DE1146597B - Kernreaktor mit Regelstaeben, die durch Antriebsvorrichtungen in eine Abschaltstellung bewegbar sind - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

B 50228 Vfflc/21g

ANMELDETAG: 4. SEPTEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLE GES CH RIFT:

4. APRIL 1963

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit Regelstäben oder mindestens einem Regelstab, der durch eine Not- bzw. SchneMabschaltvorrichtung in einer Sicherheits- und Abschaltstellung bewegbar ist.

Der Regelstab kann ein besonderer Sicherheitsregelstab aus neutronenabsierendem oder spaltbarem Material sein, der bei normalem Betrieb des Reaktors in Beziehung zum Kern in einer festen Stellung gehalten wird, jedoch bei Gefahr mittels der Schnellabschaltvorrichtung in die Abschaltstellung bewegt wird, in der er sicherstellt, daß die Neutronendichte innerhalb des Reaktorkerns fällt. Es kann sich aber auch um einen Regelstab handeln, der mittels einer Stellvorrichtung in unterschiedliche Stellungen innerhalb des Reaktorkerns bewegt wird, um den normalen Betrieb des Reaktors zu regeln, bei dem die rasch wirkende Notabschaltvorrichtung zusätzlich zu der normalen, langsam arbeitenden Stellvorrichtung vorhanden ist. Die Not- oder Schnellabschaltvorrichtung für den Regelstab kann dabei, wie bekannt, aus einem Druckluftkolben und -zylinder bestehen, die von einem Druckluftbehälter aus mit Druckluft beaufschlagt werden. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die bekannten Maßnahmen nicht unter allen Umständen genügen können, um unkontrollierte Kernreaktionen zu vermeiden. Nach der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, daß eine Verriegelungsvorrichtung für den Regelstab vorgesehen ist, die, wenn der Regelstab die Abschaltstellung erreicht, automatisch eingreift und anschließend den Regelstab unabhängig von der Schnellabschaltvorrichtung in der Abschaltstellung festhält.

Auf diese Weise bleibt der Regelstab, nachdem er von der Antriebsvorrichtung in die Abschaltstelung bewegt worden ist, in dieser Stellung, selbst wenn die Antriebsvorrichtung danach völlig ausfällt oder die Antriebskraft nachläßt. Infolgedessen bleibt der Regelstab auch bei einem Reaktor, in dem der Regelstab durch die Antriebsvorrichtung zur Schnellabschaltung entgegen der Schwerkraft in die Sicherheitsstellung bewegt wird, in dieser Stellung trotz des möglichen folgenden Ausfalls der Antriebsvorrichtung, wie es z. B. bei einem Unfall eines durch den Reaktor angetriebenen Fahrzeugs geschehen kann. Wenn es sich dagegen um einen Kernreaktor handelt, in dem der Regelstab durch die Antriebsvorrichtung zur Notabschaltung mit der Schwerkraft in die Sicherheitsstellung bewegt wird, so bleibt der Regelstab auch dann in der genannten Stellung, wenn die Notiabschaltvorrichtung später ausfällt und der Kernreaktor dann auf den Kopf gestellt wird, was bei einemkenterndenSchiffmitKernantrieb eintreten kann.

Kernreaktor mit Regelstäben,

die durch Antriebsvorrichtungen in eine

Abschaltstellung bewegbar sind

Anmelder:

Deutsche Babcock &Wilcox-Dampfkessel-

Werke Aktiengesellschaft,
Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. September 1957 (Nr. 27 962)

Anthony James Taylor, London,
ist als Erfinder genannt worden

Wenn die Gefahr vorüber ist, ist ein geeignetes Mittel für das EntSperren der Verriegelungsvorrichtung vorgesehen. Vorzugsweise ist, wenn sich der Regelstab auf unterschiedliche Stellungen innerhalb des Reaktorkerns zur Regelung des normalen Betriebes des Reaktors einstellen läßt, die Verriegelungsvorrichtung so eingerichtet, daß sie durch die Betätigung der Stellvorrichtung entriegelt wird, die für die Verstellung des Regelstabes während des normalen Reaktorbetriebes vorgesehen ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 die schematische Wiedergabe eines senkrechten Schnittes durch einen gasgekühlten, graphitmoderierten Kernreaktor mit beweglichen Regelstäben,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Betätigungsvorrichtungen für einen Regelstab,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch die Verriegelungsvorrichtung für den Regelstab in zwei Stellungen,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.

Nach Fig. 1 der Zeichnung weist der Kernreaktor ein Druckgefäß 10 auf, welches einen Kern 11 umschließt, der aus Grapbitblöcken besteht und die Brennstoffelemente enthält. Der Kern 11 wird durch Kohlendioxydgas gekühlt, welches durch die Ausgangsleitung 12 zu einem dampferzeugenden Wärmeaustauscher 13 gelangt und durch die Leitung 14

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unteren Kolben 41 in der voll eingefahrenen Stellung dient, wobei der Kolben 41 dann als Puffer wirkt. In dieser voll eingefahrenen Stellung befindet sich der Regelstab in der Abschaltstellung. Um eine Verriege-5 lung der Kolben und damit des Regelstabes in der voll eingefahrenen Stellung herbeizuführen, ist an dem Zylinder 21 eine Ausnehmung 46 ausgebildet, in die die Gelenkverbindung 40 einrücken kann. Die Gelenkverbindung umfaßt, wie sich aus den Fig. 3 und 4

unter der Wirkung einer Umwälzpumpe 15 in den Reaktorkern zurückkehrt. Standrohre 16 mit erweiterten Oberteilen sind vorgesehen, um Brennstoffelemente von der Lademaschine 17, die beweglich auf Schienen 18 angeordnet ist, in den Kern einzutragen und um Regelstäbe aufzunehmen und zu bewegen. Das Druckgefäß 10 und der Wärmeaustauscher 13 sind von einer biologischen Abschirmung 19 aus Beton umschlossen. '

Nach Fig. 2 enthält der Betätigungsmechanismus io ergibt, drei Kniehebel, die die Kolben 39 und 41 verfür den Regelstab 20 einen vertikalen Zylinder 21, binden. Jeder Kniehebel besteht aus einem oberen der einen Teil des Standrohres 16 bildet und sich von Glied 47 und einem unteren Glied 48; an der Verder Oberseite 22 des" Reaktorkerns 11 durch den bindungsstelle zwischen den Gliedern 47 und 48 ist Mantel 23 des Druckgefäßes 10 in den Oberteil 24 eine Rolle 49 vorgesehen. Die oberen Glieder 47 beder biologischen Abschirmung hinein erstreckt. Ein 15 stehen je aus einem Laschenpaar, und die Laschen den Zylinder 21 umgebendes Rohr 25 von größerer sind an ihren inneren Enden drehbar mit einem BoI-Wandstärke erstreckt sich aus dem Inneren des zen 50 versehen, der jeweils in einem Arm 51 eines Druckgefäßes 23 in die Abschirmung hinein. Das dreiarmigen Sterns 52 montiert ist, welcher seinerseits Rohr 25 ist an einen ringförmigen Innenflansch 26 an dem oberen Kolben 39 befestigt ist. Die äußeren einer Muffe 27 angeschweißt, die ihrerseits an den 20 Enden der die Glieder 47 bildenden Laschenpaare Mantel 23 angeschweißt ist, wodurch die Verbindung tragen jeweils einen Bolzen 53, der eine Verbindung zwischen dem Zylinder 21 und dem Mantel 23 gas- zu dem unteren Glied 48 darstellt und eine Rolle 49 undurchlässig wird. trägt. Das untere Glied 48 besteht jeweils aus einem

An das äußere Ende des Rohres 25 ist ein dünn- Stück und ist an seiner Verbindungsstelle mit dem wandiges Rohr 28 von größerem Durchmesser ange- 25 oberen Glied gabelförmig ausgebildet; zwischen den schweißt, in dem sich ein Abschirmungsstöpsel 29 Armen 54 der Gabel liegt die Rolle 49. Die Arme 54 und eine Aufwindevorrichtung 30 befinden. Eine Elek- erstrecken sich ein kurzes Stück über die Rollen 49 tromotor 31 mit Steuervorrichtung ist in flüssigkeits- hinaus. Die einzelnen Glieder 48 sind ferner mit bzw. gasdichter Weise an einem Flansch 32 des einem Widerlager 55 für den Eingriff mit dem Stern Rohres 25 befestigt. Ein Kabel 33 zum Aufhängen 30 56, an dem die Glieder 48 drehbar montiert sind, verdes Regelstabes 20 verläuft von einer Seiltrommel 34 sehen. Der Stern 56, der mit dem unteren Kolben 41 über eine Spannrolle 35 in einem schrägen Kanal 36 fest verbunden ist, hat drei Paar nach außen verim oberen Teil des Stöpsels 29, weiter über eine laufender Wangen 57; Bolzen 58, die sich zwischen Spannrolle 37, die innerhalb des Stöpsels 29 ange- den Wangenpaaren erstrecken, dienen als Drehzapfen bracht ist, und abwärts in einem Kanal 38 im unteren 35 für die Glieder 48.

Teil des Stöpsels 29 zu einem oberen Kolben 39, an Der obere Kolben 39 hat einen zentralen Vor

sprung 59 zur Verbindung mit dem Kabel 33, und der untere Kolben 41 hat einen zentralen Vorsprung 60 zur Verbindung mit dem Regelstab 20. Ein mit 40 einer Gegenmutter 62 versehener Schraubenbolzen 61 ist verstellbar am Stern 52 befestigt und wirkt als Arretierung für die Bewegung des Kolbens 39 auf den Kolben 41 hin.

Im rechten Teil der Fig. 3 sind die Kolben und die dem Kohlendioxyd entnommen, was besonders be- 45 Gelenkverbindungen in der Stellung gezeigt, die sie quem ist, wenn der Reaktor mit Kohlendioxyd als einnehmen, wenn der Regelstab aus der Abschalt-

d'em das Kabel befestigt ist. Der obere Kolben 39 ist mittels einer Gelenkverbindung 40 mit einem unteren Kolben 41 verbunden, an dem der Regelstab 20 angebracht ist.

Die Kolben sitzen in Gleitpassung in dem Zylinder 21, und mittels einer Druckgasquelle kann eine Bewegung der Kolben nach unten bewirkt werden. Der Druck wird einer Flasche 42 mit unter Druck stehen-

Kühlmittel arbeitet. Eine Abgabeleitung 43 verläuft über ein Ventil 44 von der Flasche 42 in das Rohr 28 zur Abgabe von Gas unter Druck an den Zylinder 21.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Regelstab 20 normalerweise von dem Kabel 33 getragen und durch den Elektromotor 31 und die Winde 30 in seiner Lage gehalten wird. Die Aufwindevorrichtung 30 steht

stellung herausbewegt worden ist. Die einzelnen Widerlager 55 liegen auf dem Stern 56 auf, wodurch verhindert wird, daß die Kniehebel sich ganz strecken 50 können, und damit wird sichergestellt, daß das nachfolgende Einknicken der Hebel in Richtung nach außen vor sich gehen kann.

Der linke Teil der Fig. 3 zeigt die Stellung, welche die Teile einnehmen, wenn sich der Regelstab in der

ihrerseits unter dem Einfluß einer üblichen Ausklink- 55 Abschaltstellung befindet. In der Abschaitstellung des

vorrichtung zum Schnellschalten des Kernreaktors. Regelstabes liegt der untere Kolben 41 auf der im

Die Ausklinkimpulse können auch dahingehend wirk- Zylinder 21 ausgebildeten Schulter 45 auf, und zwar

sam werden, daß sie nach einer gewissen Verzöge- mit einer an ihm ausgebildeten abgeschrägten Auf-

rung das Ventil 44 betätigen, um eine Bewegung der lagerfläche 63. Ferner wird in dieser Stellung infolge

Kolben zu bewirken, Weiterhin sind zweckmäßiger- 60 der Tatsache, daß der Schraubenbolzen 61 am Stern

weise Vorrichtungen, z. B. ein Neigungsmesser, der 52 mit dem Stern 56 in Wechselwirkung steht, der

auf die Stellung der normalerweise senkrechten Achse obere Kolben 39 durch den unteren Kolben 41 ge-

des Kernreaktors anspricht, angeordnet, die im Falle tragen. Die Glieder der Kniehebel sind scharf einge-

einer gefährlichen Neigung automatisch das Ventil 44 winkelt, wobei die Enden der gabelförmigen Arme 54

betätigen und damit eine Antriebsbewegung der KoI- 65 der unteren Glieder 48 nahe an der oberen Fläche 64

ben bewirken. der Ausnehmung 46 hegen.

Der Zylinder 21 ist an seinem unteren Ende mit · Beim Betrieb werden, wenn der Regelstab 20 sich

einer Schulter 45 versehen, die als Anschlag für den in einer herausgezogenen Stellung befindet und das

Ventil 44 geöffnet wird, um Kohlendioxydgas unter hohem Druck aus der Flasche 42 in den Zylinder 21 hineinströmen zu lassen, die Kolben 39 und 41 rasch bewegt, wodurch sie den Regelstab in die Abschaltstellung hineinführen und das Kabel 33 von der Seiltrommel 34 abziehen. Dieser Vorgang tritt ein, in welcher Stellung auch immer der Druckkessel 10 des Reaktors sich befinden mag. Außerdem ist dieser Vorgang nur von einer örtlich an den Reaktor gebundenen Kraftquelle abhängig, die kaum versagen dürfte. Bevor dann die Abschaltstellung erreicht ist, wird die Einknickbewegung der Kniehebel noch dadurch begrenzt, daß die Rollen 49 in Eingriff mit der Wandung des Zylinders 21 kommen.

Nachdem der untere Kolben 41 die Schulter 45 erreicht hat, wird seine Weiterbewegung verhindert, und die Fortsetzung der Bewegung des oberen Kolbens 39 bewirkt ein Uineintreten der Kniehebel in die ringförmige Ausnehmung 46, bis der Schraubenbolzen 61 auch die Weiterbewegung des oberen KoI-bens in Richtung auf den unteren Kolben verhindert.

Wenn die Kniehebel sich in ihrer Verriegelungsstellung befinden, ist jede Bewegung, die zwischen den unteren Kniehebelgelenken 48 und der schrägen Fläche 64 der ringförmigen Ausnehmung stattfindet, infolge der Schwerkraft etwa senkrecht auf die Fläche 64 gerichtet. Daraus folgt, daß der Regelstab 20 in seiner Abschaltstellung festgehalten wird, selbst wenn das Druckgefäß 10 des Reaktors auf den Kopf gestellt wird und die Zufuhr des Druckgases zum Zylinder 21 unterbrochen wird oder der Gasvorrat erschöpft ist.

Wenn der Regelstab aus der Abschaltstellung herausgezogen werden soll, wird das Kabel 33 auf die Seiltrommel 34 aufgewickelt, wodurch der Kolben 39 hochgezogen und infolgedessen die Kniehebel aus ihrer Verriegelungsstellung herausgezogen werden. Der untere Kolben 41 kann zusammen mit dem Regelstab 20 im gewünschten Maße durch weitere Drehung der Trommel 34 hochgezogen werden. Auch bei auf dem Kopf stehendem Zylinder 21 reicht das Gewicht des Kolbens 39 und des herabhängenden Kabels 33 nicht dazu aus, die Kniehebel zu entriegeln, vielmehr werden diese durch das relativ große Gewicht des Regelstabes 20 und des Kolbens 41 in die Ausnehmung 46 hineingedrückt.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kernreaktor mit mindestens einem Regelstab, der durch eine Not- bzw. Schnellabschaltvorrichtung in eine Abschaltstellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verriegelungsvorrichtung (40, 46) für den Regelstab (20) vorgesehen ist, die, wenn der Regelstab die Abschaltstellung erreicht, automatisch eingreift und anschließend den Regelstab unabhängig von der Schnellabschaltvorrichtung in der Abschaltstellung festhält.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, bei dem der Regelstab durch Betätigung einer Regelstab-Stellvorrichtung unabhängig von der Schnellabschaltvorrichtung zwecks Regelung des normalen Betriebes des Reaktors in verschiedene Stellungen innerhalb des Reaktorkerns bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (40, 46) zur Entriegelung durch die Betätigung der Regelstab-Stenvorrichtung (31, 33) eingerichtet ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die auf eine Abweichung der Symmetrieachse des Reaktorkerns von der Senkrechten ansprechen und bei einer bestimmten Abweichung die Schnellabschaltvorrichtung betätigen.

4. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Antriebsvorrichtung für die Schnellabschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (16) als Führung für das äußere Ende des Regelstabes (20) dient.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung durch ein bewegliches Verriegelungsorgan (40) gebildet ist, das zwischen einem am Regelstab (20) befestigten Pufferteil (41) und dem Kolben (39) der Schnellabschaltvorrichtung angeordnet ist und das so ausgebildet ist, daß es sich bei einer Verminderung der Entfernung zwischen Pufferteil (41) und Kolben (39) seitwärts nach außen bewegt und dadurch in eine Ausnehmung (46) in dem Zylinder (21) einrastet, und daß ein Anschlag (45) in dem Zylinder (21) vorhanden ist, an dem der Pufferteil (41) anstößt, wenn der Regelstab die Abschaltstellung erreicht.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Verriegelungsorgan (40) Gelenkverbindungen (47, 48) in Kniehebelausbildung aufweist.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (46) ringförmig und mit schrägen Flächen (64) versehen ist.

8. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden dler beweglichen Verriege>lungsvorrichtung (40) mit Rollen (49) versehen sind.

9. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferteil (41) ebenfalls als Kolben ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 682 785, 2 756 857;
M. E. Schultz, »Control of Nuclear Reactors and Power Plants«, 1955, S. 109 bis 112.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 309 548/264 3.