DE1230140B - Absorberstabantrieb fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G21d

Deutsche Kl.: 21 g - 21/31

Nummer: 1230 140

Aktenzeichen: L 36378 VIII c/21 g

Anmeldetag: 15. Juni 1960

Auslegetag: 8. Dezember 1966

Das Hauptpatent bezieht sich auf einen Absorberstabantrieb für Kernreaktoren, insbesondere für Siedewasserreaktoren, bei dem ein mechanischer Antrieb mit einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb kombiniert ist, wobei die voneinander getrennt arbeitenden Antriebe konzentrisch derart ineinander vereinigt sind, daß beide Systeme in einer Baulänge angeordnet sind, für die Hydraulik das gleiche Mittel verwendet wird, das in dem Reaktor als Kühl- und/oder Moderatormittel verwendet wird, und zwischen dem hydraulischen System und dem Reaktordruckgefäß zum Zweck des Druckausgleichs düsenähnliche Verbindungen bestehen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Weiterbildung der nach dem Hauptpatent geschützten Erfindung. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, die für ein unkontrolliertes Abwärtsgleiten des Steuerstabes oder nach einer Notabschaltung des Reaktors vorhandene mechanische Verriegelung zu vereinfachen und unmittelbar durch den mechanischen Antrieb wieder zu entriegeln. Ferner liegt ihr die Aufgabe zugrunde, diese Schaltung sowie eine Trennung des Steuerstabes vom mechanischen Antrieb zu signalisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Zahnstange mit dem Absorberstabgehäuse fest verbunden ist, deren Zahnkante mit dem steileren Anstieg gegen das Reaktorinnere weist, und daß innerhalb des Hohlkolbens gegenüber der Zahnstange zwei Zahnklauen, die mittels Druckfedern gespreizt sind, angeordnet sind, in deren keilförmige Öffnungen ein Keil der Schraubenmutter eingreift. Nach einer weiteren Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung wird bei Trennung des Hohlkolbens von der Schraubenmutter durch axiales Verschieben der Gewindespindel mittels einer Feder ein elektrischer Schalter betätigt.

Das Wesen der Erfindung sei an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen Absorberstabantrieb. Der Steuerantrieb benutzt für die mechanische Bewegung des Steuerstabes 1 eine motorisch angetriebene Gewindespindel 2, die eine Schraubenmutter 3 axial bewegt. Den hydraulischen Teil des Antriebes übernimmt ein Hohlkolben 4, der über die Spindel gestülpt auf der Mutter aufsitzt und so die Bewegung der Schraubenmutter auf den Steuerstab 1 überträgt. Am oberen Ende des Hohlkolbens wird der Steuerstab formschlüssig gekuppelt. Der Hohlkolben und der Spindelmutterantrieb sind in einem mit dem Reaktorboden verschweißten Gehäuserohr 5, in dem das Führungsrohr 6 eingebaut ist, angeordnet und ständig von Reaktorwasser um-Absorberstabantrieb für Kernreaktoren

Zusatz zum Patent: 1169 596

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Heinz Acher, Friedberg (Hess.);

Dr.-Ing. Helmut Heusler, Blankenstein/Ruhr;

Rudolf Raschke, Bochum

spült. Bei einer Schnellabschaltung wird der Hohlkolben 4 durch unter erhöhtem Druck in den Antrieb unter den Hohlkolben eingespeisten Wasser von der Schraubenmutter abgehoben und nach oben bewegt. Als Energiequelle für die Schnellabschaltung dient komprimiertes Gas, das sich im Inneren eines mit Wasser gefüllten Schnellabschaltbehälters 7 befindet. Im Gefahrenfall wird durch Öffnen eines Schnellabschaltventils 8 eine Verbindung zwischen Schnellabschaltbehälter und Steuerantrieb hergestellt und dadurch eine bestimmte Wassermenge unter erhöhtem Druck in den Antrieb gespeist.

Im mit Flüssigkeit gefüllten Schnellabschaltbehälter 7 ist das Rohrsystem 9 angeordnet, das über das Ventil 10 von dem Reaktorkühlmittel annähernd unter der Betriebstemperatur durchströmt wird. Es dient als Wärmetauscher, um bei Schnellabschaltung Wasser annähernd von der Temperatur des Wassers im Antrieb einzuspeisen und somit Materialspannungen im Absorberstabgehäuse zu vermeiden.

Der Antriebsraum ist mit dem Reaktordruckgefäß über einen Ringspalt zwischen Hohlkolben und einer Drosselbuchse 11 verbunden. Bei Schnellabschaltung strömt ein geringer Teil des eingespeisten Wassers durch den Ringspalt in den Reaktor. Hierbei tritt durch den Strömungswiderstand ein Druckabfall in dem Ringspalt auf, der unter dem Hohlkolben den erforderlichen Treibdruck bildet. Der Treibdruck erteilt dem Hohlkolben eine bestimmte Einfahr-

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geschwindigkeit, die bei konstantem Gasvolumen und Druck im Schnellabschaltbehälter vom jeweiligen Reaktordruck abhängt. Am Ende des Hubes wird der Steuerstab 1 mit Hohlkolben 4 von einer Feder 12 abgebremst. Dabei wird der Ringspalt geschlossen und der Treibdruck als hydraulische Säule für die Zeit des Nachlaufens der Schraubenmutter aufrechterhalten. Gegen Ende des Hubes wird der Steuerstab durch eine Tellerfedersäule 12 auf Null abgebremst. Der Öfrnungsbefehl des den Schnellschluß herbeiführenden Ventils 8 ist zugleich auch der Einfahrbefehl für die Schraubenmutter 3. Das Abschalten der Gewindemutter erfolgt durch einen oberen Motorendschalter 13. Der Hohlkolben und Steuerstab gleiten anschließend infolge ihrer Eigengewichte und der auf die Drosselbuchse 11 nachdrückenden Feder 12 bis auf die in oberste Stellung eingefahrene Schraubenmutter abwärts. Am unteren Teil des Hohlkolbens befindet sich ein Bund, in dem unter der Spannung der Druckfeder 14 zwei gegenüberliegende radial verstellbare Zahnklauen 15 gelagert sind. Zwischen diesen befindet sich auf der Länge des gesamten Steuerhubes eine Zahnstange 16, die bei Trennung des Hohlkolbens von der Schraubenmutter 3 oder bei nicht eingefahrener Schraubenmutter nach einer Notabschaltung eine Verriegelung gegen Abwärtsgleiten unterhalb des entspannten Bremsfederweges bewirkt. Bei Auflaufen der Gewindemutter unter dem Hohlkolben bzw. des Hohlkolbens auf die eingefahrene Schraubenmutter werden die Zahnklauen 15 durch zwei an der Schraubenmutter befestigte und in die Klauen eingreifende Keilleisten 17 von ihrem Eingriff in die Zahnstange 16 getrennt. Der Hohlkolben folgt danach wieder der Bewegung der Schraubenmutter. Während einer Schnellabschaltung wirken die Zahnklauen als Ratsche. Während des vorgenannten Abwärtsgleitens des Hohlkolbens über den Federweg tritt infolge einer Zahnlücke an der oberen Zahnstange keine Verriegelung ein. Die Verriegelung beginnt erst unmittelbar unter der obersten Endstellung des Steuerhubes.

Sollte nach einer Schnellabschaltung der hydraulische Druck frühzeitig abbrechen und die Gewindemutter noch nicht oder überhaupt nicht nachgefahren sein, dann würde der Hohlkolben an dem weiteren Abwärtsgleiten durch Auflage der Zahnklauen 15 gegen die obersten beiden Verriegelungsflächen der Zahnstange 16 gehindert sein. Der bei Normalbetrieb durch einen Motor 18 angetriebene Steuerstab wird entweder vom Operateur auf der Schaltwarte oder so von der vollautomatischen Steuerung in Funktion gesetzt. In beiden Fällen erfolgt getrennt über zwei Drehfeldsysteme eine Stab-Stellungsrückmeldung. Die Drehfeldgeber 19 werden von einer Antriebswelle 20 der Gewindespindel 2 angetrieben. Ein dazwischenliegendes Zahnradgetriebe 21 ist derart untersetzt, daß der Steuerhub auf einen Drehwinkel von etwa 300° übertragen wird. An den Endstellen des Drehwinkels wird durch Nocken an dem Drehfeldgeberzahnrad der zuvor beschriebene Grenzschalter 13 betätigt. Ein zweiter Endschalter 22 sichert den Steuerstab gegen Überfahren der unteren Endstellung. Zur Kontrolle, daß nach einer Schnellabschaltung oder während des Normalbetriebes der Hohlkolben auf der Gewindemutter aufsitzt bzw. ihrer Bewegung folgt, dient ein Schalter 23, der diese Funktion auf der Schaltwarte neben der Stellungsanzeige durch ■ eine Signallampe angibt. Dieser Schalter wird mittels der Feder 24 infolge axialer Verschiebung der Gewindespindel 2 durch Belastungswechsel betätigt. Ein zur Signalschaltung führender Belastungswechsel der Gewindespindel kann bei Ausfahren des Steuerstabes durch die Schraubenmutter 3 auch dann erfolgen, wenn der Hohlkolben 4 durch Verklemmen an dem Nachfolgen der Schraubenmutter gehindert wird. Die Schaltvorrichtung dient in diesem Fall besonders der Kontrolle darüber, ob sich der Steuerstab 1 bzw. Hohlkolben 4 auf der Schraubenmutter 3 befindet oder nicht. Bei einer Schnellabschaltung wird auf diese Weise angezeigt, ob sich, wie erforderlich, der Hohlkolben von der Schraubenmutter gelöst hat.

Während des Ausfahrens des Steuerstabes wird im Fall einer Trennung des Hohlkolbens von der Gewindemutter außer der Signalisierung auf der Warte der Antriebsmotor über den Schalter 23 abgestellt. Als unmittelbare Kontrolle einer ausgeführten Schnellabschaltung dient der Schnellabschaltkontrollendschalter 25, der ebenfalls eine Signallampe neben der Stellungsanzeige auf der Warte einschaltet. Dieser Schalter wird durch das Auflaufen des Hohlkolbens gegen die federbelastete Drosselbuchse betätigt. Außerdem gibt dieser Schalter eine weitere Meldung auf die Warte, daß nach Abbau der hydraulischen Säule unter dem Hohlkolben die Drosselbuchse wieder in ihrer untersten Stellung liegt. Ein Ausfahren des Stabes ist vom Antrieb her erst möglich, nachdem diese Meldung vorliegt und der Abschaltbehälter 7 wieder betriebsbereit ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Absorberstabantrieb für Kernreaktoren, insbesondere für Siedewasserreaktoren, bei dem ein mechanischer Antrieb mit einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb kombiniert ist, bei dem das Antriebsdrehmoment eines Motors auf eine Gewindespindel übertragen wird, die über eine undrehbare Mutter einen frei aufliegenden Hohlkolben vertikal bewegt, nach Patent 1169 596, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zahnstange (16) mit dem Absorberstabgehäuse (6) fest verbunden ist, deren Zahnkante mit dem steileren Anstieg gegen das Reaktorinnere weist, und daß innerhalb des Hohlkolbens (4) gegenüber der Zahnstange (16) zwei Zahnklauen (15), die mittels Druckfedern (14) gespreizt sind, angeordnet sind, in deren keilförmige Öffnungen ein Keil (17) der Schraubenmutter (3) eingreift.

2. Absorberstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Trennung des Hohlkolbens (4) von der Schraubenmutter (3) durch axiales Verschieben der Gewindespindel (2) mittels einer Feder (24) ein elektrischer Schalter (23) betätigt wird.

3. Absorberstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise zwei Drehfeldgeber (19) von der Gewindespindel (2) angetrieben werden, daß die gesamte Regellänge auf einen Drehwinkel von etwa 300°, der außer einer optischen Anzeige den Istwert für einen Regelkreis bildet, übertragen wird, wobei die Abschaltung des Absorberstabantriebes über Grenzschalter (13, 22) erfolgt.

4. Absorberstabantrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet,

daß sich in dem ständig unter Druck stehenden hydraulischen und/oder pneumatischen System ein Rohrsystem (9) als Wärmetauscher befindet, das von dem Reaktorkühl- und/oder Moderatormittel annähernd mit der Reaktorbetriebstemperatur durchströmt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 565; USA.-Patentschrift Nr. 2 756 857; Nuclear Engineering, Bd. 3, 1958, H. 28, S. 279; Atomkernenergie, Bd. 3, 1958, H. 12, S. 486 bis 489.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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