DE1299085B - Vorrichtung zum Betaetigen von Steuerstaeben in Kernreaktoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Ausgehend von diesem bekannten Stande der

zum Betätigen von Steuerstäben in Kernreaktoren, Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zudie durch ein in einem dichten Reaktorgefäß um- gründe, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs laufendes flüssiges Metall gekühlt sind, mit einem erwähnten Art in der Weise abzuwandern, daß sie den Kopf eines Steuerstabes erfassenden Greifer und 5 den oben erwähnten Forderungen ideal entspricht, einer Betätigungsstange zum öffnen und Schließen und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch des Greifers, die unter Abdichtung durch einen gelöst, daß das Rohr in seinem dem Greifer benachelastischen Metallbalgen in einem zu ihr koaxialen barten Abschnitt die Betätigungsstange punktförmig Rohr axial verschiebbar geführt ist, das seinerseits berührende Führungsorgane für diese Stange und unter Abdichtung durch gesonderte Dichtungs- io öffnungen für den Zutritt des flüssigen Metalls zu elemente mittels eines äußeren Antriebes gegenüber den Berührungspunkten von Führungsorganen und der Wand des Reaktorgefäßes in Richtung seiner Betätigungsstange aufweist und an seinem durch die Achse verschiebbar ist. Gefäßwand hindurchgeführten Abschnitt von Ring-

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der französi- nuten umgeben ist, die an eine Zuleitung für die Einschen Patentschrift 1300 873 beschrieben. Die be- 15 speisung kleiner Mengen eines Schutzgases ankannte Vorrichtung zeichnet sich durch einen drei- geschlossen sind.

teiligen Aufbau aus einem außerhalb des Reaktor- Die vorliegende Vorrichtung nutzt also einerseits

gefäßes liegenden Antriebsteil, einem die Wandung das zur Kühlung des Reaktorkernes ohnehin vordes Reaktorgefäßes abgedichtet durchquerenden handene flüssige Metall als Schmiermittel für die Zwischenteil und einem innerhalb des Reaktor- 20 bewegten Vorrichtungsteile aus und erreicht anderergefäßes liegenden Greiferteil aus. Eine Betätigungs- seits eine zuverlässige Abdichtung der Austrittsfuge vorrichtung für Steuerstäbe muß nun eine Reihe der Betätigungsvorrichtung aus dem Reaktorgefäß verschiedenartiger Forderungen erfüllen. So muß sie ohne den Einsatz von großen Verschiebewegen und nicht nur ein langsames Absenken oder Anheben Verschiebegeschwindigkeiten nur unvollkommen gedes Steuerstabes für die Steuerung der Reaktivität im 25 wachsenen metallischen Faltenbälgen. Reaktorkern bei normalem Reaktorbetrieb gestatten, Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nunsondern auch ein schnelles Herabfallen des Steuer- mehr ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Vorstabes im Falle eines plötzlichen Anstiegs der Reak- richtung zur Betätigung eines Steuerstabes beschrietivität, bei dem dann der Steuerstab als Sicherheits- ben, die in der Zeichnung veranschaulicht ist. Es stab funktionieren und ein Abschalten des Reaktors 30 zeigt

bewirken soll. Außerdem muß die Möglichkeit be- Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Abstehen, die Steuerstäbe von ihrer jeweiligen Betäti- schnitt der Vorrichtung mit dem Greifer und dem gungsvorrichtung zu lösen, wenn Arbeiten in Ver- Steuerstab,

bindung mit dem Umsetzen oder Auswechseln von Fig. 2 einen Längsschnitt durch den mittleren

Brennstoffelementen im Reaktorkern durchgeführt 35 Abschnitt der Betätigungsvorrichtung, werden sollen. F i g. 3 einen Querschnitt längs der Schnittlinie

Diese verschiedenen Forderungen führen nun zu A-A der F i g. 2,

einer Reihe von Problemen, die mit der relativ hohen Fig. 4 einen Längsschnitt durch den oberen AbTemperatur des den Reaktorkern kühlenden flüssigen schnitt der Vorrichtung im Bereich der Abdichtung Metalls zusammenhängen, in das der Greiferteil der 40 zwischen dem verschiebbaren Rohr und dem Reak-Betätigungsvorrichtung eintaucht, welche Tempera- torgefäß,

tür etwa 55° C beträgt-. Diese Probleme beziehen Fig. 5 den gleichen Abschnitt in vergrößertem

sich einerseits auf den Ausbau der Vorrichtung, der Maßstab.

auch bei Vorhandensein von durch Abkühlung ver- Die vorliegende Betätigungsvorrichtung, deren

festigtem Kühlmetall ohne weiteres noch möglich 45 Längsschnitt aus Darstellungsgründen auf drei Figusein muß, und andererseits und vor allem auf die ren (Fig. 1, 2 und 4) aufgeteilt werden mußte, dient Abdichtung des Reaktorgefäßes gegenüber dem zur Betätigung eines Steuerstabes 1, dessen oberes Außenraum sowie auf die Verringerung von die Ende in Fig. 1 sichtbar ist. Die Vorrichtung geLebensdauer der Vorrichtung beeinträchtigenden stattet es, den Steuerstab 1 im Kern eines Reaktors Reibungserscheinungen zwischen den verschiedenen 50 zu verschieben, der innerhalb eines dichten Gefäßes 8 beweglichen Teilen der Vorrichtung. angeordnet ist, das ein flüssiges Kühlmetall enthält,

In diesen Punkten vermögen nun die bisher be- über dem ein neutrales Schutzgas steht, kannten Betätigungsvorrichtungen insoweit noch Um den Steuerstab 1 an der Betätigungsvorrich-

nicht allen Wünschen gerecht zu werden, als sich tung festzulegen, weist diese einen zangenförmigen einerseits die Verwendung von elastischen Balgen 55 Greifer 2 bekannter Bauart auf, dessen Greiforgane zur Abdichtung des Reaktorgefäßes bei Reaktoren durch Verschieben einer Greiferbetätigungsstange 3 großer Leistung verbietet, da diese Balgen sich über gesteuert werden, die in einem zu ihr koaxialen sehr lange Wege mit sehr hoher Geschwindigkeit Rohr 4 gleitet, an dessen Ende der Körper des Greibewegen und dehnen lassen und dennoch eine hohe fers 2 festgelegt ist und das weiterhin als »Schiebe-Lebensdauer und kleine Abmessungen aufweisen 60 rohr« bezeichnet werden soll. Eine bekannte, in der müßten, und sich andererseits angesichts der hohen Zeichnung nicht dargestellte Anordnung gestattet es, Temperatur und der Reaktivität in dem Reaktor- von einem Raum außerhalb des Reaktorgefäßes 8 gefäß der Einsatz üblicher Schmiermittel als unmög- entweder eine Verschiebung der aus Schieberohr 4 lieh erweist und selbst die Verwendung von Stütz- und Greiferbetätigungsstange 3 gebildeten Baugruppe und Gleitflächen aus Materialien wie Alacrit oder 65 oder nur die Verschiebung der Greiferbetätigungs-Stellit nicht ausreicht, um ein Fressen der gegenein- stange 3 relativ zu dem Schieberohr 4 durchzuführen, ander bewegten Teile mit der nötigen Zuverlässigkeit um den Steuerstab 1 mit dem Greifer 2 zu erfassen zu vermeiden. oder ihn von dem Greifer 2 zu lösen.

Claims (3)

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   Das Schieberohr 4 besteht aus zwei Abschnitten wird durch die Ringnuten 22 von außen in Richtung

   mit unterschiedlichem Durchmesser, nämlich einem auf das Innere des Reaktorgefäßes 8 geleitet. Der

   unteren Abschnitt4α (Fig. 1 und 2), der anschlie- hierzu notwendige Gaskreislauf (Fig.4) umfaßt

   ßend beschrieben wird, und einem oberen Abschnitt einen Vorratsbehälter 24, eine Pumpe 25, eine Zu-

   4b (Fig. 2 und 4), dessen Innendurchmesser — ab- 5 leitung26 und eine Abfangleitung27, die das Gas

   gesehen von einem Führungsspiel — gleich dem in einem Ringraum 28 (Fig. 5) entnimmt, der die

   Außendurchmesser der Greiferbetätigungsstange 3 Reihe der Ringnuten 22 von der Dichtungs- und

   ist und der ein Element einer Durchführung durch Abstreifringpackung 23 trennt,

   den oberen Abschluß des Reaktorgefäßes 8 bildet. Die beschriebene Dichtung gewährleistet eine aus-

   Wie man aus F i g. 8 erkennt, dient zur Abdichtung io gezeichnete Abdichtung und vermeidet vor allem zwischen dem Schieberohr 4 und der Greiferbetäti- jedes Aufsteigen von flüssigem Metall zu den außergungsstange 3, deren relativer Bewegungsweg nur halb des Reaktorgefäßes 8 gelegenen äußeren Abklein ist, ein metallischer Balgen 10 aus verschweiß- schnitten der Vorrichtung, wo sich das Metall verten Tellerfederscheiben, der am oberen Abschnitt 4 b festigen könnte. Vorzugsweise wird der Gasdruck des Rohres 4 angeordnet ist. 15 beim Austritt aus den in Reihe liegenden Ringnuten

   Der untere Abschnitt 4 α des Schieberohres 4 ist 22 nur sehr wenig über dem Druck des gleichen mit öffnungen 13 versehen, durch die flüssiges, in Gases innerhalb des Reaktorgefäßes 8 gewählt, dem Reaktorgefäß 8 befindliches Kühlmetall in Rieh- Infolgedessen ist der Gasdurchsatz durch die Dichtung auf die Greiferbetätigungsstange 3 strömen kann; tung in Richtung auf das Reaktorgefäßinnere außerdas flüssige Metall ergibt so eine Schmierung dieses 20 ordentlich klein, und die zusätzlichen Gasmengen, Abschnitts der Vorrichtung. Die Zentrierung der die durch eine Speiseleitung 29 aus einem großen Greiferbetätigungsstange 3 innerhalb des unteren Ab- Vorratsbehälter 30 für die Speisung des Reaktorschnitts Aa des Schieberohres 4 erfolgt an zwei Stel- gefäßes8 entnommen werden, sind daher ebenfalls len durch jeweils drei fest mit dem Schieberohr 4 sehr klein. Der Anteil an verseuchtem Gas, das die verbundene, nach innen ragende Finger 14, die an 25 Dichtung durchströmt, ist infolgedessen sehr gering, der Stange 3 mit praktisch punktförmigen Beruh- und die Aufenthaltszeit dieses Gases in dem Vorrungsflächen anliegen (F i g. 2 und 3). Die Führung ratsbehälter 24 ist ausreichend, um seine befriedides Schieberohres 4 während seiner vertikalen Be- gende Entaktivierung herbeizuführen,
   wegung bewirken paßfederartige Längsrippenstücke Die Vorteile der vorliegenden Betätigungsvorrich-15, die außen an das Rohr 4 angeschweißt sind und 30 tung bestehen im wesentlichen in einer hohen Lebensin Längsschlitze 16 eines äußeren, fest angeordne- dauer und in der Beseitigung jeder Gefahr eines ten Führungsrohres 17 hineinragen. Die Längs- Fressens. Die geringe Bewegungsweite des Abdichschlitze 16 ermöglichen dem flüssigen Metall einen tungsbalgens 10 und die Langsamkeit der Bewegun-Zutritt in das Führungsrohr 17. Um die Steifigkeit gen, denen dieser Balgen folgen muß, bringt keine des Führungsrohres 17 zu gewährleisten, sind vier 35 Wartungsprobleme mit sich, und die Abdichtung mit radiale Längsstege 19 rund um dieses angeordnet, die in Reihe hintereinander angeordneten Ringnuten 22 durch äußere Versteifungsringe 20 gehalten werden. ist praktisch keiner Beschädigungsgefahr ausgesetzt.

   Sämtliche oben erwähnten Teile sind derart aus- Die Verwendung einer derartigen Abdichtung macht

   gebildet, daß das flüssige Kühlmetall des Reaktors es möglich, für die Bewegungen der Steuerstäbe

   eine ständige Schmierung des Mechanismus bewirkt 40 Bewegungswege von mehreren Metern bei hohen

   und daß für dieses flüssige Metall keine tote Zone Geschwindigkeiten vorzusehen. Andererseits gestattet

   besteht. es die Verkleinerung der aneinandergleitenden Flä-

   Das Führungsrohr 17 ist durch Schrauben mit chen, die Gefahr eines Fressens zu beseitigen; das

   einem ortsfest angeordneten Rohr 18 verbunden, das flüssige Metall fließt zwischen die unterschiedlichen

   in F i g. 4 zu sehen ist. Das Rohr 18 erweitert sich 45 Gleitflächen der Vorrichtung und dient als Schmier-

   nach oben zu stufenförmig und bildet eine Durch- mittel; es ist keine tote Zone vorhanden, wo sich

   führung durch die obere Wand des Reaktorgefäßes 8; beispielsweise Metalloxyde in fester Form absetzen

   es enthält überdies einen Strahlenschutzstopfen 6, der könnten. Die zeitlichen Abstände zwischen Stillset-

   den oberen Abschnitt 4 & des Schieberohres 4 eng zungen des Reaktors, die durch Überwachung oder

   umgibt. Die Abdichtung zwischen dem Schieberohr 4 50 Störungsbeseitigung an den Mechanismen für die

   und dem festen Durchführungsrohr 18 gewährleistet Betätigung der Steuerstäbe bedingt sein könnten,

   eine stopfbuchsenartige Dichtung, die in der Fig. 5 werden ganz wesentlich erhöht oder verlängert,

   genauer dargestellt ist. Schließlich ist die vorliegende Vorrichtung sehr

   Diese Dichtung besteht aus einem buchsenartigen einfach aufgebaut; sie läßt sich daher leicht ein- und

   Tragkörper 21, der in eine axiale Ausnehmung des 55 auch wieder ausbauen,
   festen Durchführungsrohres 18 eingepaßt ist und

   rund um das Schieberohr 4 eine Reihe von hinterein- Patentansprüche:
   ander angeordneten Ringnuten 22 enthält; der Tragkörper 21 weist ferner eine Dichtungs- und Abstreif- 1. Vorrichtung zum Betätigen von Steuerringpackung 23 auf. In den Ringnuten 22 wird ein 60 stäben in Kernreaktoren, die durch ein in einem neutrales Gas stufenweise entspannt, wobei die dichten Reaktorgefäß umlaufendes flüssiges Me-Druckdifferenzen in einem solchen Sinne vorgesehen tall gekühlt sind, mit einem den Kopf eines sind, daß jeder Austritt von radiaoaktivem Gas aus Steuerstabes erfassenden Greifer und einer Bedem Reaktorgefäß 8 nach außen vermieden bleibt. tätigungsstange zum Öffnen und Schließen des Bei dem beschriebenen Beispiel ist ein Gasumlauf 65 Greifers, die unter Abdichtung durch einen elavorgesehen, der ständig einen geringen Gasanteil aus stischen Metallbalgen in einem zu ihr koaxialen dem Schutzgas entnimmt, das oberhalb des flüssigen Rohr axial verschiebbar geführt ist, das seiner-Kühlmetalls im Reaktorgefäß 8 steht; dieses Gas seits unter Abdichtung durch gesonderte Dich-

   tungselemente mittels eines äußeren Antriebes gegenüber der Wand des Reaktorgefäßes in Richtung seiner Achse verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) in seinem dem Greifer (2) benachbarten Abschnitt (4 a) die Betätigungsstange (3) punktförmig berührende Führungsorgane (14) für diese Stange und Öffnungen (13) für den Zutritt des flüssigen Metalls zu den Berührungspunkten von Führungsorganen und Betätigungsstange aufweist ίο und an seinem durch die Gefäßwand hindurchgeführten Abschnitt (4 b) von Ringnuten (22) umgeben ist, die an eine Zuleitung (26) für die Einspeisung kleiner Mengen eines Schutzgases angeschlossen sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) in einem ortsfest angeordneten Führungsrohr (17) gelagert ist, das Schlitze (16) für den Durchtritt des Kühlmetalls aufweist.
3. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen