DE1154883B - Betaetigungsvorrichtung fuer einen Steuerstab eines Kernreaktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

H 39889 Mc/ 21g

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

8. JULI 1960

26. SEPTEMBER 1963

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für einen Steuerstab eines Kernreaktors mit einem Elektromotor zur Verschiebung des Steuerstabes bezüglich des Reaktorkernes und mit einer bei Störungen freigebenden Sperre, die den Steuerstab dann in die voll wirksame Lage in den Kern fallen läßt.

Eine bekannte Betätigungsvorrichtung für einen Steuerstab eines Kernreaktors enthält einen Antriebsmotor zum Heben und Senken des Steuerstabes, der auf eine Gewindestange wirkt. Die Gewindestange ist mit dem eigentlichen Steuerstab über einen Hubmagneten verbunden, der über eine Sicherheitsleitung des Reaktors gespeist wird. Bei Stromausfall gibt der Magnet den Steuerstab frei und dieser kann dann in den Reaktorkern fallen und die Reaktivität entsprechend herabsetzen. Es ist auch bekannt, einen mit einer entsprechenden Magnetkupplung versehenen Brennstoffstab von unten in einen Reaktorkern einzuführen. Bei Störungen wird die Magnetkupplung gelöst und der Brennstoffstab fällt dann nach unten aus dem Reaktorkern heraus.

Die bekannten Anordnungen benötigen zusätzliche Elektromagnete und besitzen außerdem den Nachteil, daß sie nicht direkt auf Störungen des Antriebsmotors ansprechen.

Durch die Erfindung soll nun eine Betätigungsvorrichtung für einen Steuerstab eines Kernreaktors angegeben werden, der diese Nachteile vermeidet.

Eine Betätigungsvorrichtung für einen Steuerstab eines Kernreaktors mit einem Elektromotor zur Ver-Schiebung des Steuerstabes bezüglich des Reaktorkernes und mit einer bei Störungen freigebenden Sperre, die den Steuerstab dann in die voll wirksame Lage in den Kern fallen läßt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor so ausgebildet ist, daß er, solange er mit elektrischem Strom versorgt ist, eine in Längsrichtung der Motorwelle wirkende Kraft erzeugt, unabhängig davon, ob der Motor läuft oder nicht, und daß diese Axialkraft Sperrklinken der Sperre im verriegelten Zustand hält.

Die Erfindung kann in der verschiedensten Weise in die Praxis umgesetzt werden. Sie soll im folgenden am Beispiel eines Kernreaktors beschrieben werden, der eine Anzahl von Steuerstäben enthält, die den Reaktorkern umgeben und zwischen einer Stellung, in der sie sich vollständig innerhalb von Bohrungen im Reaktorkern befinden, und einer Stellung in der sie völlig herausgezogen oberhalb des Kernes angeordnet sind, verstellt werden können.

Fig. IA, IB und IC zeigen Schnittansichten aufeinanderfolgender Teile eines Steuerstabes und der zugehörigen Halterungsanordnung; Betätigungsvorrichtung für einen Steuerstab eines Kernreaktors

Anmelder:

The De Havilland Engine Company Limited, Leavesden, Hertfordshire (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold, Patentanwälte,

München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 9. Juli 1959 (Nr. 23 680)

Francis Robert Bell, London, ist als Erfinder genannt worden

Fig. 2 stellt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Fig. IA in einem vergrößerten Maßstab dar, wobei die Sperre, eingerastet ist;

Fig. 3 zeigt eine Fig. 2 entsprechende Ansicht, jedoch mit ausgeklinkter Sperre, und

Fig. 4 zeigt eine einem Teil der Fig. 3 entsprechende Ansicht, wobei die Sperre wieder eingerastet ist.

Der Steuerstab 11 enthält ein rohrartiges, langgestrecktes Teil mit nicht dargestellten einander radial gegenüberliegenden Flügeln aus Borkarbid oder einem anderen Neutronen absorbierenden Stoff. Der Steuerstab kann in senkrechter Richtung innerhalb eines Führungsrohres 12 verschoben werden, das sich von oberhalb einer für den Steuerstab bestimmten Bohrung in der Innenfläche eines den eigentlichen Reaktorkern umgebenden Graphitreflektors 13 (Fig. IC) bis zu einem Punkt erstreckt, der genügend weit oberhalb des Reaktorkerns liegt, um ein völliges Entfernen des Steuerstabes aus dem Reaktorkern zu ermöglichen.

Der rohrförmige Steuerstab 11 ist mit einem Innengewinde versehen, so daß er durch Drehen eines mit einem entsprechenden Außengewinde versehenen Betätigungsrohrs 14, das in den Steuerstab hineinreicht, gehoben oder gesenkt werden kann.

Das Betätigungsrohr 14 ist innen mit Längsnuten versehen und sitzt auf einer entsprechend genuteten Antriebswelle 15, durch die es gedreht werden kann.

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Die Antriebswelle 15 wird an ihrem oberen Ende über ein Epizyldengetriebe 16 mittels eines regelbaren Elektromotors 17 angetrieben.

Das Betätigungsrohr 14 und der Steuerstab 11, die über das Gewinde miteinander im Eingriff stehen, würden unter dem Einfluß der Schwerkraft entlang den Nuten der Antriebswelle 15 auf den Grund des Steuerkanals im Reaktor fallen, wenn keine Mittel vorgesehen wären, diese beiden Elemente abzustützen. Normalerweise wird das Betätigungsrohr 14 jedoch durch einen Sperrmechanismus 18 am oberen Ende der Antriebswelle 15 gehalten, der Sperrmechanismus 18 ist dabei so ausgebildet, daß er eingeklinkt bleibt, solange elektrische Leistung für den Antriebsmotor 17 verfügbar ist, jedoch selbsttätig ausklinkt, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird.

Das obere Ende des Betätigungsrohres 14 ist verdickt und bildet einen Käfig 19 für einen Ring von Kupplungskugeln, deren Durchmesser annähernd gleich dem radialen Abstand zwischen den Spitzen der Nuten in der Antriebswelle 15 und dem vergrößerten Außendurchmesser des Betätigungsrohres 14 ist. Die Antriebswelle 15 ist oberhalb der Nuten bei 22 verdickt, so daß die Kugeln 21, wenn sie auf diese Höhe gehoben werden, radial nach auswärts gedrückt werden und über ihren Käfig 19 herausreichen; in dieser Lage ruhen sie auf einem Sitz, der durch einen ringförmigen inneren Bund in einer Traghülse 23 gebildet wird, die das Oberteil der Antriebswelle 15 umgibt und auf das obere Ende des Führungsrohresl2 über ein auch Schubkräfte aufnehmendes Kugellager 24 gelagert ist. Zwischen einem äußeren Ringflansch 26 auf der Hülse 23 und einem entsprechenden, mit dem oberen Ende der Antriebswelle 15 oberhalb der Hülse verbundenen Flansch 27 ruht eine kräftige Druckfeder 25, die den den Sitz bildenden Teil der Hülse 23 umfaßt. Die Feder ist stark genug, das Gewicht der Antriebswelle 15, des Betätigungsrohres 14 und des Steuerstabes 11 aufzunehmen und hebt diese Teile, wenn die Stromzufuhr zum Antriebsmotor 17 unterbrochen wird, hoch, so daß der verdickte Teil 22 am oberen Ende der Antriebswelle über den inneren Bund in der Hülse 23 zu hegen kommt und die Kugeln 21 von ihrem Sitz nach innen rollen können.

■ Unter diesen Umstanden hindert den Steuerstab 11 natürlich nichts mehr daran, unter Überwindung der geringen Reibungskräfte, die beim Gleiten des Betätigungsrohres 14 längs der Nuten in der Antriebswelle 15 auftreten, auf den Grund des Führungsrohres 12 zu fallen, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Der vorzugsweise feldgeregelte Antriebsmotor 17 ist jedoch so ausgebildet, daß solange elektrische Leistung verfügbar ist, Strom durch eine Wicklung des Rotors fließt, wodurch dieser nach unten gedrückt wird. Dieser zusätzliche auf das obere Ende der Antriebswelle 15 ausgeübte Schub reicht aus, die nach oben gerichtete Kraft der Feder 25 zu überwinden, so daß immer dann, wenn elektrische Leistung verfügbar ist, gleich ob der Motor 17 zum Heben oder Senken des Steuerstabes 18 läuft oder nicht, der verdickte Teil 22 der Antriebswelle 15 so weit nach unten gedrückt wird, daß er gerade unter den inneren Bund in der Hülse 23 zu liegen kommt und verhindert, daß die Kugeln 21 ihren Sitz verlassen. Unter diesen Umständen wird das Gewicht der Antriebswelle 15, des Betätigungsrohres 14 und des Steuerstabes 11 über die Kugeln 21 auf die Traghülse 23 übertragen und von dieser auf das Schub- und Drehlager 24, wie die Fig. IA und 2 zeigen.

Beim normalen Betrieb wird eine Drehung des Antriebsmotors 17 über ein epizyklisches Untersetzungsgetriebe 16 auf das obere Ende der Antriebswelle 15 übertragen, die ihrerseits das Betätigungsrohr 14 mitnimmt; durch das Außengewinde wird dann diese Drehung in eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Steuerstabes 11 umgesetzt, je nachdem in welcher Richtung der Motor läuft.

Bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr wird jedoch der Sperrmechanismus 18 in der oben beschriebenen Weise freigegeben, und der Steuerstab 11 fällt augenblicklich in die tiefstmögliche Stellung innerhalb des Reflektors im Reaktorkern, so daß die Aktivität im Reaktorkern soweit wie möglich herabgesetzt wird.

Auf diese Weise ist eine Sicherung vorgesehen, durch die der Reaktor sofort stillgelegt wird, wenn die Stromversorgung ausfällt.

Wenn wieder elektrische Energie verfügbar ist, genügt es, den Elektromotor 17 in der Richtung laufen zu lassen, die im normalen Betrieb einem Absenken des Steuerstabes 11 entspricht, da dadurch das Betätigungsrohr 14 entlang der genuteten Antriebswelle 15 aus dem Steuerstab 11 herausgeschraubt wird und hochsteigt, bis die Kupplungskugeln 21 das obere Ende 22 der Antriebswelle 15 erreichen und durch eine konische Innenfläche in der Hülse 23 unterhalb des Sitzes der Kugeln nach innen gedrückt werden und die Antriebswelle beim Auflaufen auf das untere Ende des verdickten Teiles 22 geringfügig anheben, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Oberhalb des Sitzes werden die Kugeln dann durch den nach unten gerichteten Schub der Antriebswelle 15 nach außen auf den Sitz gedrückt, wobei dann die Antriebswelle in den in Fig. 2 dargestellten verriegelten Zustand zurückfällt, indem die Kugeln 21 auf dem Sitz ruhen.

Der Motor hat einen Schnellgang zu diesem Hochdrehen, und dieser Schnellgang kann auch in der umgekehrten Richtung benutzt werden, wenn sich der Reaktor in einem Schiff befindet und ein freier Fall der Stäbe infolge einer Schlagseite des Schiffes nicht möglich ist.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um den Fall am Grunde des Reaktorreflektors abzubremsen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Betätigungsvorrichtung für einen Steuerstab eines Kernreaktors mit einem Elektromotor zur Verschiebung des Steuerstabes bezüglich des Reaktorkernes und mit einer bei Störung freigegebenen Sperre, die den Steuerstab dann in die voll wirksame Lage in den Kern fallen läßt, da durch gekennzeichnet, daß der Elektromotor so ausgebildet ist, daß er, solange er mit elektrischem Strom versorgt ist, eine in Längsrichtung der Motorwelle wirkende Kraft erzeugt, unabhängig davon, ob der Motor läuft oder nicht, und daß diese Axialkraft Sperrklinken (21) der Sperre im verriegelten Zustand hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungseinrichtung (25) die Sperre (18) in den freigegebenen Zustand mit einer Kraft drückt, die im Normalbetrieb

durch die in Axialrichtung wirkende Kraft des Elektromotors zu überwinden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Verriegelungsteil (22), auf das die in Axialrichtung wirkende Kraft wirkt und das die Sperre im verriegelten Zustand hält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungsteil (22) auf einem Teil einer Welle (15) besteht, die zum Verstellen des Steuerstabes dient.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen feldgesteuerten Antriebsmotor.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 786 486, 795 565.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen