DE1227574B - Regelvorrichtung fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G2ld

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1227 574

Aktenzeichen: S 94830 VIII c/21 g

Anmeldetag: 24. Dezember 1964

Auslegetag: 27. Oktober 1966

Die Erfindung geht von einer bekannten Regelvorrichtung für Kernreaktoren, bestehend aus einem Kolben und Zylinder enthaltenden hydraulischen Antrieb, bei dem der Kolben auf einer ortsfesten hohlen Kolbenstange befestigt ist und der Zylinder, an dem das Regelelement befestigt ist, relativ zum Kolben gleitet und bei dem im Kolben ein vorgespanntes Ventil vorhanden ist, das den Innenraum der Kolbenstange mit dem Innenraum des Zylinders zu verbinden gestattet, aus.

Wenn bei dieser bekannten Vorrichtung die Innenräume an einen Niederdruckbehälter angeschlossen werden, fällt der Druck in diesen Räumen schnell unter den Reaktordruck, und der Zylinder bewegt sich unter der Wirkung des Reaktordrucks nach unten, um das Regelelement in den Kern einzufahren, wobei das Ventil geöffnet wird, um einen größeren Durchfluß von Wasser als im normalen Zustand aus dem Innenraum des Zylinders nach dem Innenraum der Kolbenstange zu ergeben. ao

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ausgehend von dieser bekannten Vorrichtung, eine Regelvorrichtung für Kernreaktoren zu schaffen, die widerstandsfähig und unkompliziert ist und doch ein zuverlässiges rasch wirkendes Freigabeventil bzw. Rückschlagventil und einen Steuerkolben aufweist, wodurch eine rasche Bewegung des Regelelementes in seine im Kern befindliche Stellung im Fall eines regelwidrigen Reaktorbetriebes gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird daher, ausgehend von der eingangs geschilderten Regelvorrichtung, vorgeschlagen, daß der Führungszylinder durch eine zwischen einem festen Teil der Reaktoranordnung und dem Zylinder wirkende Druckfeder im Sinne einer Einfahrbewegung in den Reaktorkern vorgespannt ist, daß der Ventilverschlußkörper des im Kolben angeordneten Ventils starr mit einem in der Kolbenstange gleitenden Steuerkolben verbunden ist, welcher durch eine Feder nach der geöffneten Stellung des Kolbenventils hin vorgespannt ist, und daß radiale Öffnungen in der Kolbenstange, die zwischen dem dem Reaktor abgewandten Ende des Zylinders und dem Kolben angeordnet sind, durch den Steuerkolben verschlossen sind, wenn das Kolbenventil geöffnet ist, und umgekehrt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben in zuverlässiger und unkomplizierter Weise gelöst.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Regelvorrichtung für Kernreaktoren

Anmelder:

Societe Anglo-Belge Vulcain, S. A., Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Ronald Scott Challender,

Appleton, Warrington (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 17. Januar 1964 (2264)

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Regelvorrichtung in der Abschaltstellung, während

Fig. 2 den gleichen Schnitt durch die Regelvorrichtung in einer Zwischenstellung darstellt.

Die in den Zeichnungen dargestellte Kernreaktor-Regelvorrichtung eignet sich als Sicherheitsvorrichtung in einem Druckwasser-Kernreaktor für Schiffsantrieb. Sie ist in einem Gehäuse untergebracht, das über einem Reaktorkern, ζ. B. an einem feststehenden Aufbau des Kerns, wie einer Kerndeckplatte, befestigt ist, und dient dazu, ein neutronenabsorbierendes Steuerelement für den normalen Betrieb des Reaktors aus dem Kern herauszuheben, während er das Steuerelement bei irgendeinem unkontrollierten Vorfall während des Reaktorbetriebs rasch in den Kern befördert.

Die Vorrichtung weist ein hohlzylindrisches neutronenabsorbierendes Regelelement 11 auf, das aus von rostfreiem Stahl umhülltem Bor besteht. Das Regelelement 11 sitzt auf einem koaxialen inneren Führungszylinder 12,mit dem e,r z.B. durch Schraubverbindung an seinem unteren Ende verbunden ist. Eine Druckfeder 13 in einem Ringraum zwischen dem Regelelement 11 und dem Zylinder 12 wirkt auf einen Flansch am unteren Ende des Zylinders 12 und ist am oberen Ende an dem feststehenden Aufbau

609 708/305

des Reaktorkerns befestigt. Das Regelelement 11 ist durch die Feder 13 auf seine Stellung innerhalb des Kerns hin vorgespannt, die einer Verringerung der Kernreaktivität entspricht.

Der Zylinder 12 ist an einem Ende mit einer einstückigen Ringplatte 14 versehen, welche auf einer feststehenden hohlen Kolbenstange 15 gleitet und durch diese geführt wird; Dichtungsringe 16, die in der Ringplatte 14 untergebracht sind, haben ihren Sitz auf der Kolbenstange. Ebenso wie die Feder 13 ist die Kolbenstange 15 an ihrem oberen Ende an dem Gehäuse befestigt, und somit steht sie relativ zum Reaktorkern fest. Ein feststehender Kolben 17 am unteren Ende der Stange 15 wird von dieser getragen und trägt Dichtungsringe 18, welche an das Innere des Zylinders 12 drücken. Radiale Öffnungen 19 sind in der Stange 15 unmittelbar über dem Kolben 17 vorgesehen, um (wenn erforderlich) eine Verbindung zwischen dem Inneren der Kolbenstange 15 und des Zylinders 12 herzustellen. Der Zylinder wird auf einen Druck über dem Kühlwasserdruck, der ihn umgibt, durch eine Einlaßöffnung zum Inneren der Stange 15 und dann durch die Öffnungen 19 gebracht; durch eine derartige Druckerhöhung, die mit Wasser von ähnlicher Zusammensetzung wie das Reaktorkühlwasser erfolgt, wird dieses Regelelement 11 gegen die Vorspannung aus dem Kern herausgehoben und somit die Reaktivität des Kerns gesteigert.

Der feststehende Kolben 17 ist hohl und hat ein unteres, mit Innenflansch versehenes Ende, in dem eine Ventilöffnung 22 gebildet ist; die Öffnung 22 bildet einen Teil eines Druckminderungsventils, welches einen Verschlußkörper 21 in dem Kolben 17 aufweist. Der Kolben 17 ist auf drei am Umfang gleich weit voneinander entfernte Arme 23 aufgeschraubt, die radial nach innen und einstückig von der Kolbenstange 15 weg verlaufen. In dem Kolben 17 ist das untere Ende der Kolbenstange 15 verbreitert und mit einer Aussparung zur Aufnahme einer Rückhalteplatte 24 versehen. Ein Steuerkolben 25, der in dem unteren Ende der Kolbenstange 15 gleitbar ist, ist durch einen Stößel 26 mit dem Ventilverschlußkörper 21 verbunden, wobei der Ventilverschlußkörper auf einem ausgesparten Abschnitt des Stößels 26 angeordnet und durch eine gesicherte Mutter befestigt ist. Der Steuerkolben 25 weist Dichtungsringe auf, die gegen das Innere der Stange 15 drücken, und der Stößel 26 ist in seiner Durchführung durch die ringförmige Rückhalteplatte 24 gleitbar, welche an dem unteren Ende der Stange 15 befestigt ist. Eine Steuerdruckfeder 27 wirkt zwischen der Rückhalteplatte 24 und dem Steuerkolben 25 dahingehend, daß sie den Steuerkolben nach oben vorspannt und somit den Ventilversehlußbauteil 21 von seiner Öffnung 22 abhebt, so daß das Druckminderungsventil in die geöffnete Stellung vorgespannt wird. In seiner oberen Stellung (Fig. 1) schließt der Steuerkolben 25 die Öffnungen 19.

Wenn der Reaktor unterkritisch ist, befindet sich die Vorrichtung in ihrem freigegebenen Zustand, wie er in F i g. 1 gezeigt ist. In diesem Zustand wird das Regelelement 11 in den Reaktorkern durch die Druckfeder 13 hineingefahren, und der Ventilverschlußkörper 21 wird durch die Steuerfeder 27 von der Öffnung 22 abgehoben. Da der Steuerkolben 25 sich in seiner oberen Stellung befindet, sind die Öffnungen 19 geschlossen. Während des normalen Reaktorbetriebs wird das Regelelement 11 dadurch aus dem Reaktorkern herausgehoben, daß in das Innere der Kolbenstange 15 Wasser gegeben wird, welches auf einen Druck über dem Druck des die Vorrichtung umgebenden Wassers gebracht worden ist. Unter der Wirkung eines solchen Innendrucks in der Kolbenstange wird der Steuerkolben 25 gegen die Kraft der Steuerfeder 27 herabgedrückt, öffnet somit die Öffnungen 19 und veranlaßt, daß der Bauteil 21 die Öffnung 22 schließt; dieser Zustand des Mechanismus, wo er unter hydraulischem Druck steht, ist in F i g. 2 gezeigt. Somit wird unter Druck stehendes Wasser im Inneren der Stange 15 in den Zylinder 12 durch die Öffnungen 19 eingelassen und veranlaßt, daß der Zylinder relativ zum feststehenden Kolben 17 gegen die Vorspannung der Feder 13 ansteigt, und das Regelelement 11 wird dementsprechend aus dem Reaktorkern heraus nach oben gehoben. Das Regelelement wird während des Reaktorbetriebs dadurch in seiner angehobenen Stellung gehalten, daß das Innere der Kolbenstange ständig über dem Druck des die Vorrichtung umgebenden Wassers unter Druck gehalten wird.

Im Fall eines ungesteuerten Vorfalls im Reaktorbetrieb, bei dem der Reaktor rasch abgeschaltet werden muß, wird der Druck im Inneren der Kolbenstange 15 durch die Einlaßöffnung dem die Vorrichtung umgebenden Druck angeglichen. Durch die Druckverringerung im Inneren der Kolbenstange 15 kann auf diese Weise der Mechanismus rasch seinen gelösten Zustand annehmen, wobei die Öffnungen 19 geschlossen sind und die Öffnung 22 geöffnet ist. Die Druckfeder 13 treibt das Regelelement 11 rasch nach unten in den Reaktorkern, während Wasser, das von dem Führungszylinder verdrängt wird, rasch durch die offene Öffnung 22 ausgestoßen wird.

Das innen geflanschte untere Ende des Kolbens 17 bildet der Wirkung nach einen Ventilsitz für den Verschlußkörper 21, der in dem Kolben angeordnet ist. Es ist ersichtlich, daß die Einlaßöffnung zum Inneren der Stange 15 ein Ventil aufweist, welches zum Inneren der Stange 15 entweder Wasser mit dem die Vorrichtung umgebenden Druck oder Wasser über dem Druck des die Vorrichtung umgebenden Wassers liefern kann, wobei dieser höhere Druck z. B. durch die Verwendung einer Hilfspumpe erzielt wird. Der Führungszylinder kann einstückig mit dem die Reaktivität steuernden Element ausgebildet sein.

Die vorstehend beispielsweise beschriebene Regelvorrichtung ist widerstandsfähig und unkompliziert und weist doch ein zuverlässiges, rasch wirkendes Freigabeventil für eine rasche Bewegung des Regelelementes in seine im Kern befindliche Stellung im Fall eines regelwidrigen Reaktorbetriebs auf.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Regelvorrichtung für Kernreaktoren, bestehend aus einem Kolben und Zylinder enthaltenden hydraulischen Antrieb, bei dem der Kolben auf einer ortsfesten hohlen Kolbenstange befestigt ist und der Zylinder, an dem das Regelelement befestigt ist, relativ zum Kolben gleitet und bei dem im Kolben ein vorgespanntes Ventil vorhanden ist, das den Innenraum der Kolbenstange mit dem Innenraum des Zylinders zu verbinden gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszylinder (12) durch eine

zwischen einem feststehenden Teil der Reaktoranordnung und dem Zylinder wirkende Druckfeder (13) im Sinne einer Einfahrbewegung in dem Reaktorkern vorgespannt ist, daß der Ventilverschlußkörper (21) des im Kolben (17) angeordneten Ventils starr mit einem in der Kolbenstange (15) gleitenden Steuerkolben (25) verbunden ist, welcher durch eine Feder (27) nach der geöffneten Stellung des Kolbenventils hin vorgespannt ist und daß radiale Öffnungen (19) in der Kolbenstange (15), die zwischen dem dem Reaktorkern abgewandten Ende des Zylinders (12) und dem Kolben (17) angeordnet sind, durch den Steuerkolben (25) verschlossen sind, wenn das Kolbenventil geöffnet ist, und umgekehrt.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (11) die Form eines Zylinders hat, der koaxial zu dem Führungszylinder (12) angeordnet ist und diesen umgibt, und daß die Druckfeder (13) in dem Ringraum zwischen dem Regelelement und dem Führungszylinder angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 565.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 7O&ß05 10.66 © Bundesdruckerei Berlin