CH623158A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Antriebsvorrichtungen für Steuerstäbe eines Kernreaktors weisen druckfeste, dichte Gehäuse, die nicht am Reaktorbehälter befestigt sind, und Mittel auf, um die Steuerstäbe zu halten und ihre Lage im Reaktorbehälter einzustellen. Das die Führungs- und Antriebsmittel enthaltende Gehäuse steht unter dem gleichen Druck wie der Reaktorbehälter. Wenn das Gehäuse der Steuerstab-Antriebsvorrichtung brechen sollte, könnte der zwischen den Gehäu-seinnern und der Umgebung vorhandene Druckunterschied bewirken, dass der Steuerstab aus dem Gehäuse und Reaktorbehälter herausgeschleudert würde.

Bei den vorbekannten Steuerstab-Antriebsvorrichtungen werden die Steuerstäbe bei den normalen Sjteuer- und Regelvorgängen relativ langsam bewegt, wobei die Antriebsorgane mit dem Stab in Eingriff stehen und dadurch verhindern, dass dieser herausgeworfen werden kann. Unter gewissen Umständen ist es jedoch notwendig, die Steuerstäbe sehr schnell in den Reaktorkern hineinzuschieben, d.h. einen sogenannten «scram» vorzunehmen, um den Reaktor, oder genauer gesagt die Kernreaktionen, schnell zu stoppen. Ein solcher Schnellstopp erfolgt üblicherweise dadurch, dass die Steuerstäbe und die Antriebsorgane ausser Eingriff gebracht werden, so dass die Steuerstäbe in den Reaktorkern hinunterfallen können. Wenn also gerade während eines solchen Schnellstopps ein Bruch des Gehäuses der Antriebsvorrichtung stattfinden sollte, könnte der nun nicht in Eingriff mit den Antriebsorganen stehende Steuerstab herausgeworfen werden. Dies könnte auch dann eintreten, wenn der Reaktor abgeschaltet ist oder wenn die Antriebsorgane und die Steuerstäbe sonst in irgendeinem Zeitpunkt ausser Eingriff stehen. Auch wenn die Antriebsorgane und die Steuerstäbe miteinander in Eingriff stehen, wäre es bei einem Bruch möglich, dass die in Eingriff stehenden Teile wegen des an einem Steuerstab angreifenden Druckes abgebrochen oder abgerissen würden, so dass dann der Steuerstab herausgeworfen werden könnte.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, eine Bremseinrichtung für eine Steuerstab-Antriebs-vorrichtung zu schaffen, die ein Herauswerfen des Steuerstabes weitgehend verunmöglicht

Diese Aufgabe wird durch eine Bremseinrichtung der einleitend genannten Art gelöst, wobei die Bremseinrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist

Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Gehäuse mit einem darin verschiebbaren Schaft zum Verstellen eines Steuerstabes eines Kernreaktors und mit Mitteln, um das Herauswerfen des Steuerstabes zu verhindern,

die Fig. 2 einen Schnitt durch das am Gehäuse befestigte Ventil, in grösserem Massstab, und die Fig. 3 eine Schnitt entlang der Linien 3-3 der Figur 2. In der Figur 1 ist der untere Teil einer Antriebsvorrichtung

10 zum Verstellen eines Steuerstabes eines Kernreaktors dargestellt Die Vorrichtung 10 weist ein mit einem Mantel versehenes Gehäuse und Verbindungsmittel auf, die den Steuerstab mit dem Antriebsorgan verbinden. Der sich in der Nähe des oberen Endes der Vorrichtung 10 befindende Teil 11 des Gehäuses ist so ausgebildet, dass er dicht an einem Reaktorbehälter 12 befestigt, etwa angeschweisst werden kann. Der Teil

11 ist derart befestigt, dass die Antriebs Vorrichtung 10 und der Gehäusemantel vertikal verlaufen und den ein Strömungsmittel, nämlich Wasser enthaltenden Reaktorbehälter 12 dicht abschliessen. Ein Schaft 14 verläuft vertikal durch den Teil 11 der Vorrichtung 10 nach unten in den Innenraum des Reaktor-

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behäiters 12. Dort ist ein nicht dargestellter, zum Absorbieren mungsmittel enthält. Die Stirnwand 42 und die Absperrung 46 von Neutronen dienender Absorbierstab, der den eigentlichen begrenzen zusammen mit dem Mantelteil des Gehäuses 44 Steuerstab bildet, fest mit dem Schaft 14 verbunden, so dass der einen Käfig 40, in dem die den Verschlusskörper des Ventils 22 Steuerstab mittels des Schaftes in axialer Richtung verstellt bildende Kugel 34 beweglich angeordnet und gehalten ist. und positioniert werden kann. 5 Für die beim normalen Betrieb erforderlichen Steuer- und

Der Schaft 14 ist axial verschiebbar geführt und an seinem Regelvorgänge wird der Steuerstab nur relativ langsam mit dem Steuerstab abgewandten Ende mit einem Schraubenge- einer Geschwindigkeit verschoben, die unter einem vorgegebe-winde versehen oder mit einem ein solches aufweisenden Teil nen Grenzwert liegt. Das sich in der Kammer 30 befindende verbunden. Die Auf- und Abverschiebung des Schaftes kann Strömungsmittel, d. h. das auch im Reaktorbehälter vorhandene mittels eines um den Schaft kreisenden Rollen-Mutter- 10 Wasser, kann dann den Kolben 24 umströmen, ohne dessen

Antriebsorganes bewirkt werden. Dieses weist auf Hebelarmen Verschiebung und damit auch diejenige des Schaftes 14 merkmontierte Rollen auf, die durch einen Stator in Eingriff mit dem bar zu bremsen. Unter normalen Betriebsbedingungen wird Schaft und zum Umkreisen des Schaftes gebracht werden kön- also die Verschiebung des Schaftes 14, unabhängig davon, ob nen. Die Ausbildung und Funktion dieser Elemente ist in der das Ventil 22 offen oder geschlossen ist, nicht behindert. US-Patentschrift 3 822 439 beschrieben. 15 Wenn jedoch ein Schnellstopp, ein sogenannter «scram»

Im Reaktorbehälter 12 und in der mit dessen Innenraum erfolgen soll, muss der Steuerstab mit dem Schaft 14 sehr durch den hohlen Teil 11 verbundenen Antriebsvorrichtung 10 schnell in den Innenraum des Reaktorbehälters 12, d.h. gegen ist gegenüber der Umgebung ein Überdruck vorhanden. Dieser dessen Boden verschoben werden. In diesem Fall öffnet sich Überdruck kann beispielsweise etwa 140 at betragen. Dieser nun das Ventil 22, so dass Strömungsmittel aus dem Innenraum Überdruck könnte bei einem Bruch des Gehäuses der Antriebs-20 des Reaktorbehälters 12 durch die Öffnung 20 in die Kammer Vorrichtung den Schaft 14 und den damit verbundenen Steuer- 30 einströmen kann. Der Kolben 24 befindet sich in jeder Stelstab mit grosser Geschwindigkeit herausschleudern. Um dies lung des Steuerstabes unterhalb der Öffnung 20, so dass er also zu verhindern, weist nun die Antriebsvorrichtung 10 eine als bei einem Schnellstopp immer Strömungsmittel durch die Öff-Ganzes mit 16 bezeichnete Auswurf-Bremseinrichtung auf. nung 20 ansaugt und das Ventil öffnet. Der Schaft 14 kann Diese weist eine Kolben-Einrichtung 18 und ein damit verbun- 25 daher bei einem Schnellstopp vom Antriebsorgan entkoppelt denes Ventil 22 auf, dessen Verschlusskörper durch eine Kugel werden und dann unter der Einwirkung der Schwerkraft frei 34 gebildet ist. Der Mantel des Gehäuses der Antriebsvorrich- nach unten gegen den Innenraum und den Boden des Reaktor-tung 10 weist einen rohrförmigen, kreiszylindrischen Mantel- behäiters fallen. Da der Spalt 32 nur relativ schmal ist, wird der Abschnitt 26 auf, der den Mantel der Kolben-Einrichtung 18 bil- Druck des sich zwischen den Kolben 24 und dem oberen Dich-det und in dem der am Schaft 14 befestigte Kolben 24 ver- 30 tungsorgan 28 befindenden Strömungsmittels bei der schnellen schiebbar ist. Der Innenraum des Mantel-Abschnittes 26 ist Abwärtsbewegung des Kolbens 24 reduziert und kleiner als der beim oberen Ende der Kolben-Einrichtung 18 durch eine in ihm ausserhalb des Mantel-Abschnittes 26 und des Ventils 22 im vorhandenen Öffnung 20 mit dem am Mantel-Abschnitt 26 Reaktorbehälter vorhandene Druck. Diese Druckdifferenz befestigten Ventil 22 verbunden. Die Öffnung 20 und das Ventil bewegt die Kugel 34 des Ventils 22 vom Ventilsitz weg in eine 22 sind so weit oben angeordnet, d.h. von demjenigen Ende des 35 in der Figur 2 strichpunktiert gezeichnete Stellung 36, wodurch Gehäuses entfernt, bei dem der Schaft in den Innenraum des das Ventil geöffnet wird. Das Strömungsmittel kann dann Reaktorbehälters hineinragt, dass sie sich noch oberhalb des durch die Öffnung 38 hinein, um die Kugel 34 herum und durch Kolbens 24 befinden, wenn der Steuerstab beim Steuern und die Öffnungen in der Absperrung 46 zur Öffnung 20 und durch Regeln in die höchste beim normalen Betrieb vorgesehene Stel- diese in der Kammer 30 strömen. Das sich unterhalb des Kolbing gehoben wird. 40 bens 24 befindende Strömungsmittel kann durch die Öffnungen Die Kolben-Einrichtung 18 ist bei ihrem oberen und unte- 39 aus der Kammer 30 ausströmen. Der Innendurchmesser des ren Ende mit je einem eine vom Schaft 14 durchdrungene öff- Ventilgehäuses 22 ist so viel grösser als der Durchmesser der nung aufweisenden Dichtungsorgane 28 dicht abgeschlossen. Kugel und die Öffnungen 20 und 38 sowie diejenigen in der Die beiden Dichtungsorgane 28 bilden gleichzeitig die Ver- Absperrung sind so gross bemessen, dass eine Strömungsmitschiebung des Kolbens begrenzende Anschläge. Das obere 45 telmenge hindurchströmen kann, die mehr als ausreicht, um Dichtungsorgan 28 befindet sich unmittelbar oberhalb der Öff- eine praktisch ungebremste, im freien Fall erfolgende Abwärts-nung 20, so dass sich also der Kolben nie über die Öffnung 20 Verschiebung des Kolbens 24 zu ermöglichen. Des gleichen ist hinaufbewegen kann. Der Innenraum der Kolben-Einrichtung der Querschnitt der Öffnungen 39 so bemessen, dass das Strö-bildet also eine gegen den restlichen Innenraum des Gehäuses mungsmittel ausreichend schnell durch sie hindurch ausströ-der Antriebsvorrichtung dicht abgeschlossene, ringförmige 50 men kann. Bei einem Schnellstopp ergibt also die Bremsvor-Kammer 30, zu der der Strömungsmittelzufluss über das Ventil richtung 16 keine merkbare Verzögerung der Steuerstab-Bewe-22 erfolgt. Ferner ist der Mantel-Abschnitt 26 in der Nähe sei- gung.

nes unteren Endes mit mindestens einer Durchgangsöffnung 39 Die Öffnungen 39 befinden sich etwas über dem unteren versehen. Im übrigen ist die Querschnittabmessung, d. h. der Dichtungsorgan 28. Genauer gesagt ist zwischen dem unteren Durchmesser des Kolbens 24 kleiner als die Querschnitts- 55 Randabschnitt der Öffnungen 39 und dem Dichtungsorgan 28 Innenabmessung, d.h. der Innendurchmesser, des Mantel- ein Zwischenraum 41 vorhanden. Wenn nun der Kolben 24

Abschnittes 26, so dass also zwischen dem Kolben und der beim Schnellstopp bis zu den Öffnungen 39 hinuntergefallen ist,

Innenfläche des Mantel-Abschnittes 26 ein Spalt 32 vorhanden muss das sich zwischen den Öffnungen 39 und dem unteren ist. Dichtungsorgan 28 befindende Strömungsmittel den Kolben 28

Das Ventil 22 weist ein zylindrisches Gehäuse 44 auf, das 60 umströmen. Dadurch wird die Fallbewegung des Steuerstabes dicht am Mantel-Abschnitt 26 befestigt ist. Das Gehäuse weist kurz bevor dieser die vorgesehene Endstellung erreicht hat, auf seiner sich in den Figuren 1 und 2 rechts befindenden, dem abgebremst. Der unterste Abschnitt der Kammer 30 bildet Innenraum des Reaktorbehälters zugewandten Seite eine Stirn- daher einen Stossdämpfer.

wand 42 auf, die mit einer einen Ventilsitz bildenden Öffnung 38 Wenn nun etwa ein Bruch des Gehäuses der Antriebsvorversehen ist. Auf der dem Mantel-Abschnitt 26 zugewandten 65 richtung 10 erfolgen sollte, könnte das sich im Reaktorbehälter Seite des Gehäuses 44 ist ein hülsenförmiger Einsatz 48 in die- 12 befindende, unter Druck stehende Strömungsmittel den ses eingesetzt, der mit Rippen versehen ist, die zusammen eine Steuerstab nach aussen drücken. Der Schaft 14 und der Kolben Absperrung 46 bilden, die Durchlassöffnungen für das Strö- 24 würden dann von demjenigen Ende des Antriebsvorrich-

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tungs-Gehäuses, bei dem der Schaft in den Innenraum des richtung 16 die beim normalen Betrieb zum Steuern und

Reaktorbehälters hinausragt, mit grosser Kraft weg nach oben Regeln in beiden Richtungen erfolgenden Verschiebungen des gegen die Öffnung 20 verschoben, wobei die Geschwindigkeit Steuerstabes nicht oder zumindest nicht wesentlich bremst, zunächst schnell ansteigen würde. Der Spalt 32 ist nun so Desgleichen werden auch bei einem Schnellstopp des Reaktors bemessen, dass das sich oberhalb des Kolbens 24 befindende s erfolgende, schnelle, gegen den Inneraum des Reaktorbehäl-Strömungsmittel beim Erreichen eines vorgegebenen Maxi- ters, d. h. nach unten gerichtete Verschiebungen des Steuerstamalwertes der Kolben-Geschwindigkeit den Kolben nicht bes praktisch nicht gebremst, weil nämlich dann das Ventil 22 mehr ausreichend schnell umströmen kann, so dass sich zwi- öffnet, sobald die Geschwindigkeit des Steuerstabes einen vorsehen dem Kolben 24 und dem oberen Dichtungsorgan 28 ein gegebenen Wert übersteigt und der Druck zwischen dem Kol-Überdruck aufbaut Wenn nun der Druck des Strömungsmittels "> ben 24 und dem oberen Dichtungsorgan 28 demzufolge kleiner in der Kammer 30 oberhalb des Kolbens 24 und bei der öff- wird als der Druck ausserhalb des Ventils 22, d.h. im Innenraum nung 20 einem bestimmten Differenzwert grösser wird als der des Reaktorbehälters. Wenn dagegen eine Bruch des Gehäuses Druck im Reaktorbehälter, d. h. ausserhalb des Ventils 22, wird der Antriebsvorrichtung eine schnelle, gegen aussen gerichtete die Kugel 34 gegen die Öffnung 38 gedrückt. Dadurch wird das Verschiebung des Steuerstabes auslösen sollte, wird das Ventil Ventil geschlossen und verhindert, dass Strömungsmittel aus ' 5 22 geschlossen, sobald die Geschwindigkeit des Steuerstabes der Kammer 30 durch die Öffnung 20 in den Innenraum des und des Kolbens 24 einen vorgegebenen Grenzwert über-Reaktorbehälters ausströmt Wenn also der Steuerstab mit schreitet und dadurch auch der Druck des Strömungsmittel in einer Geschwindigkeit nach oben verschoben wird, die einen der Kammer zwischen dem Kolben 24 und dem oberen Dich-vorgegebenen Grenzwert übersteigt, sperrt das Ventil 22, so tungsorgan 28 um einen vorgegebenen Differenzdruck grösser dass das sich zwischen dem Kolben 24 und dem oberen Dich- 20 wird als der Druck im Inneraum des Reaktorbehälters, tungsorgan 28 befindende Strömungsmittel durch den Spalt 32 Dadurch wird das Strömungsmittel oberhalb des Kolbens 24 den Kolben 24 umströmen muss. Dadurch wird die gegen das gestaut und die Verschiebebewegung des Steuerstabes Äussere des Reaktorbehälters gerichtete Bewegung des gebremst und auf eine relativ kleine Geschwindigkeit begrenzt Steuerstabes stark gebremst und so ein schnelles Herausschleu- Ein schnelles Herausschleudern des Steuerstabes kann dadurch dern des Steuerstabes verhindert. 25 verhindert werden.

Zusammenfassend ist also festzuhalten, dass die Bremsvor-

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Bremseinrichtung für eine Steuerstab-Antriebsvorrich-tung (10) eines Kernreaktors mit einem Reaktorbehälter (12), um ungebremste, normale sowie Schnellstopp-Verschiebungen zu erlauben, aber einen unerwünschten Auswurf eines Steuerstabes zu verhindern, wobei die Steuerstab-Antriebsvorrichtung (10) einen im Kernreaktor angeordneten Schaft (14) aufweist, mit einer Kolben-Einrichtung (18), die derart am Schaft (14) der Steuerstab-Antriebsvorrichtung (10) angeordnet ist, dass sie mit dem Schaft (14) im Reaktorbehälter (12) mitbewegbar ist, und im Reaktorbehälter (12) angeordneten, den Schaft (14) teilweise einschliessenden Hüll-Mitteln, um mit Hilfe des im Reaktorbehälter vorhandenen Strömungsmittels die Kolben-Einrichtung (18) nur dann zu bremsen, wenn ein schneller Auswurf eines Steuerstabes infolge eines Bruches in der Steuerstab-Antriebsvorrichtung (10) ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüll-Mittel einen rohrförmigen Abschnitt (26) aufweisen, um einen vorgegebenen Spalt (32) für die Kolben-Einrichtung (18) zu begrenzen und die normale, angetriebene Verschiebung des Schaftes (14) und der Kolben-Einrichtung (18) zu erlauben, dass ein Kugel-Ventil (22) im Reaktorbehälter (12) angeordnet und mit dem rohrförmigen Abschnitt (26) verbunden ist, um einerseits eine Strömungsmittel-Strömung vom Reaktorbehälter (12) in die Hüll-Mittel zu ermöglichen und somit eine ungebremste Schnellstopp-Bewegung der Kolben-Einrichtung (18) zu erlauben und andererseits eine Ausströmung des Strömungsmittels aus den Hüll-Mitteln beim schnellen Auswurf des Schaftes (14) zu verhindern und dadurch den Auswurf eines Steuerstabes aus dem Reaktor zu bremsen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Einrichtung (18) einen auf dem Schaft (14) der Steuerstab-Antriebsvorrichtung angeordneten Kolben (24) aufweist und dass der Spalt (32) zwischen diesem und den Hüll-Mitteln vorhanden ist, so dass das Strömungsmittel den Kolben (24) bei normalen, angetriebenen Verschiebungen des Schaftes (14) umströmen kann.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Abschnitt (26) zylindrisch und an seinen Enden dicht abgeschlossen ist, dass er in der Nähe von beiden Enden mit Öffnungen (20,39) versehen ist und dass das Kugel-Ventil (22) an den Hüll-Mitteln montiert und mit einer dieser Öffnungen (20) verbunden ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Ventil (22) eine Käfig (40) und eine in diesem angeordnete Kugel (34) aufweist, die in Abhängigkeit vom Druck des Strömungsmittels im zylindrischen Abschnitt (26) im Käfig (40) bewegbar ist, um die Strömung des Strömungsmittels in den zylindrischen Abschnitt (26) zu beeinflussen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Ventil (22) derart ausgebildet ist, dass sich die Kugel (34) beim versuchten Auswurf eines Steuerstabes in eine Lage bewegt, in der das Kugel-Ventil (22) die Strömung durch die Öffnung (20) des zylindrischen Abschnitts (26), mit der es verbunden ist, sperrt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Ventil (22) derart ausgebildet ist, dass sich die Kugel (34) bei einem Schnellstopp in eine Lage bewegt, in der das Kugel-Ventil (22) die Strömung durch die Öffnung (20), des zylindrischen Abschnitts (26), mit der es verbunden ist, freigibt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jener der genannten Öffnungen (39), die nicht mit dem Kugel-Ventil (22) verbunden ist, und dem sich in ihrer Nähe befindende Ende des zylindrischen Abschnitts (26) ein Zwischenraum (41) vorhanden ist, um einen Stossdämpfer für den Kolben (24) zu bilden.