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Regelstabantrieb für Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich auf
einen Regelstabantrieb für Kernreaktoren, bestehend aus einem pneumatischen Antrieb
zur Schnellabschaltung mit Zylinder und Kolben, welcher über eine Stange fest mit
dem Regelstab verbunden ist, und einem von diesem zum Zweck der Schnellabschaltung
lösbaren Spindelantiieb, der aus einem Hohlkolben, einer Gewindespindel und einer
gegen Verdrehung gesicherten, axial durch Drehung der Gewindespindel bewegten, mit
dem Hohlkolben zusammenwirkenden Mutter besteht, wobei der Hohlkolben dichtend in
das Zylindergehäuse des pneumatischen Antriebs eingeführt ist, in diesem in axialer
Richtung gleitet und auf den Kolben des pneumatischen Antriebs einwirkt, der unterhalb
des Reaktorkerns angeordnet ist.
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Derartige Regelstabantriebe sind bekannt. Bei einem Leistungsreaktor
in der Größenordnung von etwa 100 MW sind etwa 45 Steuer- und Schnellabschaltstäbe
vorgesehen. Die Abstände dieser Stäbe im Reaktorkern sind durch die neutronenphysikalischen
Bedingungen vorgegeben. Bei Kernreaktoren hoher Leistungsdichte ist ein konstruktiv
kleinstmöglicher Stababstand anzustreben. Bei den bisher bekannten Antrieben der
Steuer- und Abschaltstäbe konnte auf Grund der konstruktiven Ausbildung ein bestimmter
Abstand der Antriebe von etwa 275 mm
nicht unterschritten werden. Für
Kemreaktoren hoher spezifischer Leistung werden jedoch kleinere Abstände verlangt.
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Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Anordnungen besteht darin,
daß bei einer Demontage eines in der Mitte befindlichen Einzelantriebes mehrere
Antriebe von außen nacheinander nach innen mit demontiert werden müssen. Die Demontage
der benachbarten Antriebe ist bei den bekannten Anlagen wegen der außerordentlichen
Breite des mechanischen Teiles erforderlich, da die Verschraubungselemente nicht
zugänglich sind. Eine derartige Breite läßt sich auf Grund der konstruktiven Ausbildung
des mechanischen Teiles des Antriebes nicht weiter verringern. Gewisse bewegliche
Teile der Antriebssysteme unterliegen einem Verschleiß, so daß diese in gewissen
zeitlichen Abständen überprüft und gegebenenfalls ausgebaut werden müssen. Ein Ein-oder
Umbau wird auch bei auftretenden Störungen erforderlich. Da die Abschaltstäbe für
die Sicherheit des gesamten Reaktors von entscheidender Bedeutung sind, ist ein
Ausbau schon bei einer geringsten Störung, vom Sicherheitsstandpunkt aus betrachtet,
erforderlich. Es besteht daher die Forderung, auch bei engstem Raum, der
- wie oben gesagt - insbesondere bei Reaktoren hoher spezifischer
Leistung vorgegeben ist, einen leichten Auf- und Ausbau des Einzelantriebes zu ermöglichen.
Ein leichter Aus-und Aufbau ist ebenfalls aus zeitlichen Gründen erwünscht, um das
Montagepersonal keiner hohen Strahlungsbelastung auszusetzen und um unnötige unproduktive
Reaktorstillstandszeiten zu vermeiden.
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Für den Ausbau der bisher bekannten Antriebsaggregate ist es notwendig,
einen der Länge des Antriebes entsprechenden Raum unterhalb desselben als Montageraum
vorzusehen. Ein solcher Raum ist lediglich für Montagezwecke notwendig, wodurch
der finanzielle Aufwand der gesamten Reaktoranlage durch die hierdurch entstehenden
erhöhten Baukosten vergrößert wird.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, einen derartigen
Aufbau der Antriebsaggregate vorzusehen, daß eine abschnittsweise Montage bzw. Demontage
eines Einzelantriebes am Keinreaktor ermöglicht wird. Der Erfindung liegt ferner
die Aufgabe zugrunde, Dichtungselemente oder Flansche, die nach einer gewissen Reaktorbetriebszeit
verstellt oder angezogen werden müssen, leicht zugängig zu machen, ohne sich dem
Reaktordruckgefäß zu sehr nähern zu müssen oder erst benachbarte Antriebsaggregate
zu demontieren und wieder der Reihe nach zu montieren.
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Darüber hinaus soll bei einer Trennung von Spindelantrieb und pneumatischem
Antrieb ein Herausgleiten des Regelstabes aus dem Reaktorkern verhindert werden.
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Die Lösung der aufgezeigten Aufgaben besteht darin, daß am unteren
Ende des Hohlkolbens in radialer Richtung vorgespannte Zahnklauen angebracht sind,
die mit einer sich in Längsrichtung in dem Antriebsgehäuse des Spindelantriebs erstreckenden
fixierten Zahnstange zusammenwirken und die Abwärtsbewegung des Hohlkolbens blockieren,
wenn die Mutter vom Hohlkolben getrennt ist, und daß die Mutter an der Oberseite
mit einer konisch zulaufenden
Leiste versehen ist, die beim Andrücken
der Mutter an den Hohlkolben in korrespondierende Ausnehmungen in den Zabnklauen
einrückt und die Zahnklauen von der Zahnstange wegdrückt.
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Der Kolben ist vorteilhaft auf das konisch zulaufende untere Ende
der Kolbenstange aufgesteckt. Eine Schraube, die den Hohlkolben an einem Verlängerungsteil
der Kolbenstange befestigt, ist so ausgebildet, daß sie mit Hilfe eines durch den
Hohlkolben geführten Werkzeuges gelöst werden kann.
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Im unteren Teil des Hohlkolbens sind zwei einander gegenüberliegende,
radial bewegliche Zahnklauen angeordnet, die durch zwei an der Gewindemutter befindliche
konische Leisten bei Auflageberührung des Hohlkolbens mit der Gewindemutter gegenüber
einer Zahnstange außer Eingriff gehalten werden. Bei Trennung des Hohlkolbens von
der Gewindemutter rasten die beiden Zahnklauen mit Hilfe eines elastischen Gliedes
in der Zahnstange derart in die Zahnstange ein, daß der Hohlkolben und damit der
Steuerstab wohl eine Aufwärtsbewegung, nicht aber eine Abwärtsbewegung ausführen
kann.
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Sowohl am unteren Teil des pneumatischen Antriebs als auch am unteren
Teil des mechanischen Antriebs befindet sich ein kreuzförmiges Distanzstück, das
sich mit den entsprechenden Kreuzstücken der benachbarten Antriebe an den Stirnseiten
über elastische Glieder berührt.
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Die entsprechenden Kreuzstücke der Antriebe sind durch Rahmen in Gruppen
zusammengehalten.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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In F i g. 1 ist ein Teil des Regelstabes und der obere
Teil des pneumatischen Antriebs, in F i g. 2 der mechanische Teil des Regelstabantriebs
dargestellt; F i g. 3 ist ein -vergrößerter Teilschnitt aus F i
g. - 1,
der im unteren Teil der F i g. 1 durch einen Kreis gekennzeichnet
ist; F i g. 4 gibt einen vergrößerten Ausschnitt aus der F i g. 2
wieder; in # F i g. 5 ist eine Anordnung mehrerer Antriebe an den Kreuzstücken
im Schnitt wiedergegeben.
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In F i 1-1. 1 ist der Regelstab 1 in einem Führungsblech
2 gelagert. Die Regelstabverbindungsstange 3
ist mit dem Regelstab
1 fest verbunden. Zwischen dem Druckgefäßboden 4 und der Führung 2 befindet
sich eine Bodenverstärkung 5. Unterhalb des Druckgefäßbodens 4 ist ein Strahlenschutz
6 vorgesehen. Die Regelstabverbindungsstange 3 ist von einer fest
mit dem Druckgefäßboden 4 verbundenen Hülse 7
umgeben. Innerhalb der Hülse
7 befindet sich neben der Regelstabverbindungsstange- 3 Reaktorwasser
unter dem jeweiligen Reaktorbetriebsdruck. Das Sperrwassergehäuse8 verhindert das
Eindringen des darüber in der Hülse 7 befindlichen Reaktorwassers in den
pneumatischen Zylinder 9. Das Sperrwassergehäuse 8 ist mit einem Sperrwassereinlauf
10 und einem Ablauf 11 für den Sperrwasserrest versehen. Der Säuberungsauslaß
12 dient zur Entwässerung der Hülse 7 vor der Demontage. Im Sperrwassergehäuse
8
wird der Reaktorgefäßdruck bis auf nahezu atmosphärischen Druck abgebaut.
Das durch das Sperrwassergehäuse 8 eventuell dringende Reaktorwasser wird
zur Vermeidung eines Eindringens in den pneumatischen Zylinder 9 durch eine
Leckwasserabfährung 13 in einen nicht näher dargestellten Sammelbehälter
abgeführt. Zum Austritt der im pneumatischen Zylinder 9 kompfimierten Bremsluft
im Fall einer Schnellabschaltung ist der Auslaß 14 vorgesehen. Mit 15 ist
eine Leckwasserkontrolle bezeichnet, die in der F i g. 3 näher erläutert
wird. Die Flanschschrauben 16 verbinden die Hülse 7 mit dem Sperrwassergehäuse
8. Die Schraubenstangen 17 verbinden den pneumatischen Zylinder
9 mit dem Sperrwassergehäuse 8. Die Kolbenstange 18 ist über
eine in der Figur nicht näher dargestellte Kupplung mit der Regelstabverbindungsstange
3 oberhalb des Sperrwassergehäuses 8 verbunden. Die Kolbenstange
18 befindet sich in einem Luftraum 19, der von dem pneumatischen Zylinder
9 begrenzt wird. In den Figuren sind die gleichen Bauelemente mit den gleichen
Bezeichnungen versehen. Der Kolben 20 in F i g. 2 ist mit der Kolbenstange
18 fest verbunden und von dem pneumatischen Zylinder 9 umgeben. Zwischen
pneumatischem Zylinder 9 und Kolbenstange 18 befindet sich der Luftraum
19. Ein Hohlkolben 21 ist mit Hilfe einer Schraube 22 mit der Verlängerung
23 der Kolbenstange 18 verbunden. Die Schraubstangen 17 sind
in dem Zylinderflansch 24 fest eingeschraubt. Innerhalb des Zylinderflansches 24
befindet sich eine Kolbendichtung 25, die den Hohlkolben 21 hindurchgleiten
läßt und welche die Aufgabe hat, den Treibluftraum 26, der durch die Druckzuführung
27 für die Schnellabschaltung mit Druckluft versorgt wird, gegenüber dem
unt - er atmosphärischem Druck stehenden Antriebsraum 28 abzudichten.
Der Antriebsraum 28 wird von dem Antriebsgehäuse 29 umschlossen. Innerhalb
des Antriebsgehäuses 29 befindet sich neben dem Hohlkolben 21 eine feststehende
Zahnstange 30. Im Inneren des Hohlkolbens 21 befindet sich eine Gewindespindel
31, die von einem Motor 32 in Drehung versetzt wird. Auf der Gewindespindel
31 sitzt einenicht drehbare, jedoch axial verschiebbare Gewindemutter
33, auf der der Hohlkolben 21 sitzt. Am unteren Teil des Hohlkolbens 21 befindet
sich eine kolbenartige Erweiterung, in der zwei einander gegenüberliegende radial
bewegliche Zahnklauen 34 gelagert sind. Die nähere Erläuterung dieser Rückwärtsverriegelung
in Verbindung mit der Zahnstange 30 erfolgt an Hand der F i g. 4.
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Das Antriebsgehäuse 29 wird mittels Schraubenstangen.35 gegen
den Zylinderflansch 24 angezogen. An der Berührungsstelle des Antriebsgehäuses
29 mit dem Zylinderflansch 24 befinden sich kreuzförmige Distanzstücke
36, durch die die Schraubenstangen 35
hindurchgeführt -sind. Weitere
Distanzstücke 37 befinden sich oberhalb eines Drehfeldgebers 38, welche
unter anderem die Aufgabe haben, den Abstand der Steuerstabaggregate untereinander
zu definieren, um
bei der, Montage den Antrieb ausrichten zu können und im
Betriebszustand alle Antriebe untereinander zu einem geschlossenen ganzen Aggregat
in Verbindung zu bringen, wie durch F i g. 5 näher erläutert wird. Zwischen
dem Distanzstück 37 und dem Motor 32 ist der Drehfeldgeber
38 angeordnet, welcher durch Schrauben 39 mit dem Distanzstück
37 und dadurch mit dem Antriebsgehäuse 29 verbunden ist.
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F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der F i
g. 1. Wird der in F i g. 2 dargestellte Kolben 20 durch eine Schnellabschaltung
aufwärts getrieben, so wird die Luft im Luftraum 19 zusammengepreßt und wirkt
als Bremse. Ein nicht näher dargestelltes und mit dem Druckluftanschluß 14 verbundenes
Bremssystem sorgt für einen entsprechenden Bremsdruck.
Im normalen
Betrieb sorgt das Druckluftsystem für einen leichten überdruck im Raum
19 gegenüber der Leckwasserabführung 13. Um ein eventuelles Durchdringen
der Sperrwasserflüssigkeit in den Raum 19
zu kontrollieren, besteht die Leckwasserkontrolle
15
aus zwei elektrischen Kontakten 40 und 41. Wird der Kolben 20 bis zu einer
höchstmöglichen Stellung aufwärts gehoben, so wird das über dem Kolben 20 eventuell
befindliche Sperrwasser den elektrischen Kreis über die Kontakte 40/41 schließen.
Die elektrischen Kontakte sind beispielsweise in einer Gießharzeinbettung 42 gelagert.
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F i g. 4 gibt einen vergrößerten, mit einem Kreis in F i
g. 2 bezeichneten Ausschnitt wieder. Im eingefahrenen Zustand befindet sich
der Regelstab 1 im nicht näher dargestellten Reaktorkern. Der mit dem Regelstab
1 fest verbundene und zum Antrieb desselben dienende Kolben 20 befindet sich
dabei in oberer Stellung, wie aus F i g. 3 ersichtlich. Um ein Zurückfallen
des Kolbens 20, der durch Preßluft aufwärts getrieben wurde, zu verhindern bzw.
um eine zweite mechanische Haltesicherheit zu geben, befinden sich die Zalinklauen
34 mit der Zahnstange 30 in Verbindung. Die durch den Motor 32 in
Drehung versetzte Gewindespindel 31 bewegt eine Gewindemutter 33 so
weit aufwärts, bis der bereits oben verweilende Hohlkolben 21 an seiner unteren
Auflagefläche 43 unterlaufen wird. Die F i g. 4 stellt diesen untersten Teil
der Auflagefläche des Hohlkolbens 21 dar, an der die Gewindemutter 33 anliegt.
Die Sperre erfolgt durch zwei im Hohlkolben 21 gegenüberliegende eingelassene Zahnklauen
34, die radial beweglich sind und mittels eines elastischen Gliedes bzw. mehrerer
parallel gehaltener Druckfedern 44 gespreizt werden und somit in die gegenüberliegenden
Zähne der Zahnstange 30 gleichzeitig eingreifen. Die gegenüberliegenden Zähne
der Zahnstange 30 sind jeweils um eine halbe Zahnhöhe versetzt, Die seitlichen
keilförmigen öffnungen 34 a der Zahnklauen 34 bewirken bei Ineinanderschieben einer
konischen Leiste 33 a der Gewindemutter 33 ein Entrasten der
Zähne, so daß bei vollständiger Auflage des Hohlkolbens 21 auf der Gewindemutter
33 keine Versperrung der beweglichen Teile mit der Zahnstange 30 eintritt
und daß der Hohlkolben 21 und damit der Regelstab 1 wieder abwärts bewegt
werden kann. Die Zahnstange 30 verhindert außerdem die radiale Bewegung der
Gewindemutter 33 und des Hohlkolbens 21.
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In F i g. 5 ist eine Gruppe von Regelstabantrieben im Schnitt
A-A aus F i g. 2 dargestellt. Der Schnitt A-A verläuft durch das kreuzförmige
Distanzstück 37. Die entsprechenden kreuzfönnigen Distanzstücke der benachbarten
Antriebe berühren einander an den Stirnseiten über elastische Glieder 46. In weiterer
Ausbildung der Erfindung sind die einzelnen Kreuzstücke der verschiedenen Antriebe
durch den Rahmen 47 gruppenweise zusammengehalten. Die kreuzförmige Anordnung der
Distanzstücke erlaubt ein Durchgreifen mit Hilfe eines Werkzeuges, um beispielsweise
aus der Gruppe heraus die Schraubenstange 35 bzw. die Flanschschrauben
16 zu erreichen. Durch die Ausbildung der Distanzstücke in Kreuzform ist
es gemäß der Erfindung möglich, die Zu-und Ableitungen für die Druckluft und das
Sperrwasser störungsfrei zwischen den Kreuzstücken vorbeizuführen. Die Länge der
Regelstabantriebe kann je nach Größe des Kernreaktors einige Meter betragen.
Während des Reaktorbetriebes ' insbesondere während des Steuer- oder Schnellabschaltvorganges,
treten in einem derartigen System naturgemäß Schwingungen auf, die durch die kreuzförmigen
Distanzstücke, insbesondere durch die elastischen Glieder 46, in vorteilhafter Weise
gedämpft werden. Der Rahmen 47, welcher mehrere Distanzstücke der Regelstabantriebe
zusammen a t, bewirkt eine weitere Schwingungsdämpfung. Eine ähnliche Rahmenausbildung
erfolgt desgleichen für die kreuzförmigen Distanzstücke 36, wodurch eine
erhöhte Stabilität erzielt wird. Die zu einem Regelstabantrieb gehörenden kreuzförmigen
Distanzstücke 37/36 und die Flanschverbindung 8 a sind gleich groß
ausgebildet, so daß die äußeren Kanten als Visier- oder Fluchtlinie für das Ausrichten
des Einzelantriebs bei der Montage dienen.
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Es ist möglich, eine Montage bzw. Demontage des gesamten Regelstabantriebs
in mehreren Abschnitten zu erreichen, wobei jeweils ein Bauabschnitt nicht größer
als die halbe Baulänge des gesamten Antriebsaggregates ist. In vorteilhafter Weise
verringert sich der notwendige Montageraum unterhalb der An-
triebsaggregate
um etwa die Hälfte gegenüber den bisher bekannten Anordnungen. Die verschiedenen
Montageabschnitte sind in den F i g. 2 mit 0, 1, 11 und in F i
g. 1 mit III bezeichnet. Die Demontage des gesamten Antriebsaggregates erfolgt
in der Weise, daß durch Lösen lediglich der Schrauben 39 der Motor
32 mit dem Drehfeldgeber 38 und der Gewindespindel 31 mit Gewindemutter
33 aus dem Antriebsgehäuse 29 herausgezogen werden kann. Beim Herausziehen
des Motors 32 mit dem Drehfeldgeber 38
bis zur Höhe 0 kann die
Gewindespindel 31 an der Kupplung 45 gelöst werden, so daß es nunmehr lediglich
notwendig ist, einen Raum für die Länge der Gewindespindel 31 vorzusehen.
Die Demontage der zweiten , Ausbaustufe, die der Länge des Antriebsgehäuses
29 entspricht, wird durch Lösen der Schraubenstangen 35 aus dem Zylinderflansch
24 ermöglicht. Durch Lösen der Schraube 22 mittels eines Steckschlüssels wird der
Hohlkolben 21 aus der Verlängerung 23 der Kolbenstange 1-8 herausgenommen.
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Die letzte Ausbaustufe Ill wird dadurch von der Hülse 7 gelöst,
daß die Flanschverschraubungen 16
am Sperrwassergehäuse 8 mittels eines
Steckschlüssels entfernt werden. Das Sperrwassergehäuse 8 wird mit dem pneumatischen
Zylinder 9 gemeinsam über die mit der Regelstabverbindungsstange
3 in der Hülse 7 verbundene Kolbenstange 18 abgezogen. Ebenso
wird der Kolben 20 aus seinem konischen Sitz auf der Kolbenstange 18 abgezogen,
der sich dann lose im pneumatischen Zylinder 9 befindet. An der Höhe
0 wird die Auflageberührung des Pneumatikzylinders 9 mit dem Sperrwassergehäuse
8
durch Lösen der Stangenschrauben 17 getrennt, so daß der Montageraum,
wie er für die Demontage der Gewindespindel 31 erforderlich ist, auch für
die restliche Ausbaustufe ausreicht. In umgekehrter Reihenfolge läßt sich der Einbau
eines einzelnen Regelstabantriebs auch neben bereits montierten Antrieben durchführen.
Alle Arbeiten können vom Personal unterhalb der Höhe 0 ausgeführt werden,
so daß dieses einer Oeineren Strahlendosis vom Reaktorkern auf Grund des relativ
großen Abstandes ausgesetzt ist, als es bei der bekannten Ausführung der Fall ist.
Da aus biologischen Gründen die vom Menschen aufgenommene Strahlendosis einen bestimmten
Wert
nicht überschreiten darf, müssen bei Arbeiten an der bekannten
Ausführung, vergleichbar in Höhe des Sperrwassergehäuses 8, die Personen
aus Sicherheitsgründen öfter ausgewechselt werden, was eine nicht unerhebliche Zeitverzögerung
zur Folge hat.