DE1160559B - Hydraulischer Antrieb fuer Kernreaktor-Regelorgane - Google Patents

Description

• Hydraulischer Antrieb für Kernreaktor-Regelorgane Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für Kernreaktor-Regeloragne, die sich in Führungsrohren innerhalb und außerhalb des Reaktorkernes bewegen sowie mit einem in den Führungsrohren beweglichen Kolben verbunden sind, der vom Kühlmittel des Reaktors beaufschlagt wird und mit Hilfe der im Kühimittelkreislauf auftretenden Druckunterschiede bewegbar ist.
• Zur Steuerung von Kernreaktoren werden neutronenabsorbierende Stäbe verwendet, die mehr oder weniger tief in den Reaktorkern eingefahren werden. Da diese Regelstäbe in besonderen Führungsrohren gleiten, kann normalerweise ein magnetischer Antrieb nur durch deren Wand hindurch erfolgen. Vielfach ist es üblich, einen elektromagnetischen Schrittheberantrieb anzuwenden; es sind außerdem bereits hydraulische Antriebe mit einer elektromagnetischen Halte-und Bremsvorrichtung vorgeschlagen worden, um die Ausbildung der Magnete zu vereinfachen. Es sind ferner Abschaltvorrichtungen für flüssigkeitsgekühlte Kernreaktoren bekannt, bei denen sich neutronenabsorbierende Elemente in Führungsrohren innerhalb des Reaktrokerns bewegen und das Reaktorkühlmittel unter Ausnutzung der im Kühlmittelkreislauf auftretenden Druckunterschiede als hydraulisches Antriebsmittel dient. Diese Einrichtungen sind mit Ventilen versehen, die eine Umkehrung der Kühlmittelströmung in den Führungsrohren ermöglichen. Eine stufenweise Regelung der Reaktorleistung ist mit dieser Einrichtung allerdings nicht möglich. Es ist auch bekannt, den Regelstab mittels eines an ihm befestigten ferromagnetischen Teiles, an einem außerhalb des Führungsrohres bewegten Magneten elektromagnetisch »aufzuhängen«.
• Da ein solcher Regelstab 50 bis 200 kg wiegen kann, sind aber in letzterem Fall sehr kräftige und große Haltemagnete erforderlich. Bei Hochdruckreaktoren und den dort erforderlichen großen Wandstärken der Führungsrohre kann es sogar vorkommen, daß eine direkte magnetische Aufhängung des Regelstabes nahezu technisch unmöglich ist. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist bei dem vorliegenden hydraulischen Antrieb erfindungsgemäß eine außerhalb des Führungsrohres entlang desselben bewegbare Scelleinrichtung angeordnet, welche einen im Inneren des Rohres befindlichen Drosselschieber magnetisch mitführt, der zusammen mit Druckausgleichsöffnungen im Kolben zur Steuerung des den Kolben beaufschlagenden Kühlmittels dient.
• Bei dieser Anordnung hat der außerhalb des Rohres befindliche und in der Höhe einstellbare Magnet lediglich ein Ankergewicht von etwa 2 kg im Inneren des Rohres zu halten, woraus allein schon der große Vorteil dieser neuen Anordnung gegenüber dem bisher Bekannten ersichtlich ist.
• F i g. 1 zeigt den Aufbau des hydraulischen Antriebes nach der Erfindung in Verbindung mit dem schematisch angedeuteten Kühhnittelkreislauf eines Reaktors; F i g. 2 und 3 zeigen eine spezielle Ausführungsform des durch das äußere Magnetfeld gehaltenen Ankers.
• F i g. 1 zeigt den Kessel 1 eines z. B. wassergekühlten Reaktors mit dem schematisch gezeichneten Primärkreis, bestehend aus Wärmetauscher 2 und Pumpe 3. Der rohrförmige Regelstab 4 bewegt sich in einem Führungsrohr 5, dessen Inneres über die öffnungen 6 mit dem Kühlmittelaustrittsdruck beaufschlagt wird. Außerhalb des Kessels erweitert sich das Führungsrohr zu einem »Fingerhut« 7, in welchem der am Regelstab 4 befestigte Kolben 8 sowie der Anker 9 mit verhältnismäßig großem Spiel gleiten bzw. auf Rollen laufen kann. Der Kolben 8 setzt sich nach oben in einem Gehäuse fort, in welchem der Anker 9 beweglich angeordnet ist. Das Gehäuse trägt am oberen Ende eineu. Dichtungsteller 17, der in der obersten Endlage des Regelstabes die öffnung 18 des Fingerhutes abdeckt und damit eine, in diesem Falle unnötige Druckausgleichsströmung des Kühlmittels verhindert. In gleichem Sinne wirkt der mit dem Anker 9 verbundene Teller 19, der die Öffnung 20 des Dichtungstellers 17 in der genannten Endlage zu dem gleichen Zweck verschließt.
• Mit dem Anker ist ein Schieber 10 verbunden, der die Öffnungen 11 des Kolbens mehr oder weniger, ebenfalls mit großem Spiel, öffnet oder schließt. Der Anker 9 hängt magnetisch an dem Elektromagneten 12, der außen auf dem Fingerhut 7 gleitet und z. B. durch Kette und Schneckengetriebe vom Motor 13 in die gewünschte Stellung bewegt wird. Am oberen Ende des Fingerhutes 7 ist ein Magnetventil 14 angeordnet, das das Innere des Fingerhutes über die Leitung 15 mit dem Primärkreislauf zwischen Wärmetauscher und Pumpe, also einen Raum niedrigeren Druckes, verbindet. Das Ventil 14 ist weiter mit der Leitung 16 mit der Druckseite der Pumpe 3 verbunden.
• Die Funktion dieser Anordnung läßt sich kurz folgendermaßen darstellen: Durch das Führungsrohr 5 bildet sieh eine Druckausgleichsströmung, die durch die Bohrung 6 eintritt, sich über den Kolben 8, die Öffnung 11, den Dichtungssitz 18 sowie über das Magnetventil 14 und die Leitung 15 ausbildet. Wird nun der Anker an einer bestimmten Stelle des Fingerhutes magnetisch festgehalten, so hebt der Strömungsdruck den ganz lose sitzenden Kolben mitsamt dem Regelstab soweit an, bis der an dem Anker 9 durch Federkraft (26) anliegende oder mit ihm verbundene Schieber 10 einen Teil der Öffnungen 11 freigibt. Durch diese Öffnungen erfolgt ein Druckausgleich, so daß automatisch der verbleibende hydraulische Druckunter dem Kolben 8 dem Rcgelstabgewicht das Gleichgewicht hält. Wird nun der Anker nach oben bewegt, so verdeckt der Schieber 10 wieder die Öffnung 11, der Druck am Kolben 8 steigt und hebt denselben mit dem Regelstab so lange, bis über die Öffnungen 11 der Druckausgleich in der neuen gewünschten Lage erfolgt. Im umgekehrten Falle, wenn der Anker durch den Außenmagneten 12 nach abwärts bewegt wird, werden die Öffnungen 11 weiter als normal geöffnet, so daß kein ausreichender hydraulischer Gegendruck gegenüber dem Gewicht des Regelstabes mehr vorhanden ist. Letzterer wird durch sein Eigengewicht absinken, bis durch die dadurch hervorgerufene Drosselung der Öffnungen 11 der Gleichgewichtszustand wiederhergestellt ist. Auf den Schieber wirken dabei keinerlei Kräfte, da derselbe mit den Öffnungen 27 versehen ist. Auf diese Art und Weise ist es möglich, mit nur geringen magnetischen Kräften die Steuerung des hydraulischen Antriebes durchzuführen, also eine sehr große »Kraftverstärkung« zu erzielen. Wie bereits erwähnt, wird die Druckausgleichsströmung in der ob:rsten Endlage eines Regelstabes durch einen ventilartigen Abschluß 17, 18, 19 und 20 unterbunden, wobei darauf hingewiesen wird, daß diese Abdichtungsteile genau wie Kolben und Schieber keinerlei Präzisionselemente darstellen, da es nicht erforderlich ist, überall eine 100°/aige Dichtung zu erzielen. Im Falle der Gefahr, wenn der Reaktor sofort abgeschaltet werden muß, wird das Magnetventil 14 ausgelöst. Dieses gibt aus der Leitung 16 hohen Druck von oben auf den Kolben 8, so daß dieser mit großer Geschwindigkeit den Regelstab 4 in den Reaktorkern einfährt. Um diesen Vorgang ohne Verzögerung einsetzen zu lassen, wird gleichzeitig der Elektromagnet 12 abgeschaltet.
• F i g. 2 zeigt im Längsschnitt eine besondere Ausführungsform des Ankers 9 und F i g. 3 einen Querschnitt desselben. Der Anker ist in diesem Fall nicht starr ausgebildet, sondern besteht aus schwenkbar angeordneten Zylindersegmenten 22, die über die Rollen 21 an der Innenwand des Fingerhutes 7 laufen. Dies ist allerdings nur der Fall, wenn der Magnet 12 eingeschaltet ist. Im Falle einer Stromunterbrechung desselben kippen diese Zylindersegmente um die Drehstellen 25 infolge der nunmehr wirkenden Druckfedern 23 und legen sich mit ihren unmagnetischen Reibschuhen 24, die normalerweise frei liegen, an die Innenwand des Fingerhutes an. Dadurch klemmen sie sich an dieser Stelle fest. Auch durch eine große Kraft von unten, wenn also der Regelstab nach oben fahren möchte, kann der Anker nicht verschoben werden, da bei entsprechender Lage der Drehpunkte 25 und Reibschuhe 24 Selbsthemmung auftritt.
• Daraus geht hervor, daß der vorliegende Regelstabantrieb für Kernreaktoren folgende große Vorteile bietet: 1.. geringe Größe des Stellmagneten 12, 2. einfache Bewegung dieses Magneten mittels üblicher Antriebsmittel, 3. große Stehgeschwindigkeit auch bei großen Regelstabgewichten, 4. beschleunigte Abschaltung aus jeder Betriebslage, 5. funktionssichere Ausbildung der in der Druckausgleichsströmung des Reaktorkühlmittels liegenden Teile wie Kolben 8, Schieber 10, Anker 9 sowie der Dichtunosteller 17 und 19.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Hydraulischer Antrieb für Kernreaktorregelorgane, die sich in Führungsrohren innerhalb und außerhalb des Reaktorkernes bewegen sowie mit einem in den Führungsrohren beweglichen Kolben verbunden sind, der vom Kühlmittel des Reaktors beaufschlagt wird und mit Hilfe der im Kühlmittelkreislauf auftretenden Druckunterschiede bewegbar ist, gekennzeichnet durch eine außerhalb des Führungsrohres angeordnete, entlang desselben bewegbare Steheinrichtung, welche einen im Inneren des Rohres befindlichen Drosselschieber magnetisch mitführt, der zusammen mit Druckausgleichsöffnungen im Kolben zur Steuerung des den Kolben beaufschlagenden Kühlmittels dient.
2. 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhe-Endlagc der Regelorgane einfache Dichtungsteller zur Unterbindung der Druckausgleichsströmung vorgesehen sind.
3. 3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steheinrichtung aus einem Elektromagneten besteht, dessen zugehöriger Anker im Inneren des Rohres mit dem zylinderförmigen Drosselschieber kraftschlüssig verbunden ist.
4. 4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mit Rollen versehen ist und gelenkig gelagerte Eisenschuhe mit Reibflächen hat, die sich bei Ausfall des Elektromagneten durch Federn an die Innenwandung der Rohre pressen.
5. 5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker durch entsprechende Lage der Drehpunkte und der Berührungspunkte der Reibschuhe gegenüber der Innenwandung der Rohre selbsthemmend gegen eine unzulässige Erhöhung des Druckunterschiedes des Kühlmittels im Sinne einer Aufwärtsbewegung des Regelstabes ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1052 000. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1091246.