DE1198945B - Regelstabantrieb fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21d

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G 35776 VIII c/21:
23. August 1962
19. August 1965

Die Erfindung betrifft einen Regelstabantrieb für Kernreaktoren mit einer den Regelstab tragenden Leitspindel, einem Elektromotor, weicher unter Normalbedingungen den Antrieb der Leitspindel übernimmt und die Feineinstellung des Regelstabs relativ zum Reaktorkern bewirkt und einen weiteren, die Leitspindel mit größerer Drehzahl als der Elektromotor drehenden Motor, der die Schnellabschaltung des Reaktors bewirkt.

Regelstabantriebe dieser Art sind bekannt und sind notwendig, um einerseits bei Kernreaktoren durch Feineinstellung der Regelstäbe die Reaktorleistung genau regeln zu können und um andererseits im Notfall durch Einschießen der Regelstäbe den Reaktor schnell abschalten zu können.

Bei bekannten Regelstabantrieben sitzt ein hoher Geschwindigkeit fähiger Elektromotor und ein der Feineinstellung dienender Synchronmotor auf einer Welle, mit der sie jederzeit verbunden sind. Diese Ausführungsform hat Nachteile: Wenn der Regelstab durch den Schnelläufermotor in den Reaktorkern eingeschossen werden soll, so erzeugt der Synchronmotor einen Widerstand, der die Einschießgeschwindigkeit des Regelstabs vermindert und so die Abschaltung des Reaktors verzögert. Andererseits behindert bei der Feineinstellung durch den Synchronmotor der Schnellläufermotor diese Feineinstellung, indem er ebenfalls einen Bewegungswiderstand erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regelstabantrieb anzugeben, mit dem die Regelstäbe notfalls ohne jede Behinderung durch einen Feineinstellungsmotor eingeschossen werden können und mit dem andererseits im Normalbetrieb eine Feineinstellung ohne wesentliche Behinderung durch den der Schnellabschaltung des Reaktors dienenden Motor möglich ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schnellabschaltmotor ein Strömungsmotor ist, und daß zwischen dem Elektromotor und der Leitspindel eine Kupplung vorgesehen ist, welche den Elektromotor bei Überschreiten einer bestimmten, durch den Strömungsmotor hervorgerufenen Drehzahl von der Leitspindel automatisch trennt.

In der Praxis kann eine solche Konstruktion in der Weise ausgeführt werden, daß zwischen dem Regelstab und der Leitspindel eine Hohlwelle eingeschaltet ist, welche mit der Leitspindel durch eine Verschraubung in Verbindung steht und gegen Verdrehung gesichert ist, so daß sie bei Verdrehung der Leitspindel eine Axialverschiebung erfährt und daß der Strömungsmotor unmittelbar an eine Verbindungsquelle Regelstabantrieb für Kernreaktoren

Anmelder:

General Dynamics Corporation, New York,

N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt: "

Basil Cromey Hawke, San Diego, Calif.;
Fred Joseph Liederbach, Medford Lakes, N. J.;
Walter Lones, San Diego, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. August 1961
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angeschlossen ist, die über eine Kupplung mit der Leitspindel in Verbindung steht.

Um zu verhindern, daß ein Regelstab nach vollständigem Einschießen in den Reaktor eine abrupte Abbremsung erfährt, kann man den Strömungsmittelzufluß zu dem Strömungsmotor durch ein erstes Ventil steuerbar machen, welches durch die Leitspindel in der Weise betätigt wird, daß der Strömungsmotor langsamer läuft, wenn der zugehörige Regelstab sich seiner vollständig eingefahrenen Stellung im Reaktorkern nähert. Man kann den Strömungsmittelzufluß und den Strömungsmittelabfluß des Strömungsmotors durch ein zweites Ventil mit Hilfe einer Umgehungsleitung im normalen Stellbetrieb unter Umgehung des Strömungsmotors verbinden und dadurch erreichen, daß im normalen Stellbetrieb der Strömungsmotor die Feineinstellung nicht behindert.

Der zwischen Elektromotor und Leitspindel wirksamen Kupplung kann eine Bremse zugeordnet werden, welche bei Abschaltung des Elektromotors ein Uberschwingen des Elektromotorläufers verhindert.

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Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Figu- der oberen Kapsel 33 zu verwehren und um das Entrenbeschreibung. Diese nimmt auf F i g. 1 bis 4 Bezug. weichen von Reaktorgasen zu verhindern, wenn die In diesen stellt dar beiden Behälterabschnitte voneinander gelöst werden,

F i g. 1 eine Teilansicht eines Regelstabantriebs, ist im unteren Behälterabschnitt 35 eine Abdichtung 37

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt nach Linie 2-2 5 geschaffen, welche die Leitspindel 19 knapp unterder Fig. 1, wobei insbesondere eine nur in einer halb der nur in einer Übertragungsrichtung wirksamen Übertragungsrichtung wirksame Kupplung erkenn- Kupplung 21 umgibt. Der Ausschluß von Reaktorbar ist, gasen aus der oberen Kapsel erlaubt es überdies, die

F i g. 3 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 2 bei ande- in dieser oberen Kapsel untergebrachten Teile des

rer Betriebsstellung der Kupplung, io Regelstabantriebs durch ein unabhängiges geschlosse-

F i g. 4 eine vergrößerte Teilansicht der antriebs- nes Kühlsystem zu kühlen. Die Folge ist, daß die im

seitigen Kupplungshälfte. oberen Behälterabschnitt 33 untergebrachten Betriebs-

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt der Regelstab- teile unter viel kühlerer Betriebstemperatur gehalten antrieb einen Behälter 11, welcher auf einer Abschir- werden können als sie könnten, wenn Reaktorgase mungswand 12 eines Kernreaktors 14 befestigt ist und 15 Zutritt zu ihnen hätten; sie können deshalb billiger verschiedene Betriebsteile des Regelstabantriebs auf- ausgeführt werden. Dichtungen verhindern den Gasnimmt. Zu diesen Teilen zählt eine Antriebswelle 13, austritt an der Stoßstelle zwischen dem unteren und welche durch den Behälter 11 derart getragen ist, daß dem oberen Behälterabschnitt. Der obere Behältersie einer Axialbewegung in Richtung auf den Reaktor- abschnitt 33 umfaßt verschiedene Tragteile, auf denen kern hin und von diesem weg fähig ist; eine Leitspin- 20 die Antriebsteile getragen und gelagert sind. Zu diedel 19 ist mit dieser Antriebswelle verbunden, und sen Tragteilen gehört eine Plattform 39, welche den zwar über eine Verschraubung, derart, daß durch Ver- oberen Behälterabschnitt in eine obere und eine undrehung der Leitspindel eine Axialbewegung der An- tere Kammer 41 bzw. 43 unterteilt und eine zylintriebswelle hervorgerufen wird. Die Leitspindel steht drische Hülse 45, welche von der Plattform 39 nach mit einer Verbindungswelle 17 über eine nur in einer 25 unten hängt und die untere Kammer 43 in einen kon-Übertragungsrichtung wirksamen Kupplung 21 in zentrischen inneren und äußeren Raum 47 und 49 Verbindung. Dadurch, daß die Kupplung nur in einer unterteilt. Am oberen Ende des oberen Behälters 29 Übertragungsrichtung wirksam ist, werden uner- ist ein Schraubdeckel 51 aufgesetzt, welcher abgenomwünschte Bewegungen der Antriebswelle in axialer men werden kann, um Zutritt nach dem Innenraum Richtung unterbunden. Die Verbindungswelle 17 ist 30 des oberen Behälterabschnitts zu schaffen. Eine Dichaus dem gleichen Grunde lösbar mit der nur in einer tung 53 ist zwischen dem Schraubdeckel 51 und dem Übertragungsrichtung wirksamen Kupplung 21 ver- oberen Behälterabschnitt vorgesehen. Vorzugsweise bunden, was den weiteren Vorteil bietet, daß ein ist in dem Schraubdeckel 51 auch ein Stopfen 55 in oberer und ein unterer Teil des Regelstabantriebs Flucht mit der Achse der Leitspindel 19 vorgesehen, leichter voneinander gelöst werden können. Beim 35 Dieser Stopfen wird entfernt, um die Trennung des Schnellabschalten wird die Leitspindel durch einen Regelstabs von der Antriebswelle 13 zu erleichtern. Strömungsmotor 23 angetrieben; dieser ist direkt mit Der untere Behälterabschnitt 35 umfaßt einen Hauptder Antriebswelle 17 verbunden. Unter Normalbedin- abschnitt 57, welcher mit seinem oberen Behälter am gungen wird die Leitspindel durch einen Stellmotor oberen Behälterabschnitt 33 befestigt ist und eine Ver-27 angetrieben, der über eine Kupplung 25 an die 40 längerung 59, welche an das untere Ende des Haupt-Verbindungswelle 17 angeschlossen ist. Die Kupplung abschnitts 57 angeschraubt ist; die Verlängerung ragt 25 trennt den Stellmotor 27 von der Verbindungs- in die Abschirmung 12 des Reaktors 14 hinein. Im welle 17 dann, wenn Abschaltbedingungen eintreten Falle eines gasgekühlien Reaktors ist die Verlänge- und folglich der Strömungsmotor den Antrieb über- rung 59 am oberen Ende eines den Reaktorkern entnimmt: es wird dann die Verbindung zwischen dem 45 haltenden Druckgefäßes befestigt. Druckmittel für den Antriebsmotor 27 und der Leitspindel 19 gelöst. Der Antrieb des Strömungsmotors 23 kann innerhalb oder Regelstabantrieb umfaßt weiter ein Abschaltventil 29, außerhalb des Behälters 11 untergebracht werden. In welches Strömungsmittelzufluß nach dem Strömungs- der hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsmotor gestattet, wenn Abschaltbedingungen in dem form ist das Druckmittel in einem Druckbehälter 63 Reaktor eintreten; die Leitspindel läuft dann mit der 50 untergebracht; dieser Behälter 63 ist dadurch gebildet, Drehzahl des sehr schnellen Strömungsmotors um, daß der Hauptteil 57 des unteren Behälterabschnitts und die Antriebswelle 13 führt den Regelstab sehr mit Doppelwänden 65, 67 ausgeführt ist. Dadurch ist rasch in den Reaktorkern hinein; schließlich ist ein eine zur Antriebswelle 13 konzentrische Kammer geDrosselventil 31 vorgesehen, welches die Regelung bildet. An den Behälter 63 schließt sich eine Versordes Abschaltmotors 23 dann übernimmt, wenn der 55 gungsleitung 69 an, welche nach einer Strömungs-Regelstab sich seiner inneren Endstellung im Reaktor- mittellieferstelle führt; nächst dem Behälter 63 beimkern nähert; der Antrieb wird dann verlangsamt. Das dei sich ein Absperrventil 71, welches das Entweizum Betrieb des Strömungsmotors verwendete Strö- chen des Strömungsmittels aus dem Behälter verhinmungsmittel ist zweckmäßig ein Gas, etwa Helium. dert für den Fall, daß die Versorgungsleitung 69 zu Der Behälter 11 umfaßt eine obere Kapsel 33 und 60 Bruch gehen sollte. Die Leitspindel 19 ist vorzugseinen unteren Abschnitt 35, welche lösbar aneinander weise aus einem Rohr 15 hergestellt, so daß man angeschlossen sind, beispielsweise durch Bolzen; der durch das Innere der Leitspindel und der Antriebsobere Abschnitt kann also von dem unteren getrennt welle Zugang zu einer Kupplungsvorrichtung 68 erwerden; der obere Abschnitt 33, also die Kapsel, nimmt langt, welches am unteren Ende der Antriebswelle bedie Motoren 23 und 27 auf und auch die Verbindungs- 65 festigt ist und der lösbaren Befestigung eines Regelwelle 17; im unteren Behälterabschnitt 35 sind die stabs am Regelstabantrieb dient. Wie bereits ausge-Leitspindel 19 und der obere Teil der Antriebswelle führt, ist die Verbindungswelle 17 im wesentlichen im 13 untergebracht. Um Reaktorgasen den Zutritt nach oberen Behälterabschnitt 33 untergebracht und mit

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der Leitspindel 19 verbunden, die sich im unteren Be- von einer begrenzten Dämpfungsbeweglichkeit abhälterabschnitt 35 befindet. Die Verbindungswelle ist sieht; weiter umfaßt die Kupplung eine ausgangsseitige ebenfalls rohrförmig ausgebildet, so daß auch durch Kupplungshälfte 93, welche durch den äußeren Kuppsie der Zugang zu dem Kupplungsgerät 68 nicht be- lungskranz 91 drehbar gelagert und am oberen Ende hindert wird. Im oberen Behälterabschnitt 33 ist die 5 der Leitspindel 19 festgekeilt ist, und eine eingangs-Verbindungswelle 17 gelagert, teils durch die Kupp- seitige Kupplungshälfte 95, welche ebenfalls durch lung 25, teils durch ein Lager 73, welches am Boden den äußeren Kupplungskranz 91 drehbar gelagert ist des oberen Behälterabschnitts angebracht ist. Im un- und durch eine Keilnutenverbindung 96 mit dem unteren Behälterabschnitt 35 ist die Leitspindel 19 mit teren Ende der Verbindungswelle 17 verbunden ist. ihrem oberen Ende mittels eines Lagers 75 gelagert; io An der eingangsseitigen Kupplungshälfte 95 sind, wie das Lager 75 ist auf einem Flanschring 77 befestigt, am besten aus F i g. 2, 3 und 4 ersichtlich, Finger 97 der etwas unterhalb des oberen Endes des Haupt- angeordnet, welche in einen Ringraum 98 zwischen abschnitts 57 des unteren Behälterabschnitts unter- der ausgangsseitigen Kupplungshälfte 93 und dem gebracht ist; eine weitere Lagerstelle ist gebildet durch äußeren Kupplungskranz 91 eingreifen. Ferner sind ein unteres Lager 76, welches unterhalb des Flansch- 15 in dem Ringraum eine Reihe von Spreizkörpern 99 rings 77 sitzt. Das obere Lager 75 ist derart ausgebil- untergebracht, und zwar ist jeweils ein Paar von ihnen det, daß es das obere Ende der Leitspindel 19 dreh- jedem Finger 97 zugeordnet: Zu beiden Seiten jedes bar aufnimmt, Axialverschiebungen der Leitspindel in Fingers befindet sich nämlich jeweils ein Spreizkörper, beiden Richtungen jedoch widersteht. Ein Dichtring Die Spreizkörper 99 sind durch einen Spreizkörper-79 ist zwischen dem Flanschring 77 und dem Behälter 20 haltering 101 in ihrer Lage gesichert.
35 vorgesehen, um eine dichte Verbindung zwischen Aus F i g. 2 ergibt sich, daß bei Antrieb der eindiesen Teilen zu verschaffen. Zwischen den Lagern 75 gangsseitigen Kupplungshälfte 95 durch die Verbin- und 76 durchsetzt die Leitspindel 17 die Abdichtung dungswelle 17 im Gegenuhrzeigersinn der in der 37; unterhalb des Lagers 76 weist die Leitspindel eine F i g. 2 linke Spreizkörper 99 als Übertragungsglied schraubenförmige Führungsnut auf. Die Drehbewe- 25 zwischen der eingangsseitigen und der ausgangsseitigung der Leitspindel 19 wird in eine Axialbewegung gen Kupplungshälfte 95 bzw. 93 wirksam ist und daß der Antriebswelle 13 umgesetzt. Zu diesem Zweck ist eine freie Verdrehbarkeit gegenüber dem äußeren eine Kugelfüllung 81 vorgesehen. Es ist also eine Kranz 91 möglich ist. Der andere Spreizkörper 99, Axialbewegung der Antriebswelle möglich, während nämlich der rechte in Fig. 2, folgt dabei dem zugeeine Drehbewegung unterbunden ist. Durch den Ein- 30 hörigen Finger 97. Wenn die eingangsseitige Kuppgriff einer Reihe von Nuten 83 und Kugelfüllungen 85 lungshälfte 95 dagegen im Uhrzeigersinn angetrieben am unteren Ende des Hauptabschnitts 57 des unteren wird, so verbindet der in F i g. 2 rechte Spreizkörper Behälterabschnitts 35 wird die Drehung verhindert. die eingangsseitige und die ausgangsseitige Kupplungs-Die Antriebswelle 13 ist auch durch ein Lager 87 am hälfte 95 bzw. 93. Wenn andererseits auf die Antriebsunteren Ende der Verlängerung 59 des unteren Be- 35 welle 13 Kräfte einwirken, welche die Leitspindel 19 hälterabschnitts geführt. Die axiale Fluchtung des zu drehen suchen, so spreizen sich die Spreizkörper 99 unteren Endes der Leitspindel 19 und der Antriebs- zwischen die ausgangsseitige Kupplungshälfte 93 und welle 13 wird durch ein Lager 89 aufrechterhalten, den äußeren Kranz 91 und verhindern eine Drehdas durch das untere Ende der Leitspindel getragen momentübertragung in einer der normalen Drehist und an der Innenfläche der Antriebswelle anliegt, 40 momentenflußrichtung entgegengesetzten Flußrichderart, daß diese sowohl einer Axialbewegung als tung. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, setzt sich bei einer auch einer Rotationsbewegung fähig ist. Die nur in Verdrehung der ausgangsseitigen Kupplungshälfte 93 einer Übertragungsrichtung wirksame Kupplung 21 im Uhrzeigersinn das radial äußere Ende des in der dient, wie bereits ausgeführt, dazu, um die Verbin- Figur rechten Spreizkörpers 99 am äußeren Kranz 91 dungswelle 17 mit der Schraubspindel 19 zu verbin- 45 fest und verhindert eine Verdrehung. Wird die ausden. Außerdem verhindert diese Kupplung eine Ver- gangsseitige Kupplungshälfte 93 im Gegenuhrzeigerdrehung der Leitspindel und damit eine Axialverschie- sinn verdreht, so setzt sich der in der F i g. 3 linke bung der Antriebswelle 13 infolge axialer Kräfte auf Spreizkörper am äußeren Kranz 91 fest. Wie bereits die Antriebswelle. Dieses Merkmal ist von besonderer festgestellt, entstehen infolge der Trägheit des Regel-Bedeutung für den Fall, daß der obere Teil des Regel- 50 stabs und der Antriebswelle Kräfte, welche in axialer Stabantriebs vom unteren Teil abgenommen ist, so Richtung auf die Antriebswelle einwirken und diese daß also die Leitspindel 19 von den Antriebsteilen im nach dem Reaktorkern zu verschieben suchen, auch oberen Behälterabschnitt 33 getrennt sind. Axiale noch, wenn die Leitspindel bereits abgebremst wird, Kräfte, die die Antriebswelle zu verschieben trachten, weil sich nämlich der Regelstab seiner inneren Stelrühren beispielsweise vom Gewicht der Antriebswelle 55 lung im Reaktorkern nähert. Unter solchen Bedin- und des Regelstabs her. Auch dann, wenn der An- gungen spreizen sich die Spreizkörper 99 zwischen trieb bei einem gasgekühlten Reaktor eingesetzt ist, der ausgangsseitigen Kupplungshälfte und dem äußekönnen solche Kräfte auftreten infolge des durch den ren Kranz 91 fest. Ein solches Festspreizen tritt be-Kühlmittelkreislauf des Reaktors hervorgerufenen reits bei verhältnismäßig kleiner Verdrehung zwischen Druckabfalls. Überdies schafft auch die bei raschem 60 der ausgangsseitigen Kupplungshälfte und dem äuße-Vorschub des Regelstabs etwa unter Abschaltbedin- ren Kranz ein. Die Energie, welche die ausgangsseitige gungen wirksame Trägheit des Regelstabs eine Kraft, Kupplungshälfte noch zu verdrehen sucht, wird desdie einer Abbremsung des Regelstabs bei Annäherung halb auf einem verhältnismäßig kleinen Weg vernichan die Endlage im Inneren des Reaktorherzes entgegen- tet mit der Folge, daß in den Spreizkörpern 99 sehr wirkt. In vorliegendem Fall ist die nur in einer Rieh- 65 hohe Spannungen auftreten. Um diese Spannungen tung wirksame Kupplung 21 eine Spreizkörperkupp- herabzusetzen und übermäßige Belastung, die unter lung mit einem äußeren Kupplungskranz 91, der Umständen zum Bruch führen könnte, in der nur in gegenüber dem Behälterteil 35 ortsfest ist, sofern man einer Übertragungsrichtung wirksamen Kupplung 21

zu vermeiden, sieht man eine Dämpfung 103 am äußeren Kranz 91 der Kupplung vor. Die Dämpfung kann auf verschiedene Weise erreicht werden. In der beschriebenen Ausführungsform sind eine Reihe von federbelasteten Bremsschuhen 105 am äußeren Umfang des Kranzes 91 angeordnet, die eine beschränkte Drehbewegung des äußeren Kranzes 91 zulassen, wenn sich die Spreizkörper 99 zwischen die ausgangsseitige Kupplungshälfte 93 und den äußeren Kranz einspreizen. Der Widerstand, der durch die Bremsschuhe 105 aufgebracht wird, sollte jedoch mindestens so groß sein, daß er ein Austreten der Antriebswelle und des Regelstabs aus dem Reaktor infolge des innerhalb des Reaktors auftretenden Drucks verhindert und andererseits ein Einfahren des Regelstabs in das Reaktorherz infolge seines Eigengewichts ebenfalls unterbindet.

Die Abdichtung 37 nimmt den im inneren des Reaktors herrschenden Druck auf, so daß ein Entweichen von Reaktorgasen aus dem unteren Behälterabschnitt im Bereich des oberen Endes der Leitspindel 19 unmöglich ist. Die Anbringung der Abdichtung 37 in Verbindung mit der Welle 17 und der nur in einer Übertragungsrichtung wirksamen Kupplung 21 läßt es zu, den oberen Teil des Regelstabantriebs vom unteren Behälterabschnitt 35 zu trennen, beispielsweise zum Zwecke der Reparatur und der Wartung der im oberen Behälter eingeschlossenen Antriebsteile; die Umgebung wird dabei keinen Reaktorgasen ausgesetzt. Da die Reaktorgase durch die Abdichtung nicht hindurch können, kann man ein sauberes Kühlgas durch den oberen Behälterabschnitt 33 zirkulieren lassen, um in diesem Teil eine niedere Temperatur aufrechtzuerhalten und dort also Teile verwenden zu können, die unter Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen nicht verwendbar wären. Die Abdichtung 37 kann aus mehreren Dichtungen bestehen. Zum Beispiel kann eine Labyrinthdichtung, die sich unter Druck zusammenschiebt, verwendet werden. Auch kann eine Scheibendichtung verwendet werden, die man zwischen aneinander anliegenden Flanschen oder Ringen unterbringt. Im vorliegenden Fall sind zwei Dichtungsbuchsen 107 eingesetzt, die beide ringförmig ausgebildet sind.

Der Stellmotor 27 ist ein umsteuerbarer Elektromotor, der konzentrisch zur Verbindungswelle 17 angeordnet ist, und zwar innerhalb der inneren ringförmigen Kammer 47; er ist mit der Verbindungswelle durch eine Kupplung 25 lösbar verbunden. Unter Normalbedingungen stellt die Kupplung eine Verbindung zwischen dem Stellmotor 27 und der Verbindungswelle 17 her. Unter Abschaltbedingungen jedoch löst die Kupplung 25 den Stellmotor 27 von der Verbindungswelle 17, so daß die Einleitung einer Überdrehzahl in dem Stellmotor durch den Strömungsmotor 23 verhindert ist. Es können verschiedene Formen von Kupplungen eingesetzt werden, z. B. auch elektromagnetische Kupplungen; im vorliegenden Falle wird eine Spreizkörperkupplung verwendet, welche in den beiliegenden Figuren schematisch dargestellt ist und innerhalb des inneren Ringraums 47 untergebracht werden kann. Die Spreizkörperkupplung umfaßt eine Kupplungshälfte, welche direkt mit der Verbindungswelle 17 verbunden ist, und eine weitere Kupplungshälfte, welche mit dem Läufer des Stellmotors 27 verbunden ist. Die beiden Kupplungshälften sind durch eine Vielzahl von Spreizkörpern miteinander verbunden, welche zwischen den beiden Kupplungshälften untergebracht sind und wenigstens zum Teil durch Federelemente in ihrer Stellung gehalten werden. Im Normalbetrieb verbinden die Spreizkörper den Stellmotor 27 mit der Verbindungswelle 17, um die Antriebswelle 13 gegenüber dem Reaktorherz verstellen zu können; wird jedoch der Strömungsmotor 23 in Betrieb gesetzt und der Verstellantrieb der Antriebswelle 13 von ihm übernommen, so löst sich die Kupplung zwischen dem Elektromotor

ao 27 und der Verbindungswelle 17 automatisch. Auch hier ist eine Bremse 109 vorgesehen, und zwar an dem Stellmotor 27; Aufgabe dieser Bremse ist es, den Stellmotor sofort zum Stillstand zu bringen, wenn er aberregt wird. Die Bremse 109 könnte auch unmittelbar in den Stellmotor 27 eingebaut sein. Die Bremse 109 ist eine durch Federkraft wirksame und durch Elektromagneten lösbare Bremse bekannter Bauart; sie wird jedesmal dann wirksam, wenn der Stellmotor aberregt wird, die Bewegung des Stellmotors 28 also aufhören soll. Die Bremse liegt an ein und demselben Stromkreis wie der Stellmotor; es wird deshalb immer, wenn der Motor erregt wird, die Bremse magnetisch gelöst und die Drehbewegung des Motors deshalb freigegeben. Beim Erregen der Bremse wird eine magnetische Kraft wirksam, welche die Federkraft überwindet und somit den Stellmotor freigibt. Wenn der Strom durch den Stellmotor unterbrochen wird, so tritt sofort wieder eine Bremswirkung ein und die Bewegung des Stellmotors wird sofort unterbrochen. Der Strömungsmotor 23 ist, wie bereits festgestellt wurde, unmittelbar an die Verbindungswelle 17 durch eine Kupplung 117 angeschlossen und wird betätigt durch eine Druckflüssigkeit; er bewirkt eine rasche axiale Verschiebung der Antriebswelle im Sinne einer Einführung des zugehörigen Regelstabs in das Reaktorherz. Es können verschiedene pneumatische Motoren verwendet werden; im vorliegenden Fall wird ein Taumelscheibenmotor eingesetzt. Wie bekannt, umfaßt ein Taumelscheibenmotor eine Reihe von Kolben 111, die auf einem Kreis angeordnet sind und gegen eine Taumelscheibe 113 wirken; die Taumelscheibe ist gegen die Ausgangs welle des Motors geneigt. Durch aufeinanderfolgende Druckeinwirkungen auf die Kolben wird eine Rotation der Taumelscheibe erzwungen und damit eine Rotation der Ausgangswelle. Es kann auch ein Taumelscheibenmotor verwendet werden, der auf dem Prinzip des Druckdifferenzials an der Scheibe beruht; in diesem Fall sind keine Kolben erforderlich. Wie am besten aus F i g. 1 zu ersehen, umfaßt der Motor einen zentralen Durchgang 119, der sich an die Durchgänge in der Verbindungswelle und der Leitspindel 19 anschließt, so daß nach Entfernung des Stopfens 55 die Kupplungsvorrichtung 68 betätigt werden kann. Weiter hat der Strömungsmotor einen Einlaß 123 und einen Auslaß 125. Der Einlaß 123 ist über eine Leitung 127 an den Druckbehälter 63 angeschlossen; diese Leitung verläuft vollständig innerhalb des Behälters 33; der Auslaß 125 ist über eine weitere Leitung 129 mit einem Niederdruckraum außerhalb des Behälters 33 verbunden. Die Strömungsleitung des Druckmittels von dem Druckbehälter 63 nach dem Strömungsmotor 23 enthält ein Ventil 29, das im oberen Behälter 33 untergebracht ist. Das Ventil 29 spricht auf ein Signal an und verbindet dann den Druckbehälter 63 mit der Einlaßöffnung 123, mit der Folge, daß eine Verschiebung der Antriebswelle 13 nach dem Reaktorherz hin stattfindet. Zur gleichen Zeit stellt ein anderes Ventil eine Verbindung zur

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Auslaßöffnung 125 des Strömungsmotors mit dem unterstützen. Die Tiefe der Nuten 143 nimmt nach Drosselventil 31 her, das in der nach dem Nieder- dem Ausflußende des Gehäuses hin zu, so daß der druckraum führenden Leitung liegt und die Stell- zusammen mit der Schulter 144 definierte Durchflußgeschwindigkeit des Strömungsmotors bestimmt. Un- querschnitt sich mit der Verstellung des Kolbens verter normalen Betriebsbedingungen verbindet das Ven- 5 ändert. Um eine Verbindung zwischen dem austrittstil 29 den Einlaß 123 des Strömungsmotors 23 mit seitigen Ende der Bohrung 129 und den Nuten 143 dessen Auslaß 125, so daß der Strömungsmotor frei herzustellen, sind in dem Basisteil 135 einige Leitundrehbar ist, solange die Verbindungswelle 17 durch gen eingebohrt. Der Kolben wird in der ihn aufnehden elektrischen Stellmotor 27 angetrieben wird. Das menden Bohrung 139 dadurch in axialer Richtung Ventil 29 ist also ein zweier Stellungen fähiges Vier- io verschoben, daß er auf einer Spindel 147 sitzt, welche wegeventil, das etwa durch einen Elektromagneten den unteren Abschluß des Gehäuses 137 durchsetzt betätigt wird sowohl in der Einlaß-und Auslaßöffnung und im Boden des oberen Behälterabschnitts 33 ge-123 bzw. 125 des Strömungsmotors als auch am lagert ist. Der Kolben 133 ist gegen Verdrehung ge-Druckbehälter 63 und am Drosselventil 31 liegt. In sichert, so daß er die Drehbewegung der Welle nicht der Leitung 127 zwischen dem Druckbehälter 63 und 15 mitmachen kann. Auf der Welle 147 sitzt außerhalb dem Strömungsmotor befindet sich ferner ein Regel- des Gehäuses 137 ein Zahnrad 149, das über ein weiventil 131, welches den Druck des nach dem Strö- teres Zahnrad 151 mit einem Zahnrad 153 auf der mungsmotor fließenden Strömungsmittels auf einen Verbindungswelle 17 im Eingriff steht. Durch die^^ Drehbevorzugten Arbeitswert einstellt. Dieses Regelventil bewegung der Leitspindel wird also auch die Welle ist zwischen dem Druckbehälter 63 und dem Ventil ao 147 verdreht, so daß der Kolben 133 eine axiale Be-29 gelegen. Die Verlangsamung des Strömungsmotors wegung relativ zur Welle 147 und zur Schulter 141 des 23, die der vollständigen Einführung des Regelstabs Drosselventils 31 ausführt. Die Einstellung des Kolin den Reaktorkern vorausgeht, wird durch das Dros- bens relativ zur Schulter 141 bestimmt den Durchflußseiventil 31 erreicht, welches in der Leitung 129 zwi- querschnitt 135 am Ausfluß des Strömungsmotors 23. sehen Ventil 29 und Niederdruckbehälter unter- 25 Es wird also durch Veränderung des Strömungsquergebracht ist. Wesentliche Aufgabe des Drosselventils Schnitts bei 135 der Durchsatz des Strömungsmittels 31 ist es, den Strömungsmittelfluß am Ausgang des durch den Strömungsmotor 23 geregelt und damit die Motors zu drosseln und unter Umständen abzusper- Stellgeschwindigkeit des Strömungsmotors. Mit dem ren; der Motor arbeitet dann als ein Verdichter und Zahnrad 153 kämmt ein weiteres Zahnrad 155, welübt auf die Verbindungswelle 17 ein Bremsmoment 3° ches seinerseits mit einem Zahnrad 157 von einer aus, das eine weitere Bewegung der Antriebswelle 13 Welle 159 in Eingriff steht. Die Welle 159 gehört in Richtung auf den Reaktorkern hin abbremst. Das einem Positionsanzeigeübermittlungsgerät 161 an, das Drosselventil kann verschiedener Bauart sein. Im vor- in dem äußeren Ringraum 49 untergebracht ist. Das liegenden Fall umfaßt das Drosselventil 31 einen KoI- Positionsanzeigeübermittlungsgerät wandelt die meben 133, der über ein Getriebe mit der Verbindungs- 35 chanische Eingangsgröße, nämlich die Drehbewegung welle 17 verbunden ist und sich gegenüber einer Düse der Welle 159, in ein elektrisches Signal um, welches bewegt, so daß er den Durchflußquerschnitt 135 die- an einer Stelle außerhalb des Behälters abgelesen werser Düse im Verlaufe der Drehbewegung der Verbin- den kann und die Stellung der Antriebswelle 13 gegendungswelle verändert. Wenn sich die Welle 13 ihrer über dem Reaktorherz repräsentiert. Die Ablesung unteren Stellung nähert, d. h., wenn sich der züge- 4P zeigt somit an, wie weit der Regelstab jeweils in den hörige Regelstab seiner Endstellung im Inneren des Reaktorkern eingefahren ist. Unter normalen Bedin-Reaktorkerns nähert, so schließt der Kolben 133 nach gungen wird der Stellmotor 27 zur Betätigung der An- und nach den Durchflußquerschnitt der Düse 135 ab. triebswelle 13 und des zugehörigen Regelstabs ver-Der Ausfluß des Strömungsmotors 23 dient also dazu, wendet, gleichgültig, ob die Bewegung des Regelstabs die Bewegung der Antriebswelle 13 zu überwachen, 45 in den Reaktorkern hinein oder aus diesem heraus wenn diese sich ihrer Endstellung nähert. Wenn die führt. Wenn der Stellmotor 27 aberregt wird, so verAntriebswelle den zugehörigen Regelstab vollständig hindert die durch Federn vorgespannte Bremse 109 in den Reaktorkern eingebracht hat, so ist das Dros- eine Weiterbewegung des Stellmotorläufers 27 und selventil 31 vollständig geschlossen. Das Drosselventil damit der Verbindungswelle 17. Bei erneuter Erregung 31 ist im äußeren Ringraum 49 der unteren Kammer 5° des Stellmotors wird die Bremse 109 magnetisch ge-43 des oberen Behälterabschnitts untergebracht; die- löst, und der Stellmotor kann dann die Leitspindel ses Drosselventil umfaßt ein Gehäuse 137, das an sei- wieder verdrehen, mit der Folge, daß auch der Regelnem einen Ende über eine Leitung 129 an das Ventil stab die gewünschte Axialbewegung ausführt. Im nor-29 angeschlossen ist. Am anderen, dem ausgangsseiti- malen Betriebszustand unterbricht das Ventil 29 die gen Ende, ist das Gehäuse über eine Leitung 129 mit 55 Verbindung zwischen dem Druckbehälter 63 und der dem Niederdruckraum verbunden. Das Gehäuse 137 Einlaßöffnung 123 des Strömungsmotors 23 sowie enthält eine zylindrische Bohrung 139, innerhalb wel- zwischen der Auslaßöffnung 125 des Strömungsmotors eher der Kolben 133 beweglich ist; in der Bohrung ist und dem Drosselventil 31. Außerdem verbindet in eine Ringschulter 141 untergebracht, welche zusam- diesem Zustand das Ventil 29 die Einlaßöffnung 123 men mit dem Kolben 133 eine Düse 135 von veränder- 60 und die Auslaßöffnung 125 miteinander, um einen lichem Durchflußquerschnitt definiert. Der Kolben 133 freien Lauf des Strömungsmotors zu ermöglichen, soist zylindrisch, wenn man von einer Reihe von Längs- lange der Antrieb der Welle 17 durch den Stellmotor nuten 143 absieht, die, auf seinen Umfang verteilt an- 27 erfolgt. Wenn erwünscht, kann das Strömungsgeordnet sind und, von einem Basisteil 145 des KoI- mittel, das durch den Strömungsmotor umläuft, unter bens ausgehend, bis zu dem Abflußgehäuse 137 füh- 65 Normalbedingungen unter Druck gehalten werden, so ren; die Nuten bilden zwischen sich eine Reihe von daß ein rascheres Ansprechen des Strömungsmotors Rippen, welche an der Schulter 141 anliegen und die 23 eintritt, wenn Abschaltbedingungen auftreten. Führung des Kolbens im Verlauf seiner Bewegung Wenn Abschaltbedingungen auftreten, so verbindet

das Ventil 29 den Druckbehälter 63 mit der Einlaßöffnung des Strömungsmotors 23; gleichzeitig wird die Auslaßöffnung 125 des Strömungsmotors mit dem Drosselventil 31 verbunden und außerdem das Drosselventil an den Niederdruckraum angeschlossen. Bei 5 Eintritt von Druckflüssigkeit in den Strömungsmotor wird dieser in rasche Drehung versetzt und die Verbindungswelle 17 ebenfalls, worauf eine Axialverschiebung der Antriebswelle 13 in Richtung nach dem Reaktorherz erfolgt. Die rasche Drehung der Verbindungswelle 17 führt dazu, daß die Kupplung 25 die Verbindungswelle 17 vom Stellmotor 27 trennt, der Motor also nicht auf Überdrehzahlen gelangen kann.

Sobald die Antriebswelle 13 sich derjenigen Stellung nähert, in der der zugehörige Regelstab vollstän- is dig in den Reaktorkern eingefahren ist, wird der Kolben 133 des Drosselventils 31 gegenüber der Düse verstellt, so lange, bis der Durchflußquerschnitt 135 der Düse geschlossen ist. Dadurch wird der Strömungsmotor verlangsamt und wird verhindert, daß so die Antriebswelle 13 über ihre Endstellung gegenüber dem Reaktorkern hinaus läuft. Wenn keine Abschaltbedingungen mehr vorliegen, kehrt das Abschaltventil 29 in seine normale Betriebsstellung zurück, und der Stellmotor 27 übernimmt wieder den Antrieb der Verbindungswelle 17, dank der Spreizkörperkupplung 25.

Nach Wunsch kann der hier angegebene Antrieb der Verbindungswelle auch in anderem Zusammenhang verwendet werden, z. B. dann, wenn die Verbindungswelle dazu dient, um einen Regelstab in Richtung senkrecht zur Achse der Verbindungswelle zu verstellen. In einem solchen Fall wird man die Verbindungswelle mit einem Zahnrad ausrüsten, welches mit einer an dem Regelstab angreifenden Zahnstange im Eingriff steht. Weiter scheint es auch möglieh, ein Kegelradgetriebe zwischen der Verbindungswelle und Leitspindel einzuschalten, um eine Umlenkung um 90°' zu erreichen.

Claims (5)

Patentansprüche: 40

1. Regelstabantrieb für Kernreaktoren mit einer den Regelstab tragenden Leitspindel, einem Elektromotor, welcher unter Normalbedingungen den Antrieb der Leitspindel übernimmt und die Feineinstellung des Regelstabs relativ zum Reaktorkern bewirkt, und einem weiteren, die Leitspindel mit größerer Drehzahl als der Elektromotor drehenden Motor, der die Schnellabschaltung des Reaktors bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnellabschaltmotor ein Strömungsmotor (23) ist und daß zwischen dem Elektromotor (27) und der Leitspindel (19) eine Kupplung (25) vorgesehen ist, welche den Elektromotor (27) bei Überschreiten einer bestimmten, durch den Strömungsmotor hervorgerufenen Drehzahl von der Leitspindel (19) automatisch trennt.

2. Regelstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Regelstab und der Leitspindel eine Hohlwelle eingeschaltet ist, welche mit der Leitspindel durch eine Verschraubung in Verbindung steht und gegen Verdrehung gesichert ist, so daß sie bei Verdrehung der Leitspindel eine Axialverschiebung erfährt, und daß der Strömungsmotor unmittelbar an eine Verbindungswelle (17) angeschlossen ist, die über eine Kupplung (21) mit der Leitspindel (19) in Verbindung steht.

3. Regelstabantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmittelzufluß zum Strömungsmotor durch ein erstes Ventil steuerbar ist, welches durch die Leitspindel in der Weise betätigt wird, daß der Strömungsmotor langsamer läuft, wenn der zugehörige Regelstab sich seiner vollständig eingefahrenen Stellung im Reaktorkern nähert.

4. Regelstabantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmittelzufluß und der Strömungsmittelabfluß des Strömungsmotors durch ein zweites Ventil mit Hilfe einer Umgehungsleitung im normalen Stellbetrieb unter Umgehung des Strömungsmotors verbunden sind.

5. Regelstabantrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Elektromotor und Leitspindel wirksamen Kupplung eine Bremse zugeordnet ist, welche bei Abschaltung des Elektromotors ein Überschwingen des Elektromotorläufers unterbindet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1231 554;
britische Patentschrift Nr. 862 324.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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