DE1218080B - Regelstabantrieb fuer einen Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutschem.: 21g-21/31

Nummer: 1218 080

Aktenzeichen: U 6415 VIII c/21 g

Anmeldetag: 7. August 1959

Auslegetag: 2. Juni 1966

Die Erfindung betrifft einen Regelstabantrieb für einen Kernreaktor, bestehend aus einem mechanischen Antrieb zur Feineinstellung und einem hydraulischen Antrieb zur Schnellabschaltung, welcher aus einem in einem Zylinder verschiebbar angeordneten doppelseitig von dem Hydraulikmittel beaufschlagten Kolben besteht, der über eine Verbindungsstange auf den Regelstab einwirkt.

In Kernreaktoren müssen Einrichtungen vorgesehen sein, durch die eine sich selbst unterhaltende Neutronenkettenreaktion in dem Reaktor geregelt oder gesteuert werden kann. Dies geschieht gewöhnlich dadurch, daß Regelstäbe aus einem Neutronenfangstoff in den bzw. aus dem aktiven Teil des Reaktors geschoben werden. Als Sicherheitsvorrichtung muß eine solche Regelstab-Regeleinrichtung Mittel aufweisen, durch welche eine ausreichende Anzahl der neutronenabsorbierenden Regelstäbe praktisch augenblicklich in das Neutronenfeld bewegt werden₅ wenn sich innerhalb des Feldes eine gefährliche Höhe des Neutronenflusses entwickelt. Dieser Vorgang wird häufig als »Notabschaltung« des Reaktors bezeichnet. Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung dieser wichtigen Sicherheitsmaßnahmen vorgeschlagen worden, wobei bei einem der häufiger angewandten Systeme für das Einschießen der Regelstäbe in einen Reaktor die Bewegung der Regelstäbe in das Neutronenfeld durch Schwerkraft erfolgt. Obwohl ein solches System wirksam ist und den Vorteil hat, daß es von irgendeiner Kraftquelle zur Betätigung im Notfall unabhängig ist, hat es auch gewisse Nachteile. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Regelstäbe sich unter ihrem Eigengewicht in das Neutronenfeld bewegen, ist natürlich begrenzt und im wesentlichen konstant, jedoch ist in manchen Fällen eine größere Geschwindigkeit wünschenswert. Ferner erfordert eine solche Betätigung durch das Eigengewicht, daß sich die Regelstäbe relativ zu einer oberhalb des Kerns des Reaktors befindlichen Halterungseinrichtung bewegen. Wenn die Regelstäbe von einer Konstruktion oberhalb des Reaktorkerns gehalten werden, wird ein wesentlicher Teil der über dem Kern befindlichen Zone durch die Regelstab-Trag- und Regeleinrichtung eingenommen. In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, daß diese Zone oberhalb des Kernes offenbleibt und für andere Vorrichtungen verfügbar ist.

Es wurde auch schon ein Regelstabantrieb mit einem mechanischen und einem hydraulischen Antrieb beschrieben. Dieser bekannte hydraulische Antrieb hat einen doppeltwirkenden Kolben, der zwei gleich große wirksame Flächen aufweist. Außerdem

Regelstabantrieb für einen Kernreaktor

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:

Peter Fortescue,

David Nicoll, La Jolla, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. August 1958 (753 770)

weist die bekannte Vorrichtung einen Druckausgleichszylinder auf, der dazu dient, die durch den Druck im Reaktor auf den Regelstab wirkenden Kräfte zu kompensieren. Ein großer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß sie einen sehr großen Raum einnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsüberwachungseinrichtung für einen Kernreaktor zu schaffen, mit der die Regelstäbe aus Neutronenfangstoff in das Neutronenfeld bei einer bestimmten Höhe des Neutronenflusses im Reaktor unter Ausnutzung des im Reaktorsystem vorhandenen Betriebsdrucks eingeschoben werden. Vorzugsweise soll dabei der Druck des Kühlgases für das Einschieben der Regelstäbe herangezogen werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der doppelseitig von dem Hydraulikmittel beaufschlagte Kolben ein Differentialkolben ist, dessen größere, dem Regelelement zugewandte, vom Hydraulikmittel beaufschlagte Fläche einen Raum in dem Zylinder begrenzt, der im Normalbetrieb über eine Leitung mit dem Vorrats- und Druckbehälter für das Hydraulikmittel in Verbindung steht, und dessen kleinere von dem Hydraulikmittel beaufschlagte, von dem Regelelement abgewandte Fläche in zwei getrennte in Verschiebungsrichtung des Kolbens versetzte Flächenteile aufgeteilt ist, die zwei getrennte Räume in dem Zylinder begrenzen, von denen der eine mit dem unter Betriebsdruck

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stehenden Kühlmittel in dem Reaktorbehälter und Bohrung bzw. ein Kanal 30 vorgesehen ist, welcher der andere mit dem genannten Vorrats- und Druck- sich vom unteren Ende des Kolbens ziemlich weit behälter ständig kommuniziert, und daß Einrichtun- nach oben erstreckt. Die Bohrung 30 dient zur Aufgen vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der nähme einer langen Antriebsspindel 32, die sich Größe des Neutronenflusses in dem Kernreaktor den 5 durch eine Öffnung im Ende des Kolbens erstreckt durch die größere von dem Hydraulikmittel beauf- und in geeigneter Weise mit einer Mutter 34 zuschlagte Fläche des Differentialkolbens begrenzten sammenwirkt, um eine Axialbewegung des Kolbens Zylinderraum durch freien Abstrom des Druckmittels 16 beim Drehen der Spindel 32 herbeizuführen. Das entlasten. untere Ende der Spindel 32 ist in geeigneter Weise

Damit wird eine Anordnung geschaffen, die sehr io über ein Untersetzungsgetriebe 36 mit einer geeigkleinbauend ist und unter einem gasgekühlten Re- neten, kraftgetriebenen Vorrichtung, beispielsweise aktor angeordnet werden kann. Die Notabschaltungs- mit einem Elektromotor 38, verbunden. Die Verstellzeit innerhalb der die Regelstäbe in den aktiven Teil spindel 32 und die Mutter 34 können vom Kugeltyp des Reaktors eingeschossen werden, wird mit dieser sein, derart, daß die Lastübertragung zwischen der Vorrichtung wesentlich verringert, da es nicht erfor- 15 Mutter und der Spindel über eine Reihe von Kugelderlich ist, den Gasdruck von einer Seite des Kolbens lagern erfolgt, in welchem Falle die Mutter 34 in gezur anderen umzuschalten, bei bei bekannten An- eigneter Weise mit dem Zylinder verkeilt ist, wie Ordnungen. Da die Sicherheitsvorrichtungen in einem durch den Keil 37 angegeben ist, der in einer in der Reaktor eine ausschlaggebende Bedeutung haben und Seite des Zylinders vorgesehenen Nut 39 gleitbar ist, die erfindungsgemäße Vorrichtung eine doppelte 20 um eine Drehung der Mutter zu verhindern. Das Sicherheit im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen untere Ende des Kolbens 16 ruht normalerweise frei bei kleinerem Aufwand bietet, bedeutet dies einen auf der Mutter 34 auf, und der Kolben bewegt sich wesentlichen Fortschritt. An Hand der Figur soll die bei einer axialen Bewegung der Mutter infolge einer Erfindung beispielsweise erläutert werden. Drehung der Spindel 32 in axialer Richtung. Der

Bei der zur Erläuterung der Erfindung dargestell- 25 Kolben kann jedoch seinen Sitz auf der Mutter verten Ausführungsform ist ein bzw. sind mehrere Regel- lassen und sich frei im Zylinder nach oben bewegen, stäbe 10 zur senkrechten Bewegung relativ zum Neu- Zur Regelung der Geschwindigkeit und der Richtronenfeld innerhalb eines Reaktorgefäßes 12 aus tung der motorgetriebenen Spindel 32 sind nicht geeiner Stellung unterhalb des Gefäßes angeordnet. zeigte, geeignete Regelorgane vorgesehen, damit die Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer Vor- 30 Mutter 34 längs der Spindelwelle wahlweise verstellt richtung zur Bewegung eines einzigen Regelstabs be- _und damit der Kolben 16 und der diesem zugeordschrieben wird, kann natürlich eine Vielzahl von _net_e Regelstab bewegt werden können. Die Stellung Regelstäben in ähnlicher Weise gesteuert werden. Es des Regelstabes kann natürlich nicht gezeigter, geist daher in der Zeichnung ein zweiter Regelstab mit eigneter Weise angezeigt werden, z. B. mit Hilfe einer einem Antrieb dargestellt, um die Anwendbarkeit 35 Anzeigevorrichtung, die mit der Spindelwelle 32 verder Erfindung auf eine Vielzahl von Regelstab- zahnt oder in anderer Weise zur Anzeige der Verantriebsvorrichtungen. zu zeigen, wobei Teile des änderungen in der Stellung des Regelstabes angeordzweiten Regelstabantriebs, welche Teile der beschrie- net ist.

benen Antriebsvorrichtung entsprechen, mit gleichen Der untere Teil des Zylinders 18, in dem sich die

Bezugsziffern versehen sind, welche jedoch einen 40 Regelstabverstellspindel 32 befindet, steht ebenfalls

Strich tragen. ^ in Strömungsverbindung mit dem Reaktorkühlmittel-

Die Regelstabbetätigungseinrichtung umfaßt einen system, um das unter Druck stehende Kühlmittel im

Strömungsmitteldrackzylinder oder Heber 14 mit Zylinder 18 in eine Lage zu bringen, in der es gegen

einem Kolben 16, der in einem Zylinder 18 für den die Unterseite des Differentialkolbens 16 arbeiten

Angriff an dem unteren Ende eines Regelstabes bzw. 45 kann. Eine Reihe von sich radial erstreckeden

an einer Verlängerung desselben gleitbar angeordnet Kanälen 35 im unteren Ende des Kolbenabschnitts

ist. Wegen der zwischen der Betätigungseinrichtung 28 stellt eine Strömungsverbindung zwischen der

und dem Kern des Reaktors vorgesehenen Entfer- Kammer 30 und dem unteren Teil des Zylinders 18

nung wird angenommen, daß in den meisten Fällen her. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das

der Kolben an seiner Stange 20 od. dgl. angreift, die 50 _unter Druck stehende Kühlmittel, das ein geeignetes

ihrerseits in geeigneter Weise an ihrem oberen Ende Gas, wie Helium, Kohlendioxyd od. dgl., sein kann,

mit dem unteren Ende des nicht gezeigten neutronen- vorzugsweise aus einer Gasreinigungsvorrichtung für

absorbierenden Regelstabs verbunden ist. Das untere das Kühlmittel entnommen, obwohl es auch aus

Ende des Stabes 20 erstreckt sich aus einer Stellung irgendeinem anderen unter Druck stehenden Teil des

innerhalb des Reaktorgefäßes 12 durch eine Öffnung 55 Systems, d. h. dem Reaktorgefäß oder einem der

22 nach unten, welche mit einer geeigneten Strö- Kühlmitteleinlässe für das Reaktorgefäß entnommen

mungsmitteldruckdichtung 24 versehen ist, um einen werden kann. Das Kühhnittekeinigungssystem ist

Übertritt von unter Druck stehendem Strömungs- allgemein mit 41 bezeichnet und weist eine nicht ge-

mittel zwischen dem Gefäß 12 und dem Zylinder 18 zeigte, geeignete Einrichtung auf, die mit dem Re-

zu verhindern. 60 aktorgefäß 12 über eine Rohrleitung 43 in Verbin-

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der dung steht und dazu dient, Teilchen, welche im ReZylinder 18 aus zwei Abschnitten, welche durch eine aktor aufgenommen worden sind, beispielsweise Querwand 26 gebildet werden, und ist der Kolben 16 Graphitstaub oder eine Spaltproduktverseuchung, zu als Differentialkolben ausgebildet, derart, daß er an entfernen. Von der Reinigungsvorrichtung 34 führt seiner Oberseite einen größeren Flächenbereich auf- 65 eine Rohrleitung 45 zu einem Gas- und Ölabscheider weist als an seiner Unterseite. Der untere Teil des 40, der über Rohrleitungen 42 mit jedem der Regel-Kolbens 16 ist mit einer Verlängerung 28 von ver- stabbetätigungszylinder 14 in Verbindung steht. Obringertem Durchmesser ausgebildet, in der eine axiale wohl der Gas- und Ölabscheider nicht in allen Fällen

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notwendig ist, wird anerkannt, daß die Wahrschein- zusehen, welche die Rohrleitungen 63 und 65 um-

lichkeit einer Vermischung dieser Strömungsmittel im faßt, um das leckende Druckmittel zum Abscheider

System besteht, besonders in den Zylindern 18, so 40 über eine gemeinsame Rohrleitung 67 zurückzu-

daß ein solcher Abscheider vorteilhaft sein kann. führen.

Das auf diese Weise in das untere Ende jedes 5 Das hydraulische Druckmittel wird ferner jedem Regelstabbetätigungszylinders etwa mit dem Reaktor- der Zylinder 14 an einer Stelle oberhalb des Differendruck eingeleitete gasförmige Kühlmittel tritt durch tialkolbens 16 zugeführt. Bei der dargestellten Ausdie Kanäle 35 hindurch und wirkt gegen die Kolben- führungsform geschieht dies über eine Leitung 66 mit fläche 44 am oberen Ende des axialen Kanals 30. einem gegenüber der Zweigleitung 60 verengerten Zusätzliches Druckmittel wird in den Zylinder 18 im io Querschnitt, welche durch ein T-Stück 68 mit einer oberen Kammerteil an einer Stelle zwischen dem Rohrleitung 70 von größerem Querschnitt verbunden Kolben und der Gaskammerwandung 26 eingeleitet. ist, die zu einer Verbindung mit dem Zylinder 18 an Dieses zusätzliche Druckmittel ist vorzugsweise ein einer Stelle am oberen Ende des Zylinders führt. In hydraulisches Druckmittel, beispielsweise Öl, das aus der Rohrleitung 66 befindet sich ein durch eine Maeinem System abgezweigt wird, welches einen Öl- 15 gnetspule betätigbares Regelventil 71 zwischen der sumpf 46 und eine Hauptpumpe 48 aufweist, wobei Verbindung mit der Rohrleitung 60 und dem T-Stück zur zusätzlichen Sicherung eine Hilfspumpe vorge- 68. Das Ventil 71 wird durch die elektrische Energie sehen sein kann. Diese Pumpen sind vorzugsweise normalerweise in einer Offenstellung gehalten, damit kontinuierlich arbeitende Pumpen mit konstanter durch die Rohrleitung 68 eine Strömung stattfinden Verdrängung, wobei ein geeignetes Überdruckventil 20 kann. Wenn der Strom zur Magnetspule abgeschaltet in einer Umgehungsleitung angeordnet ist, die sich wird, beispielsweise bei einem »Notabschaltungs«- zwischen der Druckseite jeder Pumpe und dem Öl- Signal, schließt das Ventil 71 unter Federdruck. Die sumpf oder Behälter 46 erstreckt. Die Hauptpumpe andere Öffnung des T-Stücks 68 ist über ein durch 48 ist mit einer Umgehungsleitung 56 und einem eine Magnetspule betätigbares Regelventil 74 mit Überdruckventil 54 versehen, während das Hilf s- 25 einer Austrittssammelleitung 72 verbunden. Das Venpumpensystem eine Umgehungsleitung 55 und ein til 74 erfordert elektrische Energie, um es in seiner Überdruckventil 57 aufweist. Jede Pumpenförder- Schließstellung zu halten. Bei der Abschaltung der leitung ist ferner mit einem Einwegventil 59 bzw. 61 Stromzufuhr wird das Ventil selbsttätig durch Federversehen, um einen Rückfluß des hydraulischen druck in seine Offenstellung bewegt. Dieses Regel-Druckmittels, beispielsweise beim Versagen einer 30 ventil 74 bildet das Notabschaltventil für den Regel-Pumpe, zu verhindern. Die Leitung, die von der Lei- stab, an dem der Kolben 16 angreift. Ein ähnliches tung 58 abzweigt und zu dem Sumpf 46 führt, ist mit Ventil ist für jeden Zylinder der anderen Regelstäbe einem Rückschlag bzw. Druckregelventil 76 versehen. des Systems vorgesehen.

Der Behälter 46 wird vorzugsweise durch die Ver- Im normalen Betrieb des Regelstabes ist wegen des Wendung einer Absaugpumpe 47 unter einem unter- 35 Differentialkolbens 16, der über die Rohrleitung 70 atmosphärischen Druck gehalten. Das hydraulische auf sein oberes Ende wirksam werdende hydraulische Druckmittel wird durch eine Hauptförderleitung 58 Gesamtdruck wesentlich höher als der hydraulische gepumpt, welche mit Zweigleitungen 60 in Verbin- Druck, der unterhalb des Kolbens über die Leitung dung steht, die zu jedem der Regelstabbetätigungs- 60 wirksam wird und der Gasdruck, der im unteren zylinder 14 führen. Die Hilfspumpe 50 ist zur Be- 40 Teil des Zylinders über die Rohrleitung 42 wirksam nutzung im Notfall ebenfalls mit der Hauptförderlei- wird. Während des normalen Regelbetriebs der Antung 58 verbunden, wobei jedem Regelstabbetäti- triebsvorrichtung wird der Ausgleich dieser Strögungszylinder ein Speichertank 52 zugeordnet ist, der mungsmitteldrücke durch den elektromechanisch beeine zusätzliche Sicherheit vermittelt, wenn sowohl tätigten Spindelantrieb für den Kolben 16 erzielt. Mit die Hauptpumpe als auch die Hilfspumpe ausfällen. 45 anderen Worten: Die Stellung des Regelstabes wird Im letzteren Falle liefert der Speichertank 52 aus- gewöhnlich durch die Stellung der Mutter 34 bereichend Druckmittel zum Heber 14, um die ge- stimmt, die ihrerseits durch die Drehung der motorwünschten Ergebnisse zu erzielen, wie nachfolgend getriebenen Spindel 32 bestimmt wird. Hieraus ergibt näher beschrieben wird. sich, daß auf den Kolben 16, der die Stellung jedes

Der obere Teil des Zylindergehäuses 18, der das 5° Reaktorregelstabes regelt, ein Gasdruck, ein hydrauhydraulische Druckmittel aufnimmt, ist vom unteren lisches Druckmittel und eine elektromechanische Teil des Zylinders, der das unter Druck stehende Kraft wirken. Um den größtmöglichen Sicherheitsgasförmige Kühlmittel enthält, durch eine geeignete grad im System zu erzielen, wird der hydraulische Dichtung 62, welche in der Querwand 26 vorgesehen Druck in der Leitung 60 und der Gasdruck in der ist, abgedichtet. Da es jedoch gegenwärtig in der 55 unteren Leitung 42 vorzugsweise so bemessen, daß Praxis schwierig ist, eine wirksame Abdichtung zwi- der eine oder andere ausreicht, den Kolben 16 mit sehen einem Gas und einer Flüssigkeit unter den im einer Beschleunigung von mindestens 1 g nach oben Zylinder herrschenden Bedingungen vorzusehen, ist zu drücken, wenn der Strömungsmitteldruck von der es vorzuziehen, eine geeignete Vorrichtung zur Tren- Oberseite des Kolbens weggenommen wird. Dies nung von Gas und Öl zu verwenden. Eine solche 60 bedeutet, daß einer dieser Drücke für sich allein eine Vorrichtung ist bei 40 dargestellt, die ein schwimmer- Kraft ausübt, die mindestens zweimal so groß wie betätigtes Ventil 64 aufweist, welches einen Rückfluß die Schwerkraft des Regelstabaggregats auf den KoI-von Öl im Abscheider zum Sumpf 46 ermöglicht, benlö ist. Die Gesamtwirkung dieser Drücke ist wenn es im Abscheider eine bestimmte Höhe erreicht. natürlich viel größer.

Ferner ist es, da es sehr wahrscheinlich ist, daß ein 65 Wenn im Reaktor ein Notfall besteht, der eine

gewisses Lecken um die Dichtung 62 sowie um die Abschaltung des Systems durch die Bewegung der

Dichtung 24 am oberen Ende des Zylinders 18 her- neutronenabsorbierenden Regelstäbe im Neutronen-

um stattfindet, wünschenswert, eine Einrichtung vor- feld erfordert, wird das Notsignal durch eine geeig-

nete elektrische Schaltanordnung so ausgenutzt, daß das durch ein Solenoid betätigbare Ventil 74 erregt wird, so daß dieses Ventil sich sofort in seine Offenstellung bewegt. Hierbei ist zu erwähnen, daß bei einem Versagen der elektrischen Schaltanordnung sich das federbelastete, durch eine Magnetspule betätigbare Regelventil 74 selbsttätig in seine Offenstellung bewegt, in der das System gesichert ist. Durch das Öffnen des Ventils 74 kann das am oberen Ende des Kolbens 16 befindliche hydraulische Druckmittel sofort in Sammelleitungen 72 austreten und von dieser zum Sumpf oder Behälter 46 zurückfließen. Für diesen Zweck ist die Sammelleitung 72 in ihrem Durchmesser relativ zur Druckmittelleitung 70 so ausreichend bemessen, daß ein im wesentlichen sofortiges Entleeren oder »Ablassen« des Druckmittels aus dem oberen Ende des Zylinders die Folge ist. Während des Notabschaltvorgangs ist natürlich das Ventil 71 in der Leitung 66 geschlossen, um einen Rückfluß aus dem Zylinder zur Leitung 60 zu verhindern. Der Austritt des Druckmittels aus dem Zylinder ermöglicht, daß der hydraulische Druck und der Gasdruck unterhalb des Kolbens 16, diesen sofort in seine oberste Stellung bewegt, was wiederum zur Folge hat, daß die neutronenabsorbierenden Regelstäbe voll in den Reaktorkern eingeschoben werden. Diese Notabschaltbewegung des Kolbens ist von der Stellung oder Bewegung der Antriebsmutter 34 unabhängig, da der Kolben sich ohne weiteres von der Antriebsmutter trennen kann. Vorzugsweise wird jedoch während des Notabschaltvorgangs der Motor 36 betätigt, um die Spindel 32 anzutreiben, so daß die Mutter 34 nach oben in Anlage am unteren Ende des Kolbens 16 bewegt wird, der sich vorher von der Mutter getrennt hat.

Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, ist eine mehrfache Sicherung für die Notabschaltung durch die Regelstäbe vorgesehen. Wenn die Anordnung sonst normal arbeitet, ist die Pumpe 48 natürlich in Betrieb und wird das Notabschaltregelventil 74 sofort in seine Offenstellung bewegt. In diesem Falle werden durch den kombinierten Druck in den Leitungen 60 a und 42 die Regelstäbe eingeschossen. Für den Fall, daß in der elektrischen Schaltanordnung eine Störung eingetreten ist und daher keine Stromzufuhr zur Magnetspule für das Rückschlagventil 74 erfolgt, wird das federbelastete Ventil selbsttätig durch Federdruck in seine Offenstellung bewegt, so daß der Notabschaltvorgang stattfindet. Falls ferner im System eine Störung vorliegt, die das Arbeiten der beiden hydraulischen Pumpen 48 und 50 und damit die Druckmittelzufuhr zum Zylinder 18 verhindert, ist das System so ausgebildet, daß durch eine solche Störung die für diesen Notfall erforderliche Zufuhr hydraulischen Druckmittels über die Leitung 60 α zum Zylinder nicht behindert wird.

Außerdem ist der obere Teil des Speichertanks 52 mit einem zusammendrückbaren Gas, beispielsweise mit unter Druck stehendem Helium od. dgl., gefüllt und wird der Druck im Tank auf einer bestimmten Höhe gehalten. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, wird dies durch eine T-Verbindung am oberen Ende des Tanks 52 erzielt, der über eine Rohrleitung 75 mit einer Druckgasquelle in Verbindung steht, welche das im Reaktorsystem unter Druck stehende Helium oder eine andere geeignete Druckmittelquelle sein kann. Die Strömung des unter Druck stehenden Gases in den Speichertank 52 wird durch ein durch eine Magnetspule gesteuertes Ventil 77 geregelt, das im erregten Zustand der Magnetspule offengehalten wird und in seiner Schließstellung federbelastet ist. An das untere Ende der T-Verbindung ist ein geeignetes Überdruckventil 79 und eine Rohrleitung 81 angeschlossen, welche mit dem unter Druck stehenden Helium oder mit einer anderen Druckquelle in Verbindung steht. Das Überdruckventil 79 wirkt natürlich mit dem Druckgas in der Rohrleitung 75 und im

ίο Speichertank 52 zusammen, um einen gewünschten Druck im Tank aufrechtzuerhalten.

Wenn das Notabschaltsignal durch das Erreichen eines gefährlichen Zustandes im Reaktorsystem ausgelöst wird, wird das Notabschaltregelventil 74 geöffnet, so daß das sich im oberen Teil des Zylinders 18 befindende Druckmittel sofort über die Rohrleitung 70 in die Austrittssammelleitung 72 austreten kann. Das sich unterhalb des Kolbens 16 befindende hydraulische Druckmittel kann nicht über

ac die Rohrleitung 60 und die Pumpenförderleitung 58 zurückfließen, da die Pumpe mit einem Einwegauslaßventil 76 versehen ist. Außerdem wird das Druckmittel am Austreten über die Rohrleitung 66 in die Austrittssammelleitung durch das Schließen des Ventils 71 gehindert, das ebenfalls durch das Notabschaltsignal bewirkt wird. Ferner ist die Aufhebung des Drucks an der Oberseite des Kolbens 16 durch eine Ausdehnung des Druckmittels an der Unterseite des Kolbens begleitet, was wiederum eine Ausdehnung des zusammengedrückten Gases im Speichertank 52 ermöglicht, wodurch der in diesem befindliche Drückmittelvorrat nach unten und in den Zylinder 18 über die Rohrleitung 60 a verdrängt wird, um das gegen das untere Ende des Kolbens wirkende Druckmittel zu verstärken. Hierbei ist zu erwähnen, daß das Ventil 77 als Folge des Notabschaltsignals geschlossen wird, um die beschriebenen Ergebnisse zu erzielen, d. h. um den erforderlichen plötzlichen Druckanstieg über die Rohrleitung 60(2 zur Unterseite des Kolbens 16 zu erzeugen. Gleichzeitig wirkt natürlich der Gasdruck im Kühlmittelsystem auch gegen den unteren Teil 44 des Kolbens 16, so daß unter der gemeinsamen Wirkung dieses Gasdrucks und des in den Zylinder über die Rohrleitung 60 a eintretenden hydraulischen Druckmittels der Regelstab in seine Sicherstellung innerhalb des Reaktorkerns bewegt wird.

Ferner ist, selbst wenn der hydraulische Druck im System eine Störung haben sollte, immer noch ein angemessener Gasdruck im unteren Teil des Zylinders 18, um den gewünschten Notabschaltvorgang herbeizuführen. Da dieser Gasdruck aus dem Reaktorsystem abgeleitet wird und daher von irgendeiner Kraftquelle, die eine Störung erfahren kann, unabhängig ist, wird der Gasdruck für die Notabschaltung durch die Regelstäbe wirksam, solange der Reaktor in Betrieb ist. Hieraus ergibt sich, daß durch die Erfindung eine sofort wirkende und wirksame Regelvorrichtung für die neutronenabsorbierenden Regelstäbe geschaffen wurde, welche die Reaktivität des Reaktors bestimmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann natürlich auch in Verbindung mit einer ausreichenden Anzahl von Regelstäben verwendet werden, um die Abschaltung des Reaktors bei einem Notfall zu bewirken, oder sie kann für alle Regelstäbe vorgesehen werden unabhängig davon, ob es sich um Sicherheitsstäbe, Feinregelstäbe oder Trimmstäbe handelt. Obwohl die

Wirkungsweise in Verbindung mit einer einzigen Regelstabantriebsvorrichtung beschrieben wurde, können weitere Vorrichtungen im System in geeigneter Weise vorgesehen werden, wie beispielsweise in Verbindung mit der zweiten Regelstabbetätigungsvorrichtung 14' gezeigt.

Wie erwähnt, werden durch die beschriebene Anordnung beim Empfang eines Notabschaltsignals die Regelstäbe 10 mit hoher Geschwindigkeit durch hydraulischen und pneumatischen Druck nach oben bewegt, weil der Kolben 16 von seiner Antriebsspindel 32 getrennt wird. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme ist es vorzuziehen, daß der Motor 38 für die Antriebsspindel 32 ebenfalls auf Grund des Notabschaltsignals in Tätigkeit gesetzt wird, so daß die Antriebsmutter 34 dem Kolben in seine oberste Stellung folgt. Ferner ist es wünschenswert, daß eine nicht gezeigte Verbindung zwischen der Antriebsmutter und dem Stromkreis vorgesehen ist, welcher das durch eine Magnetspule betätigbare Ventil 74 steuert, so daß das Abschaltventil 74 erst geschlossen wird, wenn sich die Antriebsspindel 32 in eine Anlagestellung am unteren Ende des Kolbens 16 bewegt hat. Auf diese Weise wird die Antriebsmutter 34 wieder in eine die Stellung des Kolbens 16 as regelnde Stellung gebracht, bevor der Regelstab abwärts bewegt werden kann, um die Reaktivität im Reaktor wiederherzustellen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Regelstabantrieb für einen Kernreaktor, bestehend aus einem mechanischen Antrieb zur Feineinstellung und einem hydraulischen Antrieb zur Schnellabschaltung, welcher aus einem in einem Zylinder verschiebbar angeordneten doppelseitig von dem Hydraulikmittel beaufschlagten Kolben besteht, der über eine Verbindungsstange auf den Regelstab einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kolben ein Differentialkolben ist, dessen größere, dem Regelelement zugewandte, vom Hydraulikmittel beaufschlagte Fläche einen Raum in dem Zylinder begrenzt, der im Normalbetrieb über eine Leitung mit dem Vorrats- und Druckbehälter für das Hydraulikmittel in Verbindung steht, und dessen kleinere von dem Hydraulikmittel beaufschlagte, von dem Regelelement abgewandte Fläche in zwei getrennte in Verschiebungsrichtung des Kolbens versetzte Flächenteile aufgeteilt ist, die zwei getrennte Räume in dem Zylinder begrenzen, von denen der eine mit dem unter Betriebsdruck stehenden Kühlmittel in dem Reaktorbehälter und der andere mit dem genannten Vorrats- und Druckbehälter ständig kommuniziert, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Größe des Neutronenflusses in dem Kernreaktor den durch die größere von dem Hydraulikmittel beaufschlagte Fläche des Differentialkolbens begrenzten Zylinderraum durch freien Abstrom des Druckmittels entlasten.

2. Regelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Regelelement abgewandte Seite des Differentialkolbens einen auf dem Kolben und dem einen Flächenteil der auf dieser Seite des Kolbens von dem Hydraulikmittel beaufschlagten Fläche aufsitzenden zylindrischen Fortsatz aufweist, an dem der andere Flächenteil angeordnet ist und der mechanische Antrieb angreift.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 565;

»Nucleonics«, Bd. 13, 1955, H. 11, S. 116 bis 122; Bd. 14, 1956, H. 4, S. 106 bis 109; Bd. 16, 1958, H. 5, S. 85;

»Product Engineering«, Bd. 27, 1956, S. 203;

N. A. Schultz, »Control of Nuclear Reactors and Power Plents«, 1955, S. 109 bis 113;

R. A. Ch ar pie et. el., »Progress in Nuclear Energy, Reactors«, Vol. I, 1956, New York, S. 341 und 342.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist 1 Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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