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Antrieb für Regelstäbe in Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich
auf einen Antrieb für Regelstäbe in Kernreaktoren, mit einem am Regelstab befestigten
Antriebsrohr, mit einer gleichachsig zum Antriebsrohr angeordneten, in dieses hineinragenden,
motorisch angetriebenen Gewindespindel, auf der eine gegen Drehung gesicherte aber
sich axial verschiebende Mutter angeordnet ist, deren Verstellkraft mechanisch auf
das Antriebsrohr übertragen wird. Regelstäbe und ihre Antriebe müssen so ausgebildet
sein, daß während des normalen Reaktorbetriebes eine relativ langsame Verstellung
des Regelstabes durch den Antriebsmotor möglich ist, hingegen im Gefahrenfall sehr
schnell eine bestimmte Lage innerhalb des Reaktorkernes eingenommen werden kann,
so daß ein Durchgehen des Reaktors nicht möglich ist. Es ist aus der deutschen Auslegeschrift
1 169 596 ein Absorberstabantrieb für Kernreaktoren bekannt, bei dem der
Antrieb während des Normalbetriebes des Reaktors mit Hilfe eines Elektromotors erfolgt,
während die Schnellabschaltung mit Hilfe eines ständig unter Druck stehenden hydraulischen
und/oder pneumatischen Systems erfolgt. Auch bei dem in der Auslegeschrift
1223 070 beschriebenen Regelstabantrieb für Kernreaktoren ist eine gleiche
Arbeitsweise vorgesehen, nämlich eine Schnellabschaltung mit Hilfe eines ständig
unter Druck stehenden hydraulischen und/oder pneumatischeu Systems. Bei beiden Anordnungen
treibt ein Elektromotor eine Gewindespindel, auf der eine unverdrehbare aber axial
verschiebbare Mutter angeordnet ist. Es liegt jeweils ein Antriebsrohr, das auf
der einen Seite mit dem Regelstab verbunden ist, mit seiner anderen Seite auf der
Mutter auf, so daß der Regelstab bei entsprechender Drehung der Gewindespindel gehoben
oder gesenkt werden kann. Soll schnell abgeschaltet werden, so wird das Betriebsmittel
des hydraulischen und/oder pneumatischen Systems derart zugeschaltet, daß der Regelstab
schnell in den Reaktorkern eingefahren wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Regelstabantrieb
so auszubilden, daß der Regelstab besonders schnell in den Reaktorkern gelangen
kann, auch dann, wenn das hydraulische und/oder pneumatische System zum Schnelleinfahren
versagt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich die Mutter innerhalb des
Antriebsrohres befindet, daß eine sich einerseits an der Mutter und andererseits
am Antriebsrohr abstützende vorgespannte Feder vorgesehen ist, die den Regelstab
zur Notabschaltung in den Reaktorkern hineinbeschleunigt, und daß an der Mutter
Kupplungselemente angeordnet sind, die im Normalbetrieb ein hydraulisches oder pneumatisches
Antriebselement an die Innenwand des Antriebsrohres drückt und die mit einer Feder
versehen sind, welche dem Antriebselement entgegen wirkt und die Kupplungselemente
zur Notabschaltung vom Antriebsrohr weg in eine entkuppelte Stellung bewegt.
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Befestigt man das Antriebselement und die Verbindungselemente an einem
Hohlzylinder, der die Gewindespindel umfaßt und an der Mutter befestigt ist, so
ergibt sich ein besonders raumsparender Aufbau. Das wird insbesondere auch dadurch
erreicht, daß das Antriebselement ein um die Spindel angeordneter, doppelwandiger
Balgenzylinder mit oberem und unterem Deckring ist.
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In besonders vorteilhafter Weise wird dem Antriebselement das Betriebsmittel
des hydraulischen und/oder pneumatischen Systems über ein Tauchrohr zugeführt, welches
in ein feststehendes Druckrohr beweglich eintaucht. Bildet man die Eintauchstelle
als Abdichtstelle des Betriebsmittels des Antriebselements gegen das Kühlmittel
des Reaktors aus, so erfolgt die Abdichtung an kalter Stelle in besonders einfacher
Weise.
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Damit besonders schnell abgeschaltet werden kann, wird zwischen Mutter
oder einem an dieser befestigten Bauteil und Antriebsrohr eine Feder zur Beschleunigung
des Re#elstabes in den Reaktorkern angeordnet. Zwischen dem Hohlzylinder und einem
der Deckringe des Balgenzylinders ist eine Feder derart angeordnet, daß bei Druckabsenkung
des Betriebsmittels für das Antriebselement die Verbindungselemente von Mutter und
Antriebsrohr außer Eingriff gebracht werden.
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Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In F i g. 1 ist ein Druckgefäß dargestellt, das einen Reaktorkern
12 aufweist, in dem der Regelstab 13
eingefahren werden kann. Vom Druckgefäßboden
wird ein Gehäuserohr 11 aufgenommen, an dessen
unterem Ende
der Antriebsmotor 16 sitzt, der über ein Gestänge 17 ein Antriebsrohr
14 beaufschlagt, welches mit dem Regelstab 13 über eine Treibstange
15 verbunden ist. Im Gehäuserohr 11 herrscht ein geringer Überdruck
gegenüber dem Reaktordruck infolge einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe. Dem
in dieser Figur nicht dargestellten hydraulischen und/oder pneumatischen Antriebselement
wird das Betriebsmittel aus dem System 18, die Leitung 19
und das Rohr
20 zugeführt.
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Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß der Regelstab in diesem Fall
von oben her in den Reaktorkern eingefahren wird. Die Erfindung ist jedoch auch
in solchen Fällen anwendbar, bei denen der Regelstab von unten in den Reaktorkern
eingeschossen wird.
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F i g. 2 zeigt das Antriebsrohr 14 sowie die nähere Ausbildung
des Regelstabantriebs, Die beispielsweise vom nicht dargestellten Elektromotor
16 gedrehte Spindel 24 trägt im Inneren des Antriebsrohres 14 die nicht drehbare
aber axial verschiebbare Mutter 25. An dieser ist ein Hohlzylinder
26 befestigt, der die Gewindespindel umfaßt. Die Kraftübertragung erfolgt
zwischen Mutter 25 und Antriebsrohr 14 mittels Verbindungselementen
27, die in diesem Fall als drehbar gelagerte Hebel ausgebildet sind und mit
ihren Anpreßrollen formschlüssig in das Antriebsrohr 14 eingreifen.
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Nach erfolgter Schnellabschaltung (scram) läuft die Mutter mit den
Verbindungselementen, angetrieben durch die Spindel 24, hinter dem Antriebsrohr
her. Beispielsweise wird ein Elektroventil durch einen in Endstellung der Mutter
angeordneten Endschalter betätigt, so daß die Verbindungselemente in Eingriff gebracht
werden. Außerdem ist das Antriebsrohr oberhalb der Spannstelle hinterdreht (nicht
dargestellt), so daß schon aus mechanischen Gründen kein Spannen in unbeabsichtigter
Stellung erfolgen kann.
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Zur Betätigung der Verbindungselemente 27 ist ein hydraulisches
und/oder pneumatisch wirkendes Antriebselement vorgesehen, welches über starre Betätigungselemente
28 mit den Verbindungselementen gekoppelt ist. Das Antriebselement ist ein
um die Spindel angeordneter doppelwandiger Balgenzylinder 29
mit einem oberen
und einem unteren Deckring 30, 31.
Er ist mittels eines Tragringes
32 am Hohlzylinder 26
so befestigt, daß ein Beaufschlagen des Balgenzylinders
mit Betriebsmittel nur eine Bewegung des oberen Deckringes gibt, an dem die Betätigungselemente
befestigt sind. Zwischen dem Hohlzylinder 26 und dem oberen Deckring
30 ist eine Rückholfeder 33 derart angebracht, daß bei Druckabsenkung
des Betriebsmittels des Antriebselements die Verbindungselemente 27 außer
Eingriff gebracht werden. Die Rückholfeder 33 ist konzentrisch um den Hohlzylinder
26
angeordnet, und stützt sich einerseits an einem ringförmigen Ansatz 34
und andertrseits auf dem oberen Deckring 30 ab.
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Dem Antriebselement wird das Betriebsmittel über ein Tauchrohr
35 zugeführt. Dieses taucht in ein feststehendes Druckrohr 36 ein,
wobei die Eintauchstelle 37 als Abdichtstelle des Betriebsmittels für das
Antriebselement gegen das Kühlmittel des Reaktors ausgebildet ist. Die Abdichtung
kann also auf einem kleinen Durchmesser an kalter Stelle angebracht werden und ist
damit leicht zu beherrschen. Die Druckdifferenz zwischen Betriebsmittel und Reaktorkühlmittel
ist gering, wie auch die Bewegungsgeschwindigkeit des Tauchrohres, da diese der
Muttergeschwindigkeit und damit der Stellgeschwindigkeit des Regelstabs entspricht.
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Zwischen dem Tragring 32 des Hohlzylinders und einem Abschlußring
38 des Antriebsrohres ist eine i Feder 39 zur Beschleunigung des Regelstabs
in den Reaktorkern angeordnet. Gelangen nämlich die Verbindungselemente
27 außer Eingriff mit dem Antriebsrohr 14, so beschleunigt die Feder
39 den Regelstab in den Reaktorkern hinein.
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Die Vorspannung der Feder 39 ist stets konstant, da sich die
relative Lage der Ringe 32, 38 zueinander während des normalen Regelbetriebs
nicht ändert. Feder 39 und Rückholfeder 33 werden nach erfolgter Schnellabschaltung
durch die nachlaufende Mutter gespannt.
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Es ist möglich, eine Feder 39, welche ebenfalls zur Beschleunigung
des Regelstabs in den Reaktorkern dient, zwischen der Mutter 25 und dem Antriebsrohr
14 mittels Kragen 47 der Mutter und Nasen 48 des Antriebsrohres anzubringen. Dadurch
wird die Baulänge verringert. (Vgl. oberen Teil der F i g. 2.) Die Wirkungsweise
ist folgende: Während des normalen Regelbetriebs erhält das Antriebselement Betriebsmittel
unter Überdruck gegenüber Reaktordruck, so daß die Verbindungselemente
27 eine Verstellkraft zwischen Mutter 25
und Antriebsrohr 14 übertragen.
Es ist vorausgesetzt, daß Reaktorkühlmittel und Betriebsmittel für das Antriebselement
gleich sind. Der Regelstab wird dann langsam rauf oder runter bewegt. Im Falle der
Schnellabschaltung werden die Verbindungselemente 27 außer Eingriff gebracht,
da der Druck des Betriebsmittels des Antriebselements über die Leistung
23 abgesenkt wird und danach die Rückholfeder 33 den Balgenzylinder
29 zusammendrückt. Die Vorspannkraft der Feder 39 bewirkt dann, daß
der Regelstab schnell in den Reaktorkern eingeschossen wird, in diesem Falle nach
unten. Durch entsprechende Ausbildung von Tragring 32 und Antriebsrehr 14
ist es ohne weiteres denkbar, daß der Regelstab nach oben in den Reaktorkern eingeschossen
werden kann, eventuell mit Hilfe von Hydraulik oder Pneumatik.
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Die F i g. 3 zeigt die besondere Ausbildung der Verbindungselemente
zwischen Mutter25 und Antriebsrohr 14, die in beiden Fällen an deÄn Hohlzylinder
26 angebracht sind.
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Die linke Seite der Figur zeigt, daß die Verbindungselemente von drehbar
gelagerten Hebeln 41 beaufschlagte Bremsbacken 40 sind. Die Hebel 41 sind mit dem
Antriebselement in gleicher Weise mit Betätigungselementen 28 gekoppelt.
In der rechten Hälfte der F i g. 3 sind die Verbindungselemente Bremsbacken
42 und Widerlager 43, die mittels Spreizelementen 44 mit schiefen Ebenen über Rollen
und/oder Kugeln 45 auseinandergedrückt werden. Die Spreizelemente 44 sind als die
oberen Enden der auf dem oberen Deckring 30 des Antriebselements feststehende
Betätigungselemente 46 ausgebildet.
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Die Wirkungsweise ist jeweils die gleiche, wie sie für F i
g. 2 beschrieben wurde.