der Längsrichtung mit dem Steuerstab verbunden ist, infolge der Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse und der Umgebung herausgeschleudert werden.
Die bisher bekanntgewordenen Antriebe für die Steuerstäbe liefern, um ein Auswerfen des Steuerstabes zu verhindern, mit dem mit dem Steuerstab gekuppelten Antrieb eine verhältnismässig langsame Bewegung der Steuerstäbe während des normalen Steuervorganges. Es können jedoch gewisse Situationen auftreten, in denen es wünschenwert ist, "abzureissen" oder schnellstens den Steuerstab in den Kernreaktor einzuführen, um den Reaktor stillzulegen. Ein derartiges "Abreissen" wird üblicherweise durch Entkuppeln des Antriebselementes vom Steuerstab herbeigeführt und erlaubt dem Steuerstab das Hineinfallen in den Reaktor. Auf diese Art kann während des Bestehens eines "Abreiss"-Zustandes der Steuerstab leicht ausgeworfen werden, wenn ein Bruch im Gehäuse auftritt.
Ein ähnlicher Zustand besteht, wenn der Reaktor stillgelegt ist oder gelegentlich der Antrieb vom Steuerstab entkuppelt ist. Selbst wenn die Kupplung zwischen Steuerstab und Antrieb vorhanden ist, kann ein Bruch auftreten, der den Steuerstab dem vollen Reaktordruck aussetzt, die Kupplung zwischen Führungsschraube und Antrieb könnte gebrochen oder ausgerissen sein und ein Ausstossen wäre in solchen Fällen möglich. Es ist daher höchst wünschenswert. das Auswerfen des Steuerstabes so weit wie möglich zu verzögern und die Kräfte, die den Steuerstab heraustreiben, zu vernichten, um einen katastrophalen Auswurf zu verhindern.
Aus der DE-PS Nr. 1184865 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die die sogenannten Sicherheitsstäbe möglichst rasch in das Innere eines Atomreaktors einzuführen gestattet. Die bekannte Vorrichtung besitzt eine federelastische Schleudereinrichtung. die bewirkt, dass ein Steueroder Sicherheitsstab mit sehr grosser Geschwindigkeit in das Innere eines Reaktors eingeführt
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Auch beim Gegenstand der DE-AS 1218079, der eine Vorrichtung zum Abbremsen der Einfahrbewegung eines Sicherheitsstabes eines gasgekühlten Kernreaktors darstellt, ist eine solche Verzögerungsanordnung nicht vorhanden.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Ausstossverzögerungsanordnung zu schaffen, die nicht nur die in Verbindung mit den bekannten Vorrichtungen auftretenden Probleme löst. sondern darüber hinaus auch einige andere Vorteile mit sich bringt.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Steuerstabantriebsanordnung eine Führungsschraube aufweist, die im Kernreaktor montiert ist, auf welcher Führungsschraube der Steuerstabantriebsanordnung eine Kolbenanordnung montiert ist, die mit der Führungsschraube im Reaktorkessel beweglich ist, in dem auch eine Umhüllung vorgesehen ist, die sich teilweise um die Führungsschraube erstreckt und in der sich die Kolbenanordnung bewegen kann, und dass für die Verlangsamung der Kolbenanordnung, nur wenn ein schneller Ausstoss eines Steuerstabes infolge eines Bruches im Steuerstabantrieb eingeleitet wird, eine Ausstossverzögerungsanordnung vorgesehen ist, bestehend aus einem Rohrteil der Umhüllung, der die Kolbenanordnung mit einem vorgegebenen Spiel umschliesst und die normalen Antriebsbewegungen von Führungsschraube und Kolbenanordnung gestattet,
an dem Rohrteil innerhalb des Reaktorkessels eine Kugelventilanordnung angesetzt ist, über die Flüssigkeit aus dem Reaktorkessel in die Umhüllung strömen kann, um unverzögerte Schnellschlussbewegungen der Kolbenanordnung in dieser zu ermöglichen, und um den Flüssigkeitsstrom vom Reaktorkessel in die Umhüllung während einer schnellen Ausstossung der Führungsschraube zu unterbrechen und das Ausstossen eines Steuerstabes aus dem Reaktor zu verzögern.
Der Vorteil der vorstehend gekennzeichneten Erfindung besteht darin, dass damit ein Ausstossverzögerungssystem geschaffen wurde, das zwar das Auswerfen des Steuerstabes verzögert, jedoch
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die normalen Steuerstabbewegungen, die durch den Steuerstabantrieb erfolgen, nicht behindert.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Umhüllung ein zylindrisches
Rohrstück ist, in dem ein Kolben, der mit der Führungsschraube verbunden ist. mit Spiel geführt ist. Dadurch wird verhindert, dass sich der Kolben mit der normalen Antriebsbewegung der Führungsschraube mitbewegt, dass die normale, langsame Bewegung der Führungsschraube beeinflusst wird.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass das zylindrische Rohrstück an einem Ende und im Inneren, im Bereich der seitlichen Öffnungen, die zu einer Kugelventil- anordnung führt, mit stopfbüchsenartigen Dichtungseinsätzen versehen ist. in denen jener Teil der Führungsschraube gleitbar geführt ist, der den Kolben trägt.
Zweckmässig und vorteilhaft ist es. die Kugelventilanordnung an der Aussenseite des zylindrischen Rohrstückes über einer seitlichen Öffnung anzusetzen, so dass sie eine Sperre für den Fluss aus dem Inneren des zylindrischen Rohrstückes heraus darstellt.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist weiter darin zu sehen, dass der im Inneren des zylindrischen Rohrstückes vorgesehene Dichtungseinsatz mit seiner dem Kolben zugewendeten Abschlussebene die zur Kugelventilanordnung führende seitliche Öffnung im Rohrstück tangiert oder zumindest unmittelbar benachbart ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen entnommen werden, in der Fig. 1 den unteren Teil eines Steuerstab-Verbindungsantriebes zeigt, Fig. 2 die Kugelventilanordnung darstellt und Fig. 3 ein Schnittbild derselben gemäss den Linien 3-3 ist.
Fig. 1 zeigt den unteren Teil eines Steuerstab-Verbindungsantriebes --10--. Das Ende --11-der Anordnung --10-- ist so ausgebildet, dass es vakuumdicht, beispielsweise durch Schweissen, stehend auf dem Reaktorkessel --12-- eines Wasser enthaltenden Reaktors angeordnet werden kann und dadurch die Anordnung mit dem Steuerstabantrieb --10-- dicht mit dem Reaktorkessel --12-verbindet. Eine Führungsschraube --14-- erstreckt sich durch das offene Ende --11-- der Anordnung - nach abwärts in den Reaktorkessel, in dem sie mit (einem nicht dargestellten) Steuerstab in an sich bekannter Weise gekuppelt ist, so dass eine Verstellung der Führungsschraube --14-- zur Einstellung des Steuerstabes möglich ist.
Die Führungsschraube --14-- wird im Reaktor mittels an sich bekannter Antriebe auf und abbewegt, wie solchen mit planetenartig umlaufenden Walzenmuttern, bei denen ein Stator die Kupplung und Umlaufbewegung der an den Hebelarmen montierten Walzen bewirkt. Die Konstruktion und Arbeitsweise eines derartigen Antriebes ist bekannt und eine ins Einzelne gehende Erläuterung kann in der US-PS Nr. 3. 822, 439 gefunden werden.
Es ist zu erkennen, dass der Reaktor und infolgedessen der Steuerstabantrieb infolge der dichten Verbindung über das offene Ende --11-- des Gehäuses dem Druck im Kernreaktor ausgesetzt sind. Da der Druck in einem Kernreaktor grössenordnungsmässig im Bereich von 140 kg/cm2 (= 2000 psi) betragen kannn. ist es klar. dass ein Gefahrenzustand auftreten kann. würde das Gehäuse des Steuerstabantriebes brechen. Die Führungsschraube --14-- würde dann infolge des Druckunterschiedes zwischen der Umgebung und dem Gehäuse aus demselben herausgeschossen werden.
Um zu verhindern, dass die Führungsschraube --14-- im Falle eines Bruches aus dem Gehäuse ausgestossen wird, ist eine Anordnung --16-- zur Verzögerung des Ausstossens auf der Führungsschraube --14-- montiert. Diese Anordnung --16-- zur Verzögerung enthält eine Kolbenanordnung --18--, die eine Öffnung --20-- aufweist, deren offener oder geschlossener Zustand durch eine Kugelventilanordnung --22-- gesteuert wird.
Die Öffnung --20-- und die Kugelventilanordnung - sind nahe dem oberen Ende der Kolbenanordnung --18-- angeordnet, wobei die Kolbenanordnung --18-- auf der Führungsschraube --14-- gelagert ist, um sicherzustellen, dass beim maximalen Rückzug des Reaktorstabes aus dem Reaktor die Kugelventilanordnung --22-- sich oberhalb des Kolbens --24-- der Kolbenanordnung --18-- befindet.
Die Kolbenanordnung --18-- der Erfindung umfasst ein zylindrisches Gehäuse-26-. in welchem der Kolben --24-- sich mit der Führungsschraube --14-- des Steuerstabantriebes infolge seiner Montage auf ihr bewegen muss. Die Enden des Gehäuses --26-- sind durch Dichtungseinsätze - gedichtet, um eine ringförmige Kammer --30-- zu bilden, durch welche der Fluss mittels
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der Kugelventilanordnung --22-- gesteuert wird.
Da sich der Kolben --24-- in der Kolbenanordnung --18-- mit der normalen Antriebsbewegung der Führungsschraube --14-- bewegt, wird die normale, langsame Geschwindigkeit der Führungsschraube --14-- nicht beeinflusst, da die Flüssigkeit leicht über die geringe lichte Weite --32--, die zwischen dem Kolben --24-- und dem Zylinder --26-- vorgesehen ist, fliessen kann. Dies, obwohl die Kugelventilanordnung --22-- die Öffnung blockiert oder nicht. Es besteht kein Unterschied gegenüber dem normalen Arbeitsvorgang der Führungsschraube --14--, solange die Bewegungsgeschwindigkeit verhältnismässig langsam wie bei normalen Antriebsbedingungen ist.
Während eines"Abroiss"-Zustandes, bei dem die Führungsschraube --14-- raschest in den Reaktor eingeführt werden muss, ist die Kugelventilanordnung --22-- geöffnet, um sicherzustellen, dass der schnelle Einsatz des Steuerstabes nicht behindert wird. Die Anordnung der Kugelventilanordnung --22-- stellt sicher, dass der Kolben --24-- sich stets oberhalb der Kugelventilanordnung --22-- befindet, selbst wenn der Kontrollstab am weitesten zurückgezogen wird. Daher ist, wenn ein "Abreiss"-Zustand eintritt, die Führungsschraube von der langsamen Antriebsanordnung befreit und wird infolge der Schwerkraft frei in den Reaktor fallen.
Die lichte Weite - rund um den Kolben --24-- ist nicht ausreichend, um genug Flüssigkeit durchzulassen und erlaubt einen unverzögerten Abfall des Steuerstabes und ein negativer Druck wird im Bereich zwischen dem Kolben --24-- und der oberen Dichtung --28-- verursacht. Dieser negative Druck veranlasst eine Kugel --34-- der Kugelventilanordnung --22--, sich aus ihrer Schliesslage weg zu bewegen und eine Offenstellung einzunehmen, wie dies mit gestrichelten Linien in Fig. 2 gezeigt ist.
In dieser Offenstellung kann Flüssigkeit über eine Öffnung --38-- am Ende der Kugelventilanordnung --22-- in einen Käfigbereich --40-- fliessen, der in der Kugelventilanordnung --22-ausgebildet ist, um die Kugel --34-- zurückzuhalten. Der Käfigbereich --40-- wird einerseits durch einen Vorsprung --42-- an einem Ende des Gehäuses --44-- der Kugelventilanordnung gebildet, anderseits durch einen gerippten Abschnitt --46-, der an einem Einsatz --48-- ausgebildet ist, der innerhalb des Gehäuses --44-- angeordnet ist.
Der gerippte Abschnitt-46- weist Öffnungen --50-- auf, die es der Flüssigkeit erlaubt, von der Öffnung --38-- eintretend, die Kugel --34-- ohne weiteres zu umfliessen und über die Öffnung --50- in die Öffnung --20-und von dort in die Kammer --30-- einzutreten. Infolge der Kugel --34--, die es der Flüssigkeit erlaubt, in die Kammer --30-- einzutreten, ergibt sich keine Verzögerung beim Einsatz der Kolbenanordnung --18--, und normale "Abreiss"-Zustände bleiben unbeeinflusst. Die Öffnungen - 38. 50 und 20-- sind so dimensioniert, dass eine mehr als ausreichende Flüssigkeitsmenge in die Kammer --30- eintreten kann, wodurch der durch die Schwerkraft bedingte Abfall der Steuerstangenanordnung sichergestellt ist.
Der freie Fall des Steuerstabes setzt sich fort, bis der Kolben --24-- das Ende des Zylinders - erreicht und diesen über die Öffnungen --39-- entleert hat. Diese Öffnungen gestatten ein ungehindertes Abfliessen der zwischen dem Kolben --24-- und der Bodendichtung --28-- befindlichen Flüssigkeit. Wenn der Kolben --24-- sich über die Öffnungen --39-- bewegt, wird durch die zwischen dem Kolben --24-- und der Bodendichtung --28-- im Bereich --41-- eingesperrte Flüssigkeit eine Drosselwirkung erzeugt. Die Flüssigkeit im Bereich --41-- muss um den Kolben --24-herumfliessen und verlangsamt das Ende des Falles des Steuerstabes in den Reaktor.
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--14-- durchventilanordnung --22-- über die Öffnungen --39-- bewegt werden.
Die lichte Weite --32-- wird nicht ausreichend sein, die zwischen dem Kolben --24-- und der oberen Dichtung --28-- eingeschlossene Flüssigkeit durchzulassen, wodurch die Kammer --30- unter Druck gesetzt wird. Durch das unter Drucksetzen der Kammer --30-- wird die Kugel --34-- veranlasst, sich zur Öffnung --38-- zu bewegen, wobei die Öffnung --20-- durch die Kolbenanordnung --18- verschlossen wird. Die einzige Möglichkeit, die Führungsschraube nun zu bewegen, besteht im Abfluss der Flüssigkeit um den Kolben --24-- herum durch die Öffnung --32--.
Wenn die Öffnung --32-- so dimensioniert ist, dass sie nur die normale langsame Steuerstabbewegung erlaubt, wird die unkontrollierte schnelle Ausstossung der Führungsschraube- und des mit ihr verbundenen Steuerstabes wirksam auf den Normalpegel verzögert.
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In bezug auf das Vorstehende ist ersichtlich, dass die Kolbenanordnung --18-- der Erfindung ein Steuerstabausstosssystem mit Verzögerung ergibt, das nur wirksam wird, wenn eine unerwünschte
Ausstossung eines Steuerstabes eingeleitet wird und den normalen Steuerstabantrieb und normale "Ausreiss"-Vorgänge nicht behindert.
Gewisse Veränderungen und Verbesserungen können vom Fachmann auf Grund der vorliegenden
Beschreibung vorgenommen werden. Es ist verständlich, dass derartiges anzuführen im Hinblick auf Kürze und Lesbarkeit unterlassen wurde, jedoch in den Rahmen der folgenden Patentansprüche fällt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ausstossverzögerungsanordnung für einen Steuerstabantrieb eines Kernreaktors, die un- verzögerten Normalantrieb und Schnellschluss-Vorgänge gestattet, wogegen unerwünschtes Ausstossen des Steuerstabes verzögert wird, mit einem Reaktorkessel und einer Steuerstabantriebsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstabantriebsanordnung (10) eine Führungsschraube (14) aufweist, die im Kernreaktor (12) montiert ist, auf welcher Führungsschraube (14) der Steuerstabantriebsanordnung (10) eine Kolbenanordnung (18) montiert ist, die mit der Führungsschraube (14) im Reaktorkessel (12) beweglich ist, in dem auch eine Umhüllung (26) vorgesehen ist, die sich teilweise um die Führungsschraube (14) erstreckt und in der sich die Kolbenanordnung (18) bewegen kann,
und dass für die Verlangsamung der Kolbenanordnung (18), nur wenn ein schneller Ausstoss eines Steuerstabes infolge eines Bruches im Steuerstabantrieb (10) eingeleitet wird, eine Ausstossverzögerungsanordnung (16) vorgesehen ist, bestehend aus einem Rohrteil der Umhüllung (26), der die Kolbenanordnung (18) mit einem vorgegebenen Spiel umschliesst und die normalen Antriebsbewegungen von Führungsschraube (14) und Kolbenanordnung (18) gestattet, an dem Rohrteil (26) innerhalb des Reaktorkessels (12) eine Kugelventilanordnung (22) angesetzt ist, über die Flüssigkeit aus dem Reaktorkessel (12) in die Umhüllung (26) strömen kann, um unverzögerte Schnellschlussbewegungen der Kolbenanordnung (18) in dieser zu ermöglichen, und um den Flüssigkeitsstrom vom Reaktorkessel (12) in die Umhüllung (26)
während einer schnellen Ausstossung der Führungsschraube (14) zu unterbrechen und das Ausstossen eines Steuerstabes aus dem Reaktor zu verzögern.