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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontrollstabeinheit für Kernreaktoren,
bestehend aus einem den Reaktordeckel durchdringenden, in den Reaktortank hineinragenden
Führungsrohr zur Aufnahme des den Absorberstab mit Antriebselementen verbindenden
Gestänges, einem motorischen, auf eine axial uriverschiebbar gelagerte Verstellspindel
wirkenden, in einem oberhalb des Reaktordeckels abnehmbar angeordneten und mit diesem
verschraubten Antriebsgehäuse untergebrachten Regelantrieb, einer Übertragung des
Regelhubes mittels einer unverdrehbar gelagerten Spindelmutter auf die mit dem Hubgestänge
verbundenen Antriebselemente, einer Kupplung zur Trennung des Hubgestänges vom Antrieb
für den Fall einer Schnellabschaltung und einem gegenüber dem Führungsrohr abgedichteten
Dichtrohr mit einer zur Achse hin gerichteten Dichtfläche, die auf eine Gegendichtfläche
des Hubgestänges einwirkt. Eine derartige Kontrollstabeinheit ist aus der deutschen
Auslegeschrift 1227 576 bekannt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Reaktoren
mit Flüssigmetallkühlung.
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Derartige Kontrollstabeinheiten bestehen im wesentlichen aus einem
den Reaktordeckel durchdringenden, in den Reaktortank hineinragenden Führungsrohr,
welches zur Aufnahme der Antriebselemente und des diese mit dem Absorberstab verbindenden
Gestänges sowie der hierfür vorgesehenen Kupplungen dient. Bei derartigen Kontrollstabeinheiten
ist es bekannt, einen motorischen Antrieb vorzusehen, der in einem oberhalb des
Reaktordeckels abnehmbar angeordneten, in der Regel mit diesem verschraubten Antriebsgehäuse
untergebracht ist. Dabei überträgt der Antriebsmotor sein Drehmoment auf eine axial
uriverschiebbar gelagerte Verstellspindel, von welcher der Regelhub mittels einer
Spindelmutter abgenommen und auf die Antriebselemente übertragen wird. Diese sind
mittels einer Kupplung mit der Hubstange verbunden, an welcher der Absorberstab
lösbar angebracht ist.
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Ferner ist es bei Kontrollstabeinheiten dieser Art bereits bekannt,
eine fernbetätigbare Kupplung vorzusehen, die zum Trennen des Hubgestänges vom Antrieb
bei Schnellabschaltungen dient, so daß ein Teil der Antriebselemente mit dem Hubgestänge
und dem Absorberstab unter der Wirkung der Schwerkraft in den Reaktorkern fällt.
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Bei solchen Kontrollstabeinheiten ist es erforderlich, den mit dem
Reaktortank in Verbindung stehenden Raum innerhalb des Führungsrohres gegenüber
dem Raum oberhalb des Reaktordeckels und somit auch gegenüber dem den Antriebsmotor
enthaltenden Antriebsgehäuse abzudichten. Um diese Abdichtung betriebssicher zu
gestalten, ist sie einerseits mit dem Führungsrohr und andererseits an dem darin
axial beweglich geführten, mit der Hubstange verbundenen Antriebselement angeschlossen,
so daß sie jede Regelhubbewegung mitmacht.
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Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Bauarten von derartigen Kontrollstabeinheiten
besteht darin, daß das zur Abdichtung zwischen dem mit dem Reaktortank in Verbindung
stehenden Führungsrohr und dem Antriebsgehäuse dienende Dichtelement, in der Regel
ein Faltenbalg, bei Schnellabschaltungen durch das schlagartige Einfahren des Kontrollstabes
in das Core mechanisch stark beansprucht wird.
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Auf eine solche Abdichtung kann deshalb nicht verzichtet werden, weil
der in den Reaktorkern hineinragende Teil des Führungsrohres für den Kontrollstabantrieb
von dem aktivierten über dem Kühlmittelplenum befindlichen Schutzgas erfüllt ist,
welches nicht in den nach oben anschließenden Teil des die Antriebselemente enthaltenden
Gehäuses dringen darf, um die Gefährdung des Bedienungspersonals zu vermeiden.
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Es ist bereits ein Kontrollstabantrieb für Kernreaktoren bekannt mit
einem gegenüber dem Führungsrohr abgedichteten Dichtrohr, welches eine zur Achse
hin gerichtete Dichtfläche aufweist, die auf eine Gegendichtfläche des Hubgestänges
einwirkt (deutsche Patentschrift 1227 576). Bei einer so einfach ausgebildeten Konstruktion
ist jedoch eine absolute Abdichtung nicht gewährleistet, da lediglich eine einfache
Dichtungsmanschette vorgesehen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht zunächst in der Schaffung einer
einfachen und zuverlässigen Einrichtung, beim Schnellabschalten des Reaktors durch
Einfahren des Kontrollstabes die Einfahrbewegung von dem Dichtungselement fernzuhalten
und somit das Dichtungselement zu schützen. Ferner ist es erforderlich, daß zur
Durchführung von Inspektionsarbeiten am Reaktordeckel das Antriebsgehäuse des Kontrollstabes
abnehmbar ausgebildet sein muß. Bei Abnahme des Antriebsgehäuses muß eine absolute
zuverlässige Dichtung gegenüber dem Reaktorgasraum gewährleistet sein.
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Bei bekannten Anordnungen dieser Art hat man das den Regelhub überbrückende
Dichtelement, beispielsweise den Faltenbalg, unterhalb der Trennstelle zwischen
Antriebsgehäuse und Führungsrohr so angeordnet, daß durch dieses Dichtelement die
Abdichtung auch bei abgenommenem Antrieb hergestellt ist. Dies hat jedoch den Nachteil
zur Folge, daß das Dichtelement auch beim Schnellabschalten den Hubweg des Regelstabes
ausgleichen muß und daher schlagartig beansprucht wird.
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Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Dichtrohr
im oberen Bereich des Führungsrohres gleitend angeordnet ist, durch eine vorgespannte
Schraubenfeder mit seinem oberen Ende gegen einen Ansatz an dem in das Führungsrohr
hineinragenden Teil des Antriebsgehäuses gedrückt wird und bei entferntem Antriebsgehäuse
durch die Schraubenfeder mit der zu seiner Achse hin gerichteten konischen Dichtfläche
auf die ringförmige Gegendichtfläche gedrückt wird, die an seinem Gestängekopf des
Hubgestänges angeordnet ist.
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Bei einer solchen Ausbildungsweise ist es möglich, das längenveränderliche
Dichtelement am Antriebsgehäuse ortsfest anzuschließen und an seinem arideren Ende
mit einem Abschlußkopf des Antriebsgestänges zu verbinden. Damit ist sichergestellt,
daß dieses stoßempfindliche Teil nur den langsamen Regelhub auszuführen braucht,
weil beim Schnellabschalten das Hubgestänge des Kontrollstabes mittels einer Kupplung
vom Antriebsgestänge gelöst wird und der Kontrollstab seinen Hub unabhängig von
Antrieb ausführt. Außerdem ist durch diese Konstruktion gegenüber der erwähnten
bekannten Ausführung eine zuverlässige Abdichtung bei der Entfernung des abnehmbaren
Antriebsgehäuses erreicht. Diesem Zweck dient das unter der Kraftwirkung der Schraubenfeder
stehende Dichtrohr, welches sich auf einen Teil des abnehmbaren Antriebsgehäuses
abstützt.
Wird das Antriebsgehäuse entfernt, sc tritt das Dichtrohr unter der Federwirkung
nach oben, bis es mit seiner konischen Dichtfläche an der ringförmigen Gegendichtfläche
des Gestängekopfes zur Anlage kommt. Dadurch ist eine Abdichtung zwischen dem Inneren
des Führungsrohres gegenüber dem Raum oberhalb des Reaktordeckels gewährleistet,
die bereits in Wirksamkeit tritt, bevor das Antriebsgehäuse völlig entfernt und
dessen Dichtung unwirksam geworden ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der oben beschriebenen
Kontrollstabeinheit ist das Dichtrohr mit einem äußeren, mit Dichtringen versehenen
Dichtungsflansch ausgerüstet, der in der Innenbohrung des Führungsrohres gleitet,
und ferner ist das Dichtrohr innerhalb seiner Bohrung durch den Führungsansatz geführt,
der an einem in die Dichtrohrbohrung hineinragenden, mit dem Führungsrohr verbundenen
Verlängerungszapfen befestigt sowie die nach innen gerichtete konische Dichtfläche
des Dichtrohres mit einem Dichtungsring versehen ist. Durch den äußeren Dichtungsflansch
in Verbindung mit der Führung innerhalb seiner Bohrung wird ein zuverlässiger axialer
Bewegungsverlauf des Dichtrohres und damit auch eine sichere Wirksamkeit der Abdichtung
gewährleistet.
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Um eine von allen Störungsmöglichkeiten freie und absolut sichere
Wirksamkeit der Abdichtung beim Entfernen des Antriebsgehäuses sicherzustellen,
ist es vorteilhaft, zwischen dem oberen Ende des Dichtrohres und dem in das Führungsrohr
hineinragenden Teil des Antriebsgehäuses eine formschlüssig wirkende Kupplung vorzusehen.
Diese kuppelt das Dichtrohr auf dem Hubweg des Dichtrohres bis zur Anlage der Dichtungsflächen
beim Abnehmen des Antriebsgehäuses an dieses an. Sind die Dichtungsflächen des Dichtrohres
zur Anlage gekommen, so entkuppelt sich das Antriebsgehäuse selbsttätig vom Dichtrohr
und kann auf dem letzten Wegstück im Reaktordeckel herausgezogen werden, bis es
völlig frei ist und entfernt werden kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die formschlüssige Kupplung zwischen
Dichtrohr und Antriebsgehäuse aus einer am oberen Ende des Dichtrohres auf seiner
Außenseite eingearbeiteten Ringnut besteht, in die drei oder mehr umfangsverteilte
Kugeln oder Sperrkörper eingreifen, die in Ausnehmungen eines in das Führungsrohr
hineinragenden Teils des Antriebsgehäuses geführt und in eingebautem Zustand des
Antriebsgehäuses in ihrer in die Ringnut eingreifenden und die Kupplung bewirkenden
Lage durch die Wandfläche des Führungsrohres gehalten sind. Das obere Ende dieser
Wandfläche wirkt als Steuerkante und läßt die Kugeln beim Entfernen des Antriebsgehäuses
aus der Nut des Dichtrohres zurücktreten.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der oben beschriebenen
Kontrollstabeinheit weist das Antriebsgehäuse oberhalb seines in das Führungsrohr
hineinragenden Teils einen Rohrteil auf, dessen Außenfläche mit einem Dichtring
ausgerüstet ist, der an der Reaktordeckelbohrung anliegt, und der Abstand des Dichtringes
von der Oberkante der Reaktordeckelbohrung größer ist als der Ausrückweg der Kupplung
zwischen Antriebsgehäuse und Dichtrohr. Dadurch wird erreicht, daß die Dichtung
zwischen Antriebsgehäuse und Führungsrohr erst aufgehoben wird, nachdem zuvor die
Abdichtung mittels des Dichtrohres hergestellt und die Kupplung mit diesem gelöst
ist.
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Bei der oben beschriebenen Kontrollstabeinheit kann der Raum innerhalb
des als Faltenbalg ausgebildeten Dichtungselementes zwischen dem Antriebsgestänge
und dem Führungsrohr durch eine nach außen führende, mit einem sich selbsttätig
schließenden Ventil versehene Leitung und einen an diese anschließbaren Schlauchanschluß
mit einer Schutzgasquelle verbindbar sein. Damit kann vor dem Entfernen des Antriebsgehäuses
der Raum oberhalb des Führungsrohres und innerhalb des Dichtelementes dadurch von
aktivierten Gasen freigehalten werden, daß ein Spül- oder Schutzgas in diesen Raum
gepreßt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Kontrollstabeinheit
dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen schematischen
Längsschnitt durch die Kontrollstabeinheit, F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g.
1 zwischen den Schnittlinien A-A und B-B.
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Die Kontrollstabeinheit ist in einem mit einem Antriebsgehäuse 1 verbundenen
Führungsrohr 35 untergebracht, welches den Reaktordeckel 2 durchdringt und in den
nicht näher dargestellten Reaktortank hineinragt, dessen Flüssigkeitsspiegel mit
3 angedeutet ist (F i g. 1). Das Antriebsgehäuse 1 ist mittels eines Flansches 4
auf dem Reaktordeckel 2 befestigt. In einem besonderen Motorgehäuse 5 ist der nicht
näher dargestellte Antriebsmotor untergebracht, der auf die axial unverschiebbar
gelagerte Verstellspindel6 wirkt. Auf der Verstellspindel6 ist eine Spindelmutter
7 geführt, die in der Hubeinheit 8 befestigt ist. Die Hubeinheit 8 ist mittels einer
als Rohr ausgebildeten Verbindungsstange 9 mit der Kupplung 10 verbunden,
die dazu dient, die Hubstange 11 mit der Verbindungsstange 9 zu kuppeln und diese
Verbindung im Falle der Schnellabschaltung zu lösen.
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Um ein Eindringen von aktiviertem Schutzgas, beispielsweise Argon
und gegebenenfalls Spaltgas, aus dem Reaktorbehälter in den oberen Teil der Kontrollstabeinheit
und damit ein Undichtwerden zu verhüten, ist es erforderlich, eine wirksame Abdichtung
zwischen diesen beiden Räumen innerhalb des Kontrollstabes zu schaffen. Hierzu dient
der Metallfaltenbalg 12, der an seinem oberen Ende an einem Fortsatz 8 a der Hubeinheit
8 und an seinem unteren Ende an einem Ansatz 4 a im Bereich des Flansches 4 befestigt
ist. In der Hubeinheit 8 ist eine Bohrung 13 angebracht, die in den Raum außerhalb
der Abdichtung führt und mit einem Anschlußnippel 13 a versehen ist, der den Anschluß
eines Schlauches 14 ermöglicht. Dieser dient dazu, ein Spülgas in den Innenraum
des Antriebsgehäuses einzublasen und dadurch die in diesem kaum vorhandenen Spaltgase
in den Reaktor zurückzudrücken.
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Die Kupplung 10 zur Verbindung der Hubstange 11 mit der angetriebenen
Verbindungsstange 9 besteht im wesentlichen aus in Ausnehmungen 10a der Kupplung
10 radialbeweglich geführten Kugeln 15, die in ihrer eingedrückten Stellung den
Greifpilz 16 der Hubstange 11 unterfassen und im Innenraum der Kupplung 10 festhalten.
In dieser dargestellten Lage sind die Kugeln 15 durch die Betätigungshülse
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gehalten, die durch die Magnetspule 18 entgegen der Kraft der Feder 38
in ihrer oberen Endlage festgehalten
wird; dazu ist die Magnetspule
18 durch den Anker 19 und die Zugstangen 20 mit der Betätigungshülse 17 verbunden.
Zum Auskuppeln und damit zur Einleitung einer Schnellabschaltung wird die Magnetspule
18 ausgeschaltet, so daß unter der Wirkung der Feder 38 die Betätigungshülse axial
verschoben wird und die Kugeln 15 radial nach außen in die Ausnehmungen 10 a treten,
wodurch der Greifpilz 16 freigegeben wird.
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Die Hubstange 11 ist mit einem Gestängekopf 22 versehen, der eine
ringförmige Gegendichtfläche 22a aufweist. Um bei einer Schnellabschaltung eine
Beschädigung der Einrichtung durch den Aufprall des Hubgestänges in seiner Endlage
zu vermeiden, sind Stoßdämpfungsfedern, als Ringfedern 23 ausgebildet, vorgesehen.
Die Ringfedern 23 sind mittels eines Anschlagringes 24 a vorgespannt, der über einen
in einer Längsnut 24 b der Hubstange 11 verschiebbar angeordneten Bolzen 24 in seiner
axialen Bewegung auf den zulässigen Federweg begrenzt ist. Die Hubstange 11, die
in der Bohrung 25 mittels des Lagers 26 geführt wird, ist mit einer nicht näher
bezeichneten, betriebsmäßig nicht lösbaren Klauenkupplung mit dem eigentlichen Kontrollstab
21 formschlüssig verbunden: Besondere Vorkehrungen sind getroffen, um im Falle des
Ausbaues des Antriebsgehäuses 1 die Abdichtung des Reaktorbehälterraumes gegenüber
der Außenatmosphäre mit Sicherheit aufrechtzuerhalten. Im eingebauten Zustand ist
die Abdichtung gewährleistet durch die Dichtungsringe 2'7 a, 27 b zwischen dem Flansch
4 und den entsprechenden Befestigungsflächen des Reaktordeckels 2 sowie durch den
bereits erwähnten Metallfaltenbalg 12. Wenn durch Lösen der Flanschschrauben 28
das Antriebsgehäuse 1 entfernt wird, würde die Abdichtung unterbrochen werden. Um
dies zu vermeiden, ist an dem gegenüber dem Führungsrohr 35 relativ verschiebbaren
Dichtrohr 29 eine konische Dichtungsfläche 29b vorgesehen, die mit der ringförmigen
Gegendichtfläche 22 a des Gestängekopfes 22 zusammenwirkt. Die konische Dichtfläche
29 b ist zu diesem Zweck noch mit einem besonderen Dichtungsring 30 ausgestattet.
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Im Falle des Abhebens des Antriebsgehäuses 1 wird durch den Dichtungsring
27b in der Bohrung des Reaktordeckels 2 sö lange die Dichtung aufrechterhalten,
bis die in ihren radialen Führungen in dem in das Führungsrohr 35 hineinragenden
Teil 2 a des Antriebsgehäuses gehaltenen Kugeln 31 aus ihrer Lage in der Ringnut
29a des Dichtrohres 29 nach außen treten und damit das Dichtrohr 29 freigeben, Das
obere Ende der Wandfläche 37 des Führungsrohres 35 wirkt als Steuerkante 34 für
das Zurücktreten der Kugeln 31 aus der Ringnut 29 a. Zuvor haben die Kugeln 31 in
ihrer eingerückten Stellung in der Ringnut 29a des r)iehtrohres dieses zwangläufig
nach oben mitgenommen. Zugleich wird diese Axialbewegung unterstützt durch die Schraubenfeder
32, die auf die untere Stirnfläche des Dichtrohres 29 wirkt, und geführt
durch den an der Dichtrohrbohrung 36 angreifenden Führungsansatz 40, der
an dem mit dem Führungsrohr verbundenen Verlängerungszapfen 41 befestigt- ist. Die
Aufwärtsbewegung des Dichtrohres 29 findet ihr Ende, wenn es mit dem Dichtring 30
an der ringförmigen Gegendichtfläche 22a des Gestängekopfes 22 zur Anlage kommt
und in dieser Stellung durch die Kraft der Schraubenfeder 31 gehalten wird. Damit
wird durch die Dichtungen 33 und 30 gewährleistet, daß bei abgenommenem Antriebsgehäuse
1 keine Gase aus dem Reaktorbehälterraum ins Freie dringen können.
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Beim Wiedereinsetzen des Antriebes arbeitet die Einrichtung in umgekehrter
Reihenfolge. Zunächst bietet die Dichtung 27 b bereits beim Einsetzen des Antriebsgehäuses
1 Schutz gegen das Herausdringen von Gas. Wird das Gehäuse 1 weiter nach unten geführt,
so werden die Kugeln 31 durch die Anschrägung 34 am oberen Ende des Führungsrohres
35 radial in die Ringnut 29a des Dichtrohres 29 gedrückt, so daß die formschlüssige
Verbindung wieder hergestellt ist. Zugleich drückt ein Ansatz 2b des Antriebsgehäuses
1 auf die obere Stirnfläche des Dichtrohres 29 und führt dieses entgegen der Federkraft
32 nach unten in seine normale Betriebsstellung.