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Pneumatischer oder hydraulischer Re elstabantrieb für Kernreaktoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Klemmen eines beidseitig druckbeaufschlagten
Kolbens und zum Lösen der Kolbenklemmung mittels nachgiebigem, sich an die Zylinderwand
anlegenden Ringkörpers bei pneumatischen oder hydraulischen Regelstabantrieben von
Kernreaktoren. Bei Kernkraftanlagen, bei denen der Betriebsdruck des Reaktor-Druckgefäßes
stets entgegen der Schnellabschaltrichtung auf den Kolben wirkt, ist mit besonderer
Sorgfalt darauf zu achten, daß bei einer Störung in dem Druckkreislauf für den Antrieb
des Regelstabes, was beispielsweise durch das Reißen einer Druckluft- oder Druckölleitung
eintreten kann, der Reaktordruck nicht frei wird. Es muß also verhindert werden,
daß bei Schadhaftwerden einer Antriebsleitung, wodurch der Steuerdruck augenblicklich
absinkt, sich die neutronenabsorbierenden Stäbe aus dem Core entfernen und sich
mit ihnen der zugehörige Kolben in von dem Reaktor-Druckgefäß abrückender Richtung
bewegt. Es ist ein hydraulischer Stellmotor mit selbsttätiger Verblockurig
des
Kolbens bekannt, doch finden dabei in baulich sehr aufwendiger und auch raumbeanspruchender
Weise mit Kugelsperren zusammenarbeitende, geteilte Konen Verwendung. Bei einem
ferner bekannten zweiseitig beaufschlagten hydraulischen Kolben für Stellantriebe
wird ein mit mehreren besonderen Spannbacken zusammenarbeitender, als Spannkonus
ausgebildeter Kolben benutzt, der mit angeschweißter Ringmanschette, mehreren Tellerfedern
und einer Druckausgleichsleitung bei stetsm Vorhandensein eines kompressiblen Mediums
im Zwischenraum sowie einer ständig wirkenden magnetischen Zugkraft versehen ist.
Eine ferner bekannte, durch ein hydraulisches oder pneumatisches Druckmittel, insbesondere
mittels Zylinder und Kolben betätigte Antriebseinrichtung benötigt zum Blockieren
der Kolbenstange eine zu dieser parallel liegende besondere Riegelstange in einer
zusätzlichen Riegelvorrichtung, zu deren Wirksamkeit Spannringe, Druckscheiben,
Tellerfedern, Dichtungen und Speiseleitungen in baulich sehr aufwendiger Art unbedingt
vorhanden sein müssen.
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Es gibt ferner einen für einen Flüssigkeitsmotor bestimmten Kolbenmechanismus,
bei dem eine Anzahl in einem besonders ausgekehlten Zager untergebrachte Klemmstücke
neben im Kolben befindlichen Springfedern Verwendung finden, wobei diese Bauteile
auf einer zentrischen Muffe angeordnet sind und gegenüber der Zylinderinnenwand
dehnbare Ringe aufweisen oder auch darüber hinaus mit mit konischen Flächen
zusammenarbeitenden
Kugeln versehen sind.
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Eine mit Druckflüssigkeit arbeitende Sicherheitseinrichtung besteht
aus einem zusätzlichen Steuerkolben, der eine Kugeln, konische Flächen und Federn
aufweisende Sperrung der Bewegung der Kolbenstange und damit des Hauptkolbens erst
bei besonderer Druckbeaufschlagung aufhebt. Eine Aufhebung der einmal festliegenden
Lage des Hauptkolbens durch gesondertes, rein mechanisches Eingreifen ist bei dieser
Vorrichtung jedoch nicht durchführbar.
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Außerdem ist eine Kolbenklemmvorrichtung bekannt, die in umständlicher
Weise mit Kugellagern und konischen Sperrflächen arbeitet sowie getrennte
Druckkammern aufweist. Eine Aufhebung der Kolbenklemmung durch nur mechanische Einwirkung
ist jedoch bei dieser baulichen Ausführung nicht möglich. Eine ferner bekannte Blockiereinrichtung
für Flüssigkeitsmotore setzt sich in baulich aufwendiger Art aus auf konischen Flächen
zu verschiebenden Bremsschuhen oder Gleitstücken zusammen, wobei auf beiden Seiten
des Arbeitskolbens eine wahlweise wirkende, nur hydraulische Beaufschlagung zwecks
Klemmung und Lösens des Kolbens stattfindet.
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Schließlich ist eine mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagbare Stützstrebe
bekannt, bei der das Andrücken der Backen an die Innenwand eines Zylinders zum Feststellen
des Kolbens über ein sehr aufwendiges und störanfälliges Kniehebelsystem
erfolgt,
zu welchem in nachteiliger Weise außerdem ein zentrischer Kolbenring mit beidseitig
angeordneten Federn sowie besondere Sitze und Führungen erforderlich sind. Diese
bekannten Vorrichtungen und Lösungen, bei denen die Kolbenklemmungen meist nur durch
Hydraulikbeaufschlagung wieder gelöst werden können und also stets in der Klemmlage
verbleiben, wenn die Hydraulik ausgefallen ist, sind schon allein aus diesem Grunde
für den Reaktorbau nicht anwendbar. Auf diesem Anwendungsgebiet besteht nämlich
in jedem Fall die Forderung, die Kolbenklemmung bei fehlender Steuerhydraulik oder
-Pneumatik sofort wieder zu lösen, um nämlich dann den Regelstab unverzüglich, und
zwar ohne Pneumatik oder ohne Hydraulik wieder einfahren zu können.
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Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, -das
Klemmen des Kolbens mit seinem Zylinder durch das Schrägstellen eines mit diesem
Kolben exzentrisch und schwenkbar verbundenen, mit Nocken versehenen, eine Durchtrittsöffnung
aufweisenden und unter einseitigem Federdruck stehenden Blockierringes zu bewirken
und das Lösen der Klemmung durch Heranführen eines zweiten Kolbens an die dem Reaktor
abgewandte Seite des Blockierringes oder auch pneumatisch über eine Hilfsleitung
herbeizuführen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung greifen die Klemmnocken
in zweigeteilte, ringförmige, an der Zylinderinnenwand anliegende_Schalen an. Durch
die erfindungegemäße Schrägstellung des Blockierringes und dessen Ausgestaltung
wird der für den Reaktorbau wesentliche technische Fortschritt
herbeigeführt,
daß nämlich die Klemmung selbst bei fehlender Hydraulik oder Pneumatik auf mechanischem
Wege, und zwar durch Heranführen des zweiten Kolbens an den Blockierring und durch
Verschieben desselben entgegen der Reaktor-Druckrichtung aufgehoben werden kann
und zugleich der Regelstab in das Gore wieder hineinzubringen ist. Der Blockierring
selbst ist einfach herzustellen, wobei die Lagerung und auch die Schleppvorrichtung
keine baulichen Schwierigkeiten gegenüber den bekannten konischen Bremsflächen mit
den dazugehörigen sonstigen Bauteilen bereitet. Ebenso stellt der Hilfskolben ein
sehr einfaches, überhaupt nicht störanfälliges Bauteil dar. Schließlich ermöglicht
der erfindungsgemäße Blockierring auf Grund seiner zentrischen Aussparung und der
Aussparungen im zweiten Kolben zusätzlich ein lösen der Klemmung und das Einfahren
des ilegelatabes in das Core durch erneute Druckbeaufschlagung, beispielsweise über
eine Hilfsleitung auszuführen.
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Ferner ist nach der Erfindung die dem Schwenklager zugeordnete Schalen-
Ringhälfte mit der Stirnfläche des Kolbens fest verbunden und in an sich bekannter
Weise radial geschlitzt, während die entgegengesetzte Schalen-Ringhälfte als loses
Bauteil von der ihr zugeordneten Nocke des Blockierringen gehalten wird.
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Auch schlägt die Erfindung vor, die Exzentrizität der Sahwenkaehse
des Schwenklagers so zu wählen, daß die Wirkungslinie der Klemmkräfte Winkel gegen
die Senkrechte zur Zylinderachse einschließen, die kleiner als der Reibungswinkel
sind.
Nach der weiteren Erfindung ist auf der dem Schwenklager entgegengesetzten
Hälfte der Einrichtung zwischen dem Blokkierring und dem Kolben eine aus Mitnehmerbolzen
und halbkugelförmiger Mutter bestehende Schleppvorrichtung vorgesehen.
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Schließlich weist der Kolben Durchtrittsschlitze für den Durchgang
des pneumatischen und hydraulischen Druckmittels auf.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und in schematischer
Wiedergabe veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 die neue Einrichtung bei Einwirkung
der Steuerdruckbeaufschlagung im Längsschnitt, Fig. 2 die Einrichtung in Blockierstellung,
d.h. bei -Ausfall der Steuerdruckbeaufschlagung, Fig. 3 Querschnitte gemäß A-A und
B-B der Fig. 1 und Fig. 4 eine Ansicht nach Schnitt C-C der Fig. 1.
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Über die Stange 1 (Fig. 1 und 2) eines mechanischen Regelstabantriebes
wirkt der reaktorseitige Druck auf den Kolben 2, der in einem Zylinder 3 dichtend
mit dessen Innenwandung 4 geführt ist und dessen reaktorgegenseitige Stirnfläche
mit 5 benannt ist, die von dem pneumatischen oder ölhydraulischen Schnellschluß-
bzw. Steuerdruck beaufschlagt wird. Exzentrisch auf dieser Stirnfläche 5 ist mittels
eines Blockes 6 ein Schwenklager 7 angeordnet, dessen Schwenkachse mit 8 bezeichnet
ist. Auf dieses Schwenklager
7 stützt sich der Blockierring
9 ab, der zwei diametral gegenüberliegende Klemmnocken 10 und 11 sowie eine zentrische
Durchtrittsöffnung 12 für das Steuer-Druckmittel aufweist.Der Klemmnocken 10, der
dem Schwenklager 7 benachbart ist, greift in den halben Schalenring 13 ein, der
mit radialen Schlitzen 14 zum Aufspreizen und Klemmen gegen die Zylinderwand-Innenfläche
4 versehen ist und mittels Schrauben 15 und Paßstiften 16 mit dem Kolben 2 in fester
Verbindung steht.
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Diametral zu der Schalenringhälfte 13 liegt die Schalenringhälfte
17, die als loser Bauteil nur von der Klemmnocke 11 gehalten wird und gegen die
Innenwandfläche 4 des Zylinders 3 gleitend anliegt. Zur Anstellung des Blockierringes
9 ist im Bereich der Schalenringhälfte 17 eine Schleppvorrichtung vorgesehen, die
aus einem Bolzen 18 besteht, der einerseits mit dem Blockierring 9 mittels einer
Halbrundmutter 19 gelagert ist und dessen anderes Ende, als balliger Kopf 20 ausgebildet,
über ein Tellerfederpaket 21 und eine Sondermutter 22 in einer Bohrung 23 des Kolbens
2 ruht. Hierbei ist diese Sondermutter 22 so eingestellt, daß beim allein stehenden
Kolben 2 im Ruhezustand das Federpaket 21 den Blockierring 9 nach links zieht (vgl.
Fig. 2), so daß die Außenkanten der Klemmnocken 10 und 11 oben links bei 24 und
unten rechts bei 25 mit den Schalenringhälften 13 und 17 zur Anlage kommen. Wenn
nun bei Schnellschluß durch Druckbeaufschlagung des Kolbens 2 auf dessen Stirnfläche
5 dieser nach links bewegt wird, so nimmt der Kolben den Blockierring 9 so lange
mit,
bis der ballige Kopf 20 an der Sondermutter 22 zum Anliegen
kommt, wodurch die senkrechte Lage des Blockierringes zur Längsachse des Zylinders
3 gewährleistet ist (Fig. 1 Tritt nun in einem Störungsfall eine unbeabsichtigte
Unterbrechung in der Druckluftzuführung auf, so wird sich zunächst der Blockierring
9 infolge der Kraft des Federpa- -ketes 21 über dem Bolzen 18 leicht schräg einstellen.
Durch den Reaktordruck wirkt über die Stange 1 auf den Kolben 2 eine Gegenkraft.
Diese Gegenkraft drückt den Kolben 2 über die Schwenkachse 8 auf den bereits leicht
schräg gestellten Blockierring 9, der nun seinerseits mittels der Klemmnocken
10 und 11 die Schalenringhälfte 13 auseinanderspreizen wird und beide Schalenringhälften
gegen die Innenwand 4 des Zylinders 3 pressen wird, wodurch eine Blockierung der
Bewegung des Kolbens -2 nach rechts eintritt. Somit wird gleichzeitig der Regelstab
gehindert, aus dem Core herauszutreten, wodurch die Leistung des Reaktors nicht
erhöht wird.
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Der für die erfindungsgemäße Einrichtung noch notwendige, im gleichen
Zylinder 3 geführte Kolben 26 wird von der Antriebsstange 27 bewegt und weist nierenförmige
Aussparungen 28 für den Durchtritt des pneumatischen oder ölhydraulischen Druckmittels
auf. Mit diesem Kolben 26 kann der feste Sitz des Blockierringes 9 gelöst, d.h.
aus seiner Stellung gemäß Fig. 2 wieder ,in die Ruhestellung nach Fig. 1 gebracht
werden. Es braucht lediglich der Kalben 26
nachgeführt zu
werden, bis dessen plane Stirnfläche 29 auf die ihm zugewendete Fläche des
Blockierringes 9 trifft und sich dieser Ring wieder senkrecht zur Längsachse des
Zylinders 3 stellt, so daß sich der Kolben 2 wieder frei bewegen kann.
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Es ist auch möglich, die Klemmung des Blockierringes 9 durch erneute
Druckbeaufschlagung durch die Aussparungen 28 hindurch zu lösen.
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Die neue Einrichtung ist auch anwendbar bei allen kraftschlüssig verbundenen
Kolben, von denen der eine Kolben unter Gegendruck steht.