DE1244305B - Vorrichtung zum Abbremsen der Fallbewegung eines Regel- und Abschaltstabes eines Kernreaktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES VMWW!· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1244 305

Aktenzeichen: G 39807 VIII c/21 g

1244 305 Anmeldetag: 10.Februar 1964

Auslegetag: 13. JuU 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbremsen der Fallbewegung eines an einem Seil hängenden Regel- und Abschaltstabes eines Kernreaktors, bei der das Seil über eine Trommel läuft, an v/elcher es befestigt ist und welche über eine erste lösbare Kupplung an einen Antriebsmotor angekuppelt ist.

Die bei Kernreaktoren vorgesehenen Regelstäbe sind im allgemeinen senkrecht angeordnet. Sie werden zur Steuerung der nuklearen Reaktion mittels eines Antriebes gehoben oder gesenkt. Um bei einem auftretenden Fehler den Reaktor augenblicklich abschalten zu können, ist in dem Antrieb eine Kupplung vorgesehen, die eine Abkupplung des Antriebes ermöglicht, so daß der Regelstab unabhängig von anderen Energiequellen durch die Schwerkraft in den Reaktorkern fallen kann. Eine solche Abschaltung muß sehr schnell erfolgen. Um ein möglichst schnelles Einfallen des Stabes zu gewährleisten, andererseits aber die beim Abfangen des Regelstabes in seiner untersten Stellung auftretenden Verzögerungskräfte in Grenzen zu halten, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, welche den Stab abfangen.

Zu diesem Zweck ist bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei welcher mit der das Tragseil aufnehmenden Trommel eine Wirbelstromkupplung verbunden ist, deren Bremswirkung durch Verminderung des Radius der Seiltrommel gegen Ende des Falles und durch Veränderung ihres Luftspaltes mit Hilfe einer Nockenscheibe mit fortschreitender Fallbewegung derart erhöht wird, daß die Geschwindigkeit des Regelstabes gegen Ende seiner Fallbewegung auf Null verringert wird. Diese bekannte Vorrichtung ist verhältnismäßig aufwendig. Sie erfordert eine mechanische Verstellung der Wirbelstrombremse, die zu Störungen Anlaß geben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abbremsen der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau mit großer Sicherheit arbeitet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Seiltrommel aus zwei sehr unterschiedliche Massen aufweisenden, durch eine zweite lösbare Kupplung miteinander verbundenen Teilen besteht, wobei das Seilende an dem leichteren Trommelteil befestigt ist, und daß diese die beiden »rommelteile verbindende zweite Kupplung sich am \ ntersten Punkt der Fallbewegung automatisch löst. } Iierbei wird das Schwungmoment des mit großer lasse versehenen Teiles der Seiltrommel zur Bremjng des fallenden Stabes benutzt, wobei eine Störung raktisch ausgeschlossen ist.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der Seiltrommel

Vorrichtung zum Abbremsen der Fallbewegung
eines Regel- und Abschaltstabes eines
Kernreaktors

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 Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

Peter Fortescue, Rancho Santa Fe, Calif.;
Francis Robert Bell, San Diego, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 11. Februar 1963 (257 693)

während etwa der ersten ⁹/₁₀ des gesamten Fallweges des Stabes konstant und nimmt während etwa der letzten Y₁₀ des gesamten Fallweges ab. Die Seiltrommel kann entweder mit einem Schwungrand in Wirkverbindung stehen, das während des Fallens des Stabes in einer Richtung angetrieben wird, dabei können Trommel und Schwungrad um die gleiche Achse drehbar gelagert sein, oder selbst als Schwungrad ausgebildet sein.
In der nun folgenden Beschreibung ist eine Ausführungsform der Abbremsvorrichtung wiedergegeben, bei der die in dem KontroHstab bei seiner normalen angehobenen Stellung im Reaktorkern gespeicherte potentielle Energie dazu benutzt wird, einem rotierenden Teil, etwa einem Schwungrad, in einer solchen Weise eine Bewegung zu erteilen, daß das Verhältnis der in dem rotierenden Teil entwikkelten Idnetischen Energie zu der im Stab selbst zurückgebliebenen Energie während des letzten Fallabschnittes stark und rasch anwächst, daß dabei aber, so lange bis eine »sichere« Position erreicht ist, nur ein verhältnismäßig geringer Geschwindigkeitsverlust

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des fallenden Stabes während des Anfangsabschnittes der gesamten Alarmperiode eintritt. Bei diesem Vorgang wird die kinetische Energie des Stabes selbst, wenn dieser sich seiner Endstellung im Reaktor nähert, derart herabgesetzt, daß die auf den Stab ausgeübte Verzögerung seine Geschwindigkeit in dem Zeitpunkt, wo der Stab seinen untersten Punkt am Ende der Alarmperiode erreicht, bis auf einen Sicherheitswert reduziert hat.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Seil, mit dem der Stab im Reaktor aufgehängt ist, um eine um eine Horizontalachse drehbare Trommel oder Rolle aufgewickelt; die Trommelaußenfläche hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser und ist am Umfang mit Rillen ausgestattet, die die Windungen des Aufhängeseiles bei der normalen Reaktoroperation aufnehmen; dieser Teil der Trommel wirkt als Schwungrad. Das Seil wird automatisch von der Trommel getrennt, wenn das oberste Seilende vollständig abgewickelt ist, es bleibt aber mit einem rotierenden Teil fest verbunden, der normalerweise mit der Trommel in Verbindung steht.

Die Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 ein Diagramm der Fallgeschwindigkeit des Kontrollstabes während der Alarmperiode, das deren Anstieg und Abnahme zeigt,

F i g. 2 einen Aufriß der Vorrichtung, zum Teil im Schnitt,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2,

F i g. 4 eine ähnliche Ansicht wie die der F i g. 3, bei der jedoch der Trommelteil der Vorrichtung in der Lage dargestellt ist, die er kurz vor Beendigung der Alarmoperation einnimmt,

F i g. 5 einen Grundriß nach der Linie 5-5 von Fig. 2,

F i g> 6 eine schematische Seitenansicht des Stellenanzeigäntriebes, gesehen in Richtung des Pfeiles 6 in Fig. 2.

In F i g. 2 ist schematisch dargestellt, wie der Kontrollstab 10, der in diesem Fall etwa 55 kg wiegt, mit dem Aufhängeseil 11 verbunden ist, das in seiner Lage auf der Seiltrommel 12 gezeigt ist für den Fall, daß der Reaktor normal arbeitet und der KontroII-stab seine oberste Normalstellung im Reaktorkern einnimmt.

Die Seiltrommel 12 umfaßt eine zylindrische äußere Randzone 13 mit etwa 25 cm Außendurchmesser, in der eine Reihe von etwa acht schraubenförmigen Rillen 14 eingesenkt sind, in die die aufeinanderfolgenden Windungen des Aufhängeseiles 11 eingelegt sind. Die vier normalerweise leeren Rillen 14 auf der Trommel dienen dazu, das Seil aufzunehmen, wenn der Kontrollstab vollkommen aus dem Reaktorkern herausgeholt werden soll, etwa bei der Wartung oder aus irgendeinem anderen Grund.

Konstruktionsmäßig weist die Trommel 12 zwei abgeschlossene Stirnplatten 15 und 16 auf, die mit den Rändern eines Rohrstutzens 17 zusammengefügt sind, der mit Lagern, etwa 18, versehen ist; auf diese Weise kann die Trommel 12 sich frei um eine zentrale Welle 19 schnell drehen, wenn sie von der Welle 19 abgekuppelt ist. Um die Schwungradwirkung noch zu erhöhen, ist der Zwischenraum zwischen dem Rand 13 der Trommel und dem Rohrstutzen 17 vorzugsweise mit Blei gefüllt. Die Welle 19 ist in zwei Lagern 21 und 22 in den entsprechenden vertikalen Seitenwänden 23 bzw. 24 drehbar abgestützt (s. auch

Fig. 4). Die gesamte Rötätiönseinheit, die im vorliegenden Fall die Trommel 12 und die Welle 19 umfaßt, hat ein Gewicht von etwa 36 kg.

Der Trommelantrieb

Die Einstellung der Eintauchtiefe des Kontrollstäbes in den Reaktor wird von einer Energiequelle, beispielsweise einem Elektromotor, und einem Getriebekasten 25 (s. F i g. 2) vorgenommen, der über ein nachfolgendes Übersetzungsgetriebe mit der Trommel 12 verbunden ist. Der Motor hat eine Ausgangswelle 26, deren Ende mit einem Zahnritzel A (s. Fig. 3) versehen ist, das ein Getriebe, bestehend aus einem Spurrad B, einem Ritzel C, einem Spurrad D, einem Ritzel E, einem Spurrad F und einem Ritzel G₁ antreibt. Das Ritzel G steht normalerweise direkt im Eingriff mit den Zähnen eines großen Spurrades H, das ein Bestandteil des Umfanges 13 der Trommel 12 ist, und wird normalerweise mit diesem Spurrad H mittels einer Solenoidkupplung, allgemein als 27 bezeichnet (s. F i g. 2 und 5), in Kupplungsverbindung gehalten.

Das Ritzel G ist ein fester Bestandteil einer rohrförmigen Gleithülse 28, die auf einer horizontalen Welle 29 gleitet, deren beide Enden drehbar in Lagern 30 und 31 in den beiden Seitenwänden 23 und 24 gelagert sind. Das linke Ende der Welle 29 ist derart in dem Stutzen des Getriebes F befestigt, daß sich die Welle 29 und das Getriebe F gemeinsam als eine Einheit drehen. Die Gleithülse 28 ist an ihrem rechten Ende aufgebohrt, um Federn 32 aufzunehmen, die mit Zähnen 33 auf der Außenfläche der Welle 29 in ständigem Eingriff stehen, während die Gleithülse 28 auf der Welle gleitet. Rechts von den Zähnen 33 auf der Welle 29 ist ein gleitender Ring 34 angeordnet, gegen den eine Kompressionsschraubenfeder 35 drückt, deren rechtes Ende an einem kleinen, auf dem rechten Wellenende 29 sitzenden Flansch 36 anstößt. Die Feder 35 drückt ständig die Gleithülse 28 nach links und ist bestrebt, die Zähne des Ritzels G aus dem Eingriff mit den Zähnen des Zahnrades H auf der Trommel 12 auszurücken. Beim normalen Betrieb wird jedoch die Federkraft 35 von einer Solenoidkupplung überwunden, die allgemein als 27 bezeichnet ist (s. F i g. 2 und 5).

Die Kupplung27 (Fig. 5) umfaßt eine normalerweise feststehende Manschette 37, die mit zwei einander gegenüberliegenden Stiften 39 in einem gegabelten Hebel 40 befestigt ist. Das andere Ende 41 des gegabelten Hebels 40 ist, wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, an einem Drehzapfen 42 festgemacht, der an einem festen Teil des Solenoidrahmens liegt; das Mittelstück des Hebels 40 trägt einen Stift 43, der den Hebel 40 mit dem beweglichen Tauchkern 74 des Solenoids 27 verbindet. Das Solenoid 27 ist normalerweise ständig erregt und hält daher die Zähne der entsprechenden Getrieberäder G und H im Eingriff fest. Wenn jedoch der elektrische Strom in dem Solenoid 27 mit Hilfe des Alarmknopfes oder auf andere Weise unterbrochen wird, drückt die Kompressionsfeder 35 die Gleithülse 28 auf der Welle 29 nach links, so daß die Getrieberäder G und H ausgerückt werden und die Trommel 12 dadurch mit den zugehörigen Teilen sich frei auf oder mit der Welle 29 drehen kann, veranlaßt durch das Gewicht des Kontrollstabes 10, der an dem um die Trommel gewundenen Seil 11 nach unten zieht.

Abwickelnocken und Überholkupplung

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß am rechten Ende der Welle 19 (s. F i g. 2) ein Trommelteil 44, im folgenden als Nocken 44 bezeichnet, angeordnet ist, der einen spiralförmigen Träger für das Endstück des Seiles 11 bildet. Dieser Nocken 44 ist normalerweise mit der Trommel gekuppelt und rotiert mit ihr.

Während der Alarmoperation läuft das Seilende 45 aus der letzten Rille des Trommelumfanges 13 heraus und wechselt zu einer Nut über, die an der Außenfläche des Nockens 44 gebildet ist. Dabei ist zu beachten, daß für die Dauer der Alarmoperation, bis der Kontrollstab schließlich seine tiefste Stellung im Reaktorkern erreicht hat, das äußere Ende des Nockens 44 und die benachbarte Randzone 13 der Trommel 12 mittels einer Überholkupplung gemeinsam angetrieben werden (am besten aus F i g. 3 ersichtlich).

Die Kupplung umfaßt eine Mitnehmerklinke 46, deren eines Ende an einen Stift 47 angelenkt ist, der in einem Vorsprung 48 an der Innenseite der Trommelrandzone 13 sitzt. Die Klinke 46 liegt in einer Vertiefung 49 der Außenfläche der Trommelrandzone 13 und wird im Normalzustand von einer Schraubendruckfeder 50 nach einwärts gedrückt: die Feder 50 liegt in einer Tasche der Klinke 46 und ragt mit ihrem äußeren Ende aus der Tasche heraus und drückt gegen die Außenwand 51 der Vertiefung 49. Die Einwärtsbewegung der Klinke 46 wird durch einen Stift 52 begrenzt, der im Boden der Vertiefung 49 festsitzt und durch einen kurzen Schlitz 53 im Ende der Klinke 46 ragt.

Der Punkt 54 der Klinke 46 wird in seiner in F i g. 3 gezeigten Normalstellung von der Feder 50 derart nach innen gedrückt, daß er innerhalb des Randes 55 eines vorstehenden Teiles 56, der auf der Innenseite des Nockens 44 sitzt, zu liegen kommt. Der Außenrand oder die Außenfläche 55 des vorstehenden Teiles 56 ist mit einem Schwanz 57 versehen, dessen inneres Ende näher an dem Drehpunkt der Achse 58 der Nockenwelle 19 liegt. Es sind Mittel vorgesehen, um die Trommel 12 nach Durchführung der Alarmoperation in Richtung des Pfeiles 59 sich frei drehen zu lassen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Klinke 46 in der in F i g. 4 gezeigten ausgeklinkten Stellung, der Nocken 44 steht fest, und der vorspringende Teil 56 ist in einen ringförmigen Ausschnitt 60 in der Außenfläche der Trommelrandzone 13 eingefügt (s. auch Fig. 2). Während der freien Drehbewegung der Trommel 12 und nachdem der Nocken 44 eine Ruhestellung eingenommen hat, gleitet die Klinke 46 bei jeder Umdrehung, sobald sie auf den feststehenden, vorspringenden Teil an der Nockeninnenseite trifft, an der ansteigenden Außenkante oder Zunge des vorspringenden Teiles 56 entlang und drückt die Feder 50 zusammen. Wenn die Klinke dann schließlich die Grenze ihrer Schwenkbewegung nach außen erreicht hat, fällt sie über den Rand 55 des vorspringenden Teiles 56 herunter. Danach dient die Klinke 46 als Sperre, die die Trommel 12 um die Nockenwelle 19 frei laufen läßt, bis die bei der Trommelrotation auftretende Friktion in den Lagern schließlich die kinetische Energie der Trommel aufzehrt und diese zum Stillstand bringt. Wenn der Normalbetrieb des Systems wiederaufgenommen werden kann, kann die Solenoidkupplung

27 der Trommel neu angeregt werden, um so das Ritzel G wieder mit dem TrommeIzahnrad H in Eingriff zu bringen; daraufhin wird der Motor 25 eingeschaltet, der die Trommel 12 in Richtung des Pfei-Ies 61, das ist in Aufwickelrichtung, dreht. Die Rotation der Trommel 12 in Aufwickelrichtung läßt die Klinke 46 in Sperrstellung mit dem vorspringenden Teil 56 des Nockens 44 einrasten, wie in F i g. 3 der Zeichnungen dargestellt. In der Sperrsiellung besteht ίο keine Schwierigkeit, das Seil 11 über den Spalt zwischen den benachbarten Rändern der Trommel 12 und des Nockens 44 zu führen, da mit der Überholkupplung 46 in der in F i g. 3 gezeigten Lage die Trommel und die Nockenwelle in richtiger Stellung zueinander bleiben, sobald das Aufholen in Richtung des Pfeiles 61 eingeleitet ist und bis die nächste Alarmoperation erforderlich ist.

Verzögerung

Bei einer Trommel-Seil-Kombination der beschriebenen Art ist das obere Seilende an einem Punkt auf dem rotierenden Element, das am Aufwickelvorgang teilnimmt, festgelegt. Im vorliegenden Fall umfaßt das Aufwickelglied eine zylindrische Trommel, die um eine Wellenachse rotiert, an der das Seil befestigt ist. Wenn der Befestigungspunkt des Seiles am Trommelumfang liegen würde, müßte die Verzögerung der Fallgeschwindigkeit des Stabes während der Alarmoperation in der letzten Viertelumdrehung der Trommel am Ende der Alarmoperation erfolgen. Zu Beginn der Alarmoperation würde der unbeeinflußte Fall des Stabes eine Fallgeschwindigkeit von 10 m/sec während der ersten Sekunde entwickeln, es sei denn, der freie Fall wäre durch andere Faktoren, etwa durch Reibung oder die Trägheit der Trommel und der zugehörigen Teile beeinflußt.

Für das Diagramm der F i g. 1 wurde angenommen, daß bei dem hier beschriebenen Gerät diese anderen Faktoren die Beschleunigung vom Normalwert von 9,8 m/sec² auf annähernd 7,3 m/sec² herabsetzen, so daß dem Stab nach der ersten vollen Fallsekunde eine angenäherte Fallgeschwindigkeit von 7,3 m/sec zuteil wird. Zu diesem Zeitpunkt wäre der Stab von einer Höhe von 4 m auf eine Höhe von 30 cm, d. h. um gerade 3,7 m, herabgefallen, und es wäre notwendig, die kinetische Energie, die der Stab erlangt hat, auf irgendeine Weise abzusetzen, bevor er am Ende des Alarmvorganges seine Ruhelage erreicht.

Wenn die gesamte Energie des fallenden Stabes in einer Vierteldrehung der Trommel verausgabt oder neutralisiert werden muß, muß ihr Hauptanteil in den letzten 5 bis 7,5 cm des unteren Abschnittes einer Viertelumdrehung verbraucht werden, so daß der Bremszug am Seil beim Stoppen der Abwärtsbewegung des Stabes enorm groß sein müßte, möglicherweise zwischen dem 50- und IOOfachen des Gewichtes. Für ein Stabgewicht von 54 kg wäre der Zug in der Gegend von 2,7 bis 5,51, was ein Seil von einer Größe und Beschaffenheit erforderlich machen würde, die vollständig unzweckmäßig wären. Diese Schwierigkeit kann verringert werden bis zu einem gewissen Maß, dadurch, daß man die Trommel sehr groß macht, um so den- Durchmesser der Seilwindungen auf der Trommel zu vergrößern. Eine beträchtliche Steigerung des Durchmessers der Trommel ist aber wahrscheinlich unmöglich wegen der

Platzbeschränkung und wäre von einem so starken Anwachsen der Trägheitskräfte des Systems begleitet, daß die Alarmperiode auf einen Wert verlängert würde, der die Sicherheit der Einrichtung in Gefahr brächte.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der in Fig. 2 gezeigten Trommel 25 cm; von der gesamten Fallhöhe des Stabes von 4 m entfallen 3,65 m auf die erste Sekunde, während der keine Änderung in der Beschleunigung oder im Verhältnis der vom Stab aufgenommenen und der vom Rotationssystem aufgenommenen kinetischen Energie eintritt. Die letzten 35 cm Fallhöhe werden in einer Zehntelsekunde durchmessen; während dieser Zeitspanne verliert der Stab seine erworbene Geschwindigkeit von 7,3 m/sec und die Verzögerung während der kurzen Endperiode von einer Zehntelsekunde muß daher im Mittel 73 m/sec² betragen, was dem Zehnfachen der Beschleunigung während der ersten Fallsekunde entspricht. Dies liegt in praktischen Grenzen und kann durch die hier beschriebene Anordnung verwirklicht werden.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß am Ende des oberen Abschnittes des Seiles 11 ein Ansatz oder Haken 62 sitzt, der mit einer kurzen Kette 63 verbunden ist, die das obere Seilende befähigt, sich frei um den Nabenteil des Nockens herumzulegen. Das Ende der Kette 63 ist an einem Bolzen 64 befestigt, der in der Welle 19 etwa 3,2 mm von der Achse 58 entfernt sitzt, um die das System rotiert. Die gesamte Länge der Kette und des Seiles von dem Bolzen 64 um die Spiralnut des Nockens 44 herum beträgt annähernd 33 cm; dabei ist die Krümmung und die Länge des Nockens so bemessen, daß der wirksame Radius des Nockens 44 zwischen seinem äußeren Punkt und der Achse 58 den Nocken etwa eine Umdrehung um die Achse 58 ausführen läßt, bevor das Seil ganz vom Nocken abgespult ist und die in F i g. 4 dargestellte Lage einnimmt, bei der der Nocken 44 auf der Welle 19 als Träger für das obere Seilende dient. Daher wird während der letzten 33 cm Fallhöhe und während des letzten Zehntels der letzten Alarmsekunde die Fallgeschwindigkeit des Stabes mit einer etwa konstanten Verzögerung abgebremst, während der größte Anteil der vom fallenden Stab abgegebenen kinetischen Energie zur Beschleunigung der Rotationsgeschwindigkeit der Trommel oder des Schwungrades verwendet wird.

Die Nockenkurve ist so berechnet, daß die Verzögerung des Stabfalles während der letzten Umdrehung des Nockens um seine Achse praktisch gleichmäßig gemacht wird, um an jedem Punkt des Verzögerungsabschnittes eine unzulässige Spitzenbeanspruchung des Seiles zu vermeiden.

Offensichtlich übt das Seil am untersten Punkt des Falles, wenn der Bolzen 64 senkrecht unter der Achse 58 liegt, keine Rotationskraft auf die Welle 19 mehr aus, so daß nichts mehr die Trommel an ihrem freien Lauf hindert; die Welle 19 läuft jedoch nicht länger mit der Trommel mit, weil die Klinke 56 ausgerückt ist. In diesem Zeitpunkt ist die gesamte in dem System entwickelte kinetische Energie von der Trommel absorbiert, mit Ausnahme von schädlichen Verlusten, wie der Lagerreibung, und des geringen Energiebedarfs für die Bremsung der Welle und des Nockens bis zum Stillstand. Es kann jedoch eine leichte Yo-Yo-Tendenz bestehen, wie dies

durch den »Schlenker« W am unteren Ende der Geschwindigkeitskurve in F i g. 1 angedeutet ist. Ein solcher Yo-Yo-Effekt wird, wenn er auftritt, durch die Lagerfriktion rasch zum Stillstand gebracht und auch durch den Wulst an der Rückseite des Nockens, der an die Kette 63 anstößt.

Der von dem Nocken 44 und seiner Welle 19 absorbierte Betrag der kinetischen Energie ist nur ein sehr kleiner Bruchteil der auf die Trommel 12 übertragenen, weil das Gewicht des Nockens und der Welle auch nur ein kleiner Bruchteil des Trommelgewichtes ist und außerdem der wirksame Trägheitsradius des Nockens sehr viel kleiner ist als derjenige der Trommel.

Obiges Beispiel beschreibt die Wirkungsweise des Systems, wenn die gesamte Fallstrecke bei Alarmstart ein Maximum von 4 m zwischen der höchstgelegenen Arbeitsstellung des Kontrollstabes und seinem tiefsten Punkt am Ende des Alarms beträgt.

Wenn der Stab im Alarmfall von einer mittleren Höhe aus fallen gelassen wird, ist die Funktion noch wirksamer, weil eine kürzere Zeitspanne benötigt wird, bis der Stab die 33-cm-Höhe erreicht und deshalb weniger kinetische Energie von der Trommel absorbiert werden muß.

Instrumentation

Die allgemeine Anordnung der Vorrichtung ist derart, daß sie nicht das übliche, zur Bedienung nuklearer Reaktoren verwendete System stört. Beispielsweise trägt die Hauptwelle 19, auf der der Nocken 44 als festangefügtes Teil sitzt, am rechten Ende eine Verlängerung, auf der ein Ritzel montiert ist, das mit einem Zeitgeber- oder Programm-Getrieberad 66 im Eingriff steht; dieses Rad 66 ist, wie in Fig. 6 gezeigt, mit einem Nocken 67 ausgerüstet, der geeignete Relais oder Schalter 68 und 69 betätigt, die die Stellung des Stabes zu verschiedenen Zeiten während des Betriebes anzeigen. In ähnlicher Weise ist am entgegengesetzten Ende der Welle 19 eine zweite Welle 70 angeordnet, die dazu dient, eine übliche feine Synchrovorrichtung 71 und eine grobe Synchrovorrichtung 72 zu betätigen, von denen der Kontrollstab eingeregelt oder gesteuert wird.

Wenn wegen Platzmangel oder aus anderen Gründen ein kleineres oder nicht mit Gewicht versehenes Schwungrad gebraucht wird, kann das Schwungrad so übersetzt sein, daß es mit höherer Rotationsgeschwindigkeit als die Welle 19 umläuft. Beispielsweise kann ein Rad von relativ geringer Größe und geringem Gewicht um eine Achse drehbar angeordnet sein, die in einem Abstand außerhalb des Umfanges der Trommel 12 liegt, und kann über einen kleinen Ritzelantrieb mit dem Zahnrad H der Trommel 12 verbunden sein.

Wenngleich das hier beschriebene Ausführungsbeispiel auch mit unterschiedlichen Reaktortypen anwendbar ist, ist es doch in Verbindung mit einem Reaktor gezeigt, in dem der KontrolIstab vorzugsweise mit praktisch gleichförmig beschleunigter Bewegung über den größten Teil seiner Fallhöhe gesenkt werden soll und wo die Verzögerung während eines kleinen Bruchteils seines Falles, kurz vor Erreichen des tiefsten Punktes im Reaktorkern eintritt. Dies ist die anspruchsvollste Bedingung. Wenn jedoch der Reaktor von einem Typ ist, bei dem ein

Claims (6)

Sicherheitszustand bereits erreicht ist, wenn der Kontrollstab nur etwa 15 bis 30 cm von seiner vorherigen normalen Betriebshöhe gefallen ist, kann die Verzögerung in dem Alarmzyklus sehr viel früher einsetzen, und sie kann in diesem Fall sanfter sein als in der oben beschriebenen spezifischen Ausführungsform. Beispielsweise kann zur Verlängerung der Verzögerungszeitspanne die Länge der Rille für das Seilendstück mit abnehmendem Radius vergrößert werden, damit diese ein größeres Stück des Seiles aufnehmen kann. F i g. 1 zeigt in einer graphischen Darstellung den Verlauf des Falles eines Stabes, wenn er von der vorliegenden Vorrichtung nach freiem Fall abgebremst wird. Die linke Ordinate gibt die Höhe des Stabes über dem Boden in Zentimetern an, die Abszisse die Zeit in Sekunden seit Abfallbeginn. Die rechte Ordinate gibt die Fallgeschwindigkeit des Stabes in Zentimetern pro Sekunde an. In dem in F i g. 1 erfaßten Beispiel fällt der Stab von einer Höhe von 392 cm bis zur Null-Höhe innerhalb 1,1 Sekunden. Dabei beschleunigt sich der Stab zunächst gleichmäßig mit einer Beschleunigung von 720 cm/sec2 über etwa 1 Sekunde, bis er eine Höhe von etwa 32 cm über der Null-Höhe erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt hat die Fallgeschwindigkeit ihr Maximum bei etwa 720 cm/sec erreicht. Das Seil verläßt dann den zylindrischen Trommelteil und geht auf den Trommelteil mit den Spiralrillen über. Der Rest des Falles aus der Höhe von etwa 32 cm beträgt dann noch etwa 1Ao Sekunde. Innerhalb dieser kurzen Zeit wird die Fallgeschwindigkeit des Stabes von ihrem Maximum auf Null vermindert, also mit einer Bremsbeschleunigung von etwa 720 cm/sec2. Die kinetische Energie, die auf diese Weise von dem Stab auf die Trommel übertragen wird, findet sich in der erhöhten Umlaufgeschwindigkeit der Trommel wieder. Die Trommel läuft dann mit der erhöhten Geschwindigkeit um, bis sie allmählich durch mechanische Reibung wieder zur Ruhe kommt. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abbremsen der Fallbewegung eines an einem Seil hängenden Regel- und Abschaltstabes eines Kernreaktors, bei der das Seil über eine Trommel läuft, an welcher es befestigt ist und welche über eine erste lösbare Kupplung an einen Antriebsmotor angekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommel aus zwei sehr unterschiedliche Massen aufweisenden, durch eine zweite lösbare Kupplung miteinander verbundenen Teilen besteht, wobei das Seilende an dem leichteren Trommelteil befestigt ist, und daß diese die beiden Trommelteile verbindende zweite Kupplung sich am untersten Punkt der Fallbewegung automatisch löst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Seiltrommel (12) während etwa der ersten ⁹Ao des gesamten Fallweges des Stabes (10) konstant ist und während etwa der letzten Vio des gesamten Fallweges abnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommel (12) mit einem Schwungrad in Wirkverbindung steht, das während des Fallens des Stabes (10) in einer Richtung angetrieben wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Trommel und Schwungrad um die gleiche Achse drehbar gelagert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommel als Schwungrad ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der leichtere Trommelteil (44) eine Führungsrille für das Seil aufweist, deren Abstand von der Trommelachse zum Seilende hin abnimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1115 374.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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