DE1091246B

DE1091246B - Elektrohydraulischer Antrieb fuer Kernreaktorregelorgane

Info

Publication number: DE1091246B
Application number: DES61787A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Kumpf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-02-17
Filing date: 1959-02-17
Publication date: 1960-10-20
Also published as: GB919171A; US3088902A; FR1244585A

Description

DEUTSCHES

Als Antriebe für Kernreaktorregelstäbe sind elektrische, pneumatische und hydraulische Antriebe bekannt, ferner Mischformen davon, z.B. elektrohydraulische Antriebe. Bei einem bekannten elektrohydraulischen Antrieb dienen Elektromotore zur Erzeugung der Vorschubkraft an den Regelstäben. Sie steuern außerdem auch die Vorschubgeschwindigkeit. Die Hydraulik wird aber erst betätigt, wenn der Reaktor abgeschaltet Wet den soll. Hierbei werden die Regelstäbe als Abschaltstäbe hydraulisch in den Reaktorkern eingefahren. Bei hydraulischen Regelstabantrieben wirdbesonderer Wert auf gute Passung und Dichtigkeit der Antriebselemente, besonders des Kolbens, gelegt. Die Antriebselemente sind daher immer als Präzisionsteile ausgebildet.

Von den elektrischen Antrieben hat sich besonders eine elektromagnetische Form, der sogenannte Magnetic Jack, herausgebildet. Bei ihm wird ein mit dem Regelstab gekuppeltes Metallstabbündel schrittweise durch magnetischen Kraftschluß in Längsrichtung bewegt. Diese Bewegung macht der Regelstab im Sinne einer Eintauch- oder Ausfahrbewegung bezüglich des Reaktorkerns mit.

Der Vorteil des hydraulischen Antriebes gegenüber anderen Antrieben, besonders dem Magnetic Jack, liegt vor allem darin, daß große Vorschubgeschwindigkeit bei großen Massen erzielt werden kann. Nachteilig ist seine Präzisionsmechanik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb zu schaffen, bei dem die Vorteile der hydraulischen Antriebsform mit derjenigen des Magnetic Jack so vereinigt sind, daß ein kräftiger, robuster elektrohydraulischer Antrieb geschaffen wird, der auch ohne Verwendung von Präzisionsteilen eine feinfühlige Steuerung des Regelorgans gestattet. Das Regelorgan, d. h. der Regelstab, ist im vorliegenden Fall in einem rohrartigen Einbau geführt, der sich bis in den Reaktorkern erstreckt und mit einem in dem Rohreinbau längsbeweglichen Kolben als hydraulischem Antriebsorgan versehen ist. Erfindungsgemäß ist nun der Stab mit einem elektromagnetisch fixierbarem Metallstabbündel (nach Art des Magnetic Jack) als Steuerorgan für die Bewegungsgeschwindigkeit gekuppelt. Die Antriebskraft wird also hydraulisch über den entsprechend geschalteten Kolben erzeugt, der Bewegungsablauf wird elektromagnetisch durch Steuerung des im magnetischen Kraftfeld einer Wicklung liegenden Stabbündels beeinflußt. Durch diese Trennung der Funktionen wird erreicht, daß der hydraulische Teil keinerlei Präzisionsteile aufzuweisen braucht; insbesondere braucht der Kolben nicht dicht zu sein. Der elektromagnetische Teil ist wesentlich einfacher als beim reinen Magnetic Jack aufgebaut.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel, es zeigt

Elektrohydraulischer Antrieb
für Kernreaktorregelorgane

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Kumpf, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zwei (nur der Vereinfachung halber zusammen gezeichnete) Kernreaktorhälften mit einem ober- bzw. unterhalb des Reaktorgefäßes angeordneten elektrohydraulischen Regelorganantrieb gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des elektrischen Antriebsteils.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist der Regelstab 1 mit einem in dem Rohreinbau 2 des Reaktorgefäßes 3 längsbeweglichen Kolben 4 als hydraulischem Antriebsorgan und erfindungsgemäß mit einem elektromagnetisch fixierbaren Metallstabbündel 5 als Steuerorgan für die Bewegungsgeschwindigkeit gekuppelt. Der hydraulische Teil umfaßt ferner die Umsteuerleitungen 6, 7, 8 und das Steuerorgan 9, der elektrische Teil die Steuerwicklung 10 mit dem Steuergenerator 11.

Die außerhalb des Reaktorgefäßes fingerhutartig ausgebildeten Rohreinbauten 2 besitzen aus Kühlungsgründen Bohrungen 12 für den Durchtritt des Kühlmittels, welches entsprechend der Richtung der eingezeichneten Pfeile den Reaktor durchströmt und zugleich als hydraulisches Antriebsmittel mitbenutzt ist. Als Kühlmittel dient z. B. schweres Wasser. Der Moderatorraum 13 ist kreuzschraffiert angelegt; seine Kühlkanäle mit den Spaltstoffelementen sind der Einfachheit halber fortgelassen. In den Kühlkreislauf sind der Wärmetauscher 14 und die Umwälzpumpe 15 eingeschaltet.

Bei der dargestellten rechten Reaktorhälfte kann die Oberseite des Kolbens 4 über das Umsteuerventil 9 wahlweise mit einem Raum höheren (Leitung 7) oder niedrigeren (Leitung 6) Druckes verbunden werden, so daß die entstehende Druckdifferenz den Kolben und damit den Regelstab im Senk- oder Hubsinn bewegt.

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Es kann aber auch in einer Richtung die Schwerkraft zum Antrieb verwendet werden. Ein ausgeprägtes Beispiel zeigt die linke Reaktorhälfte. Hier wird nur die Hubbewegung künstlich erzeugt. Bei der rechten Reaktorhälfte ist in diesem Fall an Stelle der Leitung 7 die Leitung 16 vorzusehen.

Als Räume höheren oder niedrigeren Druckes kann man — wie dargestellt — entsprechende Teile des vorhandenen Kühlmittelkreislaufes verwenden. Es kann aber auch ein vom Reaktor unabhängiger Behälter vorgesehen werden. Das Umsteuerventil kann als einfaches AUF-ZU-Ventil, als Dreiwegeschalter oder als Schieber ausgebildet sein, der z. B. beim Senken den Kolben mit der Leitung 16 überbrückt und so ein rascheres Senken ermöglicht. In allen Fällen brauchen erfindungsgemäß weder Kolben 4 noch Ventil 9 dicht zu sein. Die Bewegungsgrundgeschwindigkeit ist durch Dimensionierung und Drosselung der Leitungen weitgehend beeinflußbar.

Die eigentliche Steuerung der Bewegungsgeschwin- ao digkeit des Regelstabes sowie dessen Festhaltung wird durch die Magnetspule 10 bzw. den Steuergenerator 11 bewirkt. Dieser Generator speist die Steuerwicklung rhythmisch mit Stromimpulsen. Bei konstanter Impulsfolge ist auch die Bewegungsgeschwindigkeit des Regelstabes konstant. Bei Veränderung der Impulsgrößen (Tastverhältnis) ändern sich Bewegungsablauf und Geschwindigkeit.

Zum Anhalten des Regelorgans wird den Stromimpulsen ein Haltestrom überlagert. Er muß so stark sein, daß er das Regelorgan gegen die Wirkung der Kolbenkräfte festhalten kann. Dies wird durch die Reibung der Stäbe 5 an der Rohrwand 2 unterstützt. Das Ventil 9 ist — wie die Wirkungsverbindung 17 andeutet — so mit dem Steuergenerator 11 gekuppelt, daß einer Schließ- bzw. Neutralstellung des Ventils eine Haltestrombeaufschlagung der Wicklung 10 entspricht. Andererseits veranlaßt Hub- oder Senkstellung des Ventils eine alleinige rhythmische Erregung der Wicklung, wie weiter oben erläutert.

Um den Reibungsweg der Stäbe 5 an der Rohrwand (und damit den Abrieb) zu verringern, ist gemäß Fig. 2 ein Ringstück 18 in Wicklungshöhe in das Führungsrohr des Regelstabes eingebaut, welches auf Federn 19 elastisch gelagert ist. Zusätzlich können noch Hub- und Senkwicklungen wie beim Magnetic Jack vorgesehen werden.

Der elektrohydraulische Antrieb gemäß der Erfindung kann auch bei flexiblen Regelstäben bzw. bei Gliederstäben verwendet werden, welche aus gelenkig miteinander verbundenen Absorbiergliedern bestehen. Ferner kann bei Abschaltorganen mit Absorberkugeln, wie sie in Patent 1 052 000 beschrieben sind, die Aufwärtsbewegung der Kugeln mit dem neuen Antrieb beeinflußt werden, insofern als mit Hilfe einer Magnetisierungswicklung, ähnlich Wicklung 10, die Kugeln magnetisch an der entsprechenden Abschaltrohrwand gebremst werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulischer Antrieb für einen Kernreaktorregelstab, der in einem Rohr, das sich bis in das Reaktorgitter erstreckt, geführt und mit einem in dem Rohr längsbeweglichen Kolben als hydraulischem Antriebsorgan vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab mit einem elektromagnetisch fixierbarem Metallstabbündel (nach Art des Magnetic Jack) als Steuerorgan für die Bewegungsgeschwindigkeit gekuppelt ist.

2. Regelstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben über ein LTmsteuerorgan und Steuerleitungen an Räume höheren oder niederen Druckes anschließbar ist.

3. Regelstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stabbündel zugeordnete Magnetisierungswicklung an einen Steuergenerator angeschlossen ist, der beim hydraulischen Heben und Senken des Regelstabes die Wicklung mit Stromimpulsen in wählbarem Rhythmus zu speisen gestattet und zum Anhalten des Regelstabes den Stromimpulsen einen Haltestrom zu überlagern gestattet.

4. Regelstabantrieb nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerorgan mit dem Steuergenerator derart gekuppelt ist, daß der Schließ- bzw. Neutralstellung des Organs die Haltestrombeaufschlagung, der Hub- oder Senkstellung die Beaufschlagung der Steuerwicklung mit Stromimpulsen entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Atomkernenergie«, Bd. 3, 1958, S. 486 bis 489.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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