DE1439043A1

DE1439043A1 - Electromagnet system for moving rod-shaped components within a tubular housing, in particular control or shut-off bars of a nuclear reactor

Info

Publication number: DE1439043A1
Application number: DE19601439043
Authority: DE
Inventors: Kumpf Dipl-Ing Hermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-07-23
Filing date: 1960-07-23
Publication date: 1968-12-12

Description

Elektromagnetsystem zur Bewegung von stangenförmigen Bauteilen innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses,insbesondere von Regel- oder Abschaltstäben eines Atomreaktors Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetsystem zur Bewegung von Bauteilen im Inneren eines Rohres, insbesondere von Regel- und Abschaltstäben in Atomreaktorgefäßen, mit Bewegungs- und Haltespulen außen am Rohr und einem als Buchse ausgebildeten Anker im Inneren des Rohres. Bei solchen unter der Bezeichnung "Magnetic Jack" bekannten Einrichtungen ist das zu bewegende Bauteil an einem aus biegeelastischen, magnetisierbaren Stäben zusammengesetzten Bündel befestigt. Eine axial bewegliche Ankerbuchse aus ferromagnetischen Material umfaßt das Stabbündel mit Spiel und ist einem eine Halte-, eine Hub- und eine Senkspule enthaltenden Magnetsystem zugeordnet. Außerdem ist eine-Hilfshaltespule vorgesehen. Bei erregter Halte® oder Hilfehalte= spule werden die Stäbe im Inneren des Rohres-in Höhe der eingeschaT-teten.Spule radial auseinandergezogen, bis sie an der Ankerbuchse . bzw. der Rahrinnenwand anliegen. Durch wechselweise Einschaltung der -Haltespülen in Verbindung mit der Hub- oder Senkspule wird das Stab- bündel schrittweise axial bewegt. Zur Erzlelung einer gleichförmigeren Bewegung ist bereits vorgeschlagen worden, die Hilfshaltes_pule durch einen zweiten@Spulensatz zu ersetzen.Electromagnet system for moving rod-shaped components within a tubular housing, in particular control or shut-off rods of a nuclear reactor The invention relates to an electromagnetic system for moving components inside a pipe, in particular control and shut-off rods in nuclear reactor vessels, with movement and holding coils on the outside of the pipe and an armature designed as a bushing inside the tube. In such devices known under the designation "Magnetic Jack", the component to be moved is attached to a bundle composed of flexible, magnetizable rods. An axially movable armature bushing made of ferromagnetic material surrounds the bundle of rods with play and is assigned to a magnet system containing a holding, a lifting and a sinking coil. An auxiliary hold-up coil is also provided. When excited Halte® or help hold coil = the rods inside the tube-in height of the turned-chat teten.Spule be radially pulled apart until they engage the anchor bushing. or the Rahrinnenwand. The rod is moved axially through bunch gradually alternately switching on the -Haltespülen in conjunction with the hub or Senkspule. To achieve a more uniform movement, it has already been proposed to replace the auxiliary holding coil with a second set of coils.

Es existieren auch Vorschläge,stabförmige Körper durch Klemmgesperre-oder Kniehebelmechanismen wechselweise an mit kurzem Hubbewegte Anker zu binden und auf diese Weise eine schrittweise Fortbewegung zu erreichen. There are also proposals to bind rod-shaped bodies alternately to anchors that are moved with a short stroke by means of a clamping mechanism or toggle lever mechanisms and in this way to achieve a step-by-step movement.

Gegenstand der Erfindung ist ein Elektromagnetsystem, bei dem das zu bewegende Bauteil nicht mehr vom magnetischen Kraftfluß durchsetzt wird-und daher beliebigen Querschnitt haben kann. Infolgedessen läßt sich das Gewicht des Bauteiles gegenüber dem "Magnetic Jack" wesentlich verrin#ern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Länge der Ankerbuchse auf den Wirkungsbereich der Bewegungsspule beschränkt ist und daß der Haltespule ein besonderer, aus mehreren radial beweglichen-Teilen bestehender Anker zugeordnet ist, mit dem die Ankerbuchse formsehlüssig gekuppelt ist. Die Bewegungsspule bewirkt das Heben@:,und Senken des Bauteiles. Zum Heben des Bauteiles werden die Hub- und Haltespulen-in bestimmter Folge abwechselnd, zum Senken werden die Haltespulen bei Dauereinschaltung der Hubspulen abwechselnd eingeschaltet. Das Bauteil wird stoßfrei bewegt, da die. als Tauchgagnetlerne ausgebildeten Anker (15, 17) nichtmehr gegen einen festen An-.schlag sondern sondern in ihrer Bewegung nur durch die magnetiochen Kraftlinien begrenzt werden. In den Zeichnungen sind Beispiele erfindungsgemäß ausgeführter Elek- trosgnetsysteme dargestellt. Es zeigen: Fig: 1 einen Längsschnitt durch die Einrichtung entlang der Linie-E-F' ' nach fig. 2, Pig. 2 einen Querschnitt durch das rohrförmige Gehäuse zur Meranschau- lichung des mehrteiligen Halteankers, Fig.. 3 den mehrteiligen Anker bei erregter Haltespule, f `ig. den mehrteiligen Anker bei entregter Haltespule, ``.g. eine schematische Dartellung zur Erläuterung des Senk- und 1tubVorgdnges, Pig. 6 ein weiteres Beispiel mit gefederten AnschlKgen für die End- etellungen der Anker, . - ' Pig. 7 Querschnitte in den Ebenen A-B, B-D nach Fig, 6, Pias $ ein Schaltprogramm für Heben, ' I'ig. 9 ein Schaltprogramm für Senken. G*mR9 -171 g. 1 ist ein zu bewegendes, stangenförmiges Bauteil 1 mit beliebigem Querschnitt, z.B. ein Regelstab, allseits von einem druck- dichten, rohrtürmigen Gehäuse 2 umgeben und durch Gleitrollen 3, oder üleitrollen reibungsarm geführt. Das rohrförmige Gehäuse ist von den Hubmagneten 5', 6 und den Haltemagneten 7, 8 konzentrisch umgeben, die einander in Richtung der Längsachse des Gehäuses ab- Kechselnx. Ittt Inneren des Gehäuses ist jeder Halte- und Hubspule ein magnetisierbarer Anker, der die Stange 1 ringartig umfaßt, zugeordnet. Wie Fig. 2.zeigt, besteht der Anker der Haltespule beispielsweise aus drei Spannteilen 9, 10, 11, welche die Stange 1 -ringartig mit Spiel lumgreifen und deren Kopfstücke l2,.13, 14 umt120o gegeneinander ver- setzt sind. Die Hubanker 15, 17 enthalten eine maghetisierbare Buchse 16 bzw. 18. Die Reibung zwischen Hubanker und Gehäusewand kann durch Rollen (im Anker 15 gestrichelt eingezeichnet) oder Gleitschuhevermindert werden. Durch an den Hubankern angebrachte Ansätze 19(Fig.2) sind die Teile 9, 10, 11 der Halteanker formschlüssig an die Hubankergekuppelt und so geführt, daß sie sich nur radial bewegen ktinnen. Sie sind so bemessen, daß sie die Innenwand des Gehäuses 2 nicht berühren können. Zwischen den Spannteilen und-der Stange 1 können spannbuchsartig geschlitzte Hülsen 20 eingesetzt sein,.welche-die Flächenpressung verkleinern und den Angriff der Spannteile gleichmäßiger gestalten. Die Hülsen sind jeweils an den Hubankern befestigt. Je eine auf die Hülsen wirkende -Feder 21 unterstützt das Eigengewicht des Ankers und schiebt ihn mit Sicherheit in die-tiefste---Stellung, wenn die Hubspulen nicht erregt sind,. In der -aus unmagnetischem, austenischem Material bestehenden Wand sind beispielsweise durch Einsahweißung von Ferrit magnetisierbare Ringe 22 angeordnet.The subject of the invention is an electromagnetic system in which the component to be moved is no longer penetrated by the magnetic flux - and can therefore have any cross-section. As a result, the weight of the component can be significantly reduced compared to the "Magnetic Jack". According to the invention this is achieved in that the length of the armature bushing is limited to the range of action of the motion coil and that the holding coil is assigned a special armature consisting of several radially movable parts, with which the armature bushing is coupled in a form-locking manner. The motion coil lifts and lowers the component. To lift the component, the lifting and holding coils are alternately switched on in a certain sequence; for lowering, the holding coils are switched on alternately when the lifting coils are switched on continuously. The component is moved smoothly because the. Armature (15, 17) designed as a magnetic immersion lug is no longer against a fixed stop, but rather is limited in its movement only by the magnetic lines of force. The drawings show examples of electrical components designed according to the invention. trosgnetsysteme shown. Show it: Fig: 1 shows a longitudinal section through the device along the line -E-F ' ' according to fig. 2, Pig. 2 a cross section through the tubular housing to the Meranschau- installation of the multi-part retaining anchor, Fig. 3 shows the multi-part armature with the holding coil excited, f ig. the multi-part armature when the holding coil is de-energized, `` .g. a schematic representation to explain the lowering and 1tubVorgdnges, Pig. 6 another example with spring-loaded stops for the end anchor positions,. - ' Pig. 7 cross-sections in the planes AB, BD according to Fig. 6, Pias $ a circuit program for lifting, ' I'ig. 9 a switching program for lowering. G * mR9 -171 g. 1 is a rod-shaped component 1 to be moved any cross-section, e.g. a control rod, on all sides by a pressure sealed, tubular tower housing 2 and surrounded by sliding rollers 3, or guide rollers with low friction. The tubular housing is of the lifting magnets 5 ', 6 and the holding magnets 7, 8 concentrically which surround each other in the direction of the longitudinal axis of the housing Kechselnx. Ittt inside the housing is each holding and lifting coil magnetizable armature, which comprises the rod 1 like a ring, assigned. As Fig. 2 shows, the anchor of the holding coil consists of, for example three clamping parts 9, 10, 11, which the rod 1 -ring-like with play l grip around and their head pieces l 2 , .13, 14 umt120o against each other sets are. The lifting anchors 15, 17 contain a sleeve 16 that can be magnetized or 18. The friction between the lifting armature and the housing wall can be reduced by rolling (shown in dashed lines in armature 15) or sliding shoes. By means of attachments 19 (FIG. 2) attached to the lifting armatures, the parts 9, 10, 11 of the retaining armatures are positively coupled to the lifting armatures and guided in such a way that they can only move radially. They are dimensioned so that they cannot touch the inner wall of the housing 2. Between the clamping parts and the rod 1, sleeves 20 slotted like a clamping sleeve can be inserted, which reduce the surface pressure and make the engagement of the clamping parts more uniform. The sleeves are each attached to the lifting armature. One spring 21 acting on the sleeves supports the weight of the armature and pushes it safely into the lowest position when the lifting coils are not energized. In the - made of non-magnetic, austenic material wall magnetizable rings 22 are arranged, for example by welding in ferrite.

Die Arbeitsweise der Spannteile zeigt Fig. 3 und 4. DerAEinfachheit halber ist hier die Hülse 20 weggelassen und der Halteanker nur zweiteilig dargestellt. In Fig. 3 ist die@Haltespule (5 bzw. 6) erregt, in # Fig. 4 entregt. An den mit Punkten bezeichneten Ställen fassen die -Spannteile den.Stab und halten ihn durch Reibschluß. -Fig..5 zeigt die Wirkung der Hubspulen. Bei erregter Hubspule '7 ($) werden auf den magnetischen Ring 16 (bzw: l8) die rechts in der-Figur dargestellten axialen Zugkräfte ausgeübt. ßL ist das Gewicht des-leeren Hubankers und der leeren Spannteile 9, 10, 11, eitisahiießlich-der Hülse 20 und der Kraft der Feder 21, G das Gewicht@der Anker ein- -schlie9lieh- Stange 1. Durch wechselweise Erregung der Iiubspuien T, 8 und der Haltespulen 5, 6 wird die Stange -1- gehöben. Zur-Erläuterungsei. beispielsweise angenommen, daß die-Hubspule 8 und die Haltespule -.6 eingeschaltet sind und den Stab mit ihren Ankern halten. Die Spulen 5 und 7 sind ausgeschaltet, und der Hubanker 15 befindet sich in seiner tiefsten Lage (Punkt A in Fig. 5). Wird jetzt die Haltespule 5 erregt, so wird die Stange 1 an den Anker 15 gekoppelt. Dann wird die Aubspule 7 erregt und hebt den Anker 15 einschließlich Stab in die Mittellage B, in der die Hubkraft der Spule 7 dem Stabgewicht das Gleichgewicht hält. Gleichzeitig werden die Spulen 6 und 8 ausgeschal-tet, und der Anker 17 geht in die tiefste Lage. Dieses Spiel wiederholt sich mit dem Anker 17 usw. Dabei kann ein gewisses Überschwingen nach oben über den Punkt B hinaus eintreten. Das Heben spielt sich also zwischen den Punkten A und B ab.3 and 4. For the sake of simplicity, the sleeve 20 is omitted here and the retaining anchor is only shown in two parts. In Fig. 3 the @ holding coil (5 or 6) is energized, in # Fig. 4 de-energized. At the stalls marked with dots, the clamping parts grasp the rod and hold it by frictional engagement. -Fig..5 shows the effect of the lifting coils. When the lifting coil '7 ($) is excited, the axial tensile forces shown on the right in the figure are exerted on the magnetic ring 16 (or: l8). ßL is the weight of the empty lifting armature and the empty clamping parts 9, 10, 11, including the sleeve 20 and the force of the spring 21, G is the weight of the armature including the rod 1. By alternately exciting the tubes T , 8 and the holding coils 5, 6, the rod -1- is lifted. Explanatory notes For example, assume that the lifting coil 8 and the holding coil -.6 are switched on and hold the rod with their anchors. The coils 5 and 7 are switched off and the lifting armature 15 is in its lowest position (point A in FIG. 5). If the holding coil 5 is now excited, the rod 1 is coupled to the armature 15. Then the Aubspule 7 is excited and lifts the armature 15 including the rod in the central position B, in which the lifting force of the coil 7 keeps the weight of the rod in balance. At the same time, the coils 6 and 8 tet ausgeschal-, and the armature 17 is in the lowest position. This game is repeated with the armature 17, etc. In this case, a certain overshoot upwards beyond point B can occur. The lifting takes place between points A and B.

Beim Senken der Stange 1 sind beide Hubspulen 7.und 8 dauernd einge-schaltet-. Der. Antrieb funktioniert nur, wenn auf die Stange 1 ständig eine Kraft nach unten wirkt, also beispielsweise die Schwerkraft bei senkrechter oder schräger Lage, eine entsprechende hydraulische Kraft oder eine Federkraft bei waagerechter Lage. Zur Erläuterung sei angenommen, daß der Anker 17 irf Verbindung mit der Haltespule 6 die Stange hält und der Anker 15 in der höchsten dem Punkt C in Fig. 5 entsprechenden Position sitzt, in der die Spule 7 dem Gewicht GL der leeren Anker einschließlich der Kraft der Feder 21 das Gleichgewicht hält. Wird jetzt die Haltespule 5 eingeschaltet, dann wird die Stange 1 an den Anker 15 gebunden. Jetzt wird die Haltespule 6 abgeschaltet, so daB einerseits die Ankerbuchse 18 in die dem Punkt C entsprechende Pos Ition und andererseits der belastete Anker 15, in die@dem Punkt-B entapreoh*nde Stellung, in der Kräftegleichgewicht herrscht-, gleitet, da die Hubspule 7 ihren Anker einschließlich Stab in der Position C nicht halten- karu@. Praktisoh sinkt die Stange. 1 mit- dem=Anker .15 in -die Position B bzw. aus Trägheitsgründen etwas darüber hinaus. Das'-. Spiel wiederholt sich mit dem anderen Anker usf. Das Senken spielt sich also zwischen den Punkten C und B nach Fig. 5 ab.When the rod 1 is lowered, both lifting coils 7 and 8 are switched on continuously. Of the. Driving works only when a force constantly acts on the rod 1 downwards, so for example, the gravity in a vertical or inclined position, a corresponding hydraulic force or a spring force in horizontal position. For explanation it is assumed that the armature 17 holds the rod in connection with the holding coil 6 and the armature 15 is seated in the highest position corresponding to point C in FIG. 5, in which the coil 7 supports the weight GL of the empty armature including the force the spring 21 maintains balance. If the holding coil 5 is now switched on, the rod 1 is tied to the armature 15. The holding coil 6 is now switched off so that on the one hand the armature bushing 18 slides into the position corresponding to point C and, on the other hand, the loaded armature 15, into the position entapreoh * nde point B, in which there is an equilibrium of forces, since the Lifting coil 7 does not hold its armature including rod in position C - karu @. Practically the pole sinks. 1 with the = anchor .15 in position B or, for reasons of inertia, a little further. That'-. The game is repeated with the other anchor and so on. The lowering thus takes place between points C and B according to FIG.

Wie die vorstehende Beschreibung erkennen läßt, kann nur der leere Anker in-seinen Endlagen aufschlagen. Der Aufschlag des -leeren Ankers in den Endlagen kann durch gefederte Anschläge 23, wie in Fig. dargestellt, wirksam gedämpft werden, wenn die Flüssigke.i4sdämpfung nicht ausreichen sollte. In dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 6 liegen die Hubspulen über den Haltespulen und'der nur aus zwei Spannteilen 9, 10 bestehende Halteanker ist formschlüssig in die Seitenteile 24 eines Hubankerhalses eingesetzt (Fig. 7).As the above description shows, only the empty one can Hit the anchor in its end positions. The impact of the -empty anchor in the end positions can be effectively damped by spring-loaded stops 23, as shown in Fig., if the liquid attenuation is not sufficient. In the embodiment after Pig. 6, the lifting coils lie above the holding coils and only consist of two tensioning parts 9, 10 existing retaining anchor is form-fitting in the side parts 24 of a lifting anchor neck used (Fig. 7).

Nach Fig. 1 und 6 sind zwei gleichartige, je eine Bewegungs- und eine Haltespule enthaltende Magnetsysteme vorgesehen. Selbstverständlich kann aber ein System durch einen Hilfshaltemagneten ersetzt werden, dem 'im Inneren des Gehäuses ebenfalls ein mehrteiliger Anker und ein den Ankerweg in Senkrichtung begrenzender Anschlagzuzuordnen ist. Außerdem können jeweils an Stelle einer Heben und Senken bewirkenden Bewegungsspule eine Hub- und eine Senkspule verwendet werden, die unmittelbar nebeneinander liegen und denen eine gemeinsame Anker-. buchse mit einer auf den Wirkungsbereich beider Spulen beschränkten Länge zugeordnet ist.-Zur Erhöhung der Senkgeschwindigkeit können ebenso wie beim Heben die Bewegungs- und Haltespulen abwechselnd ein-.und ausgeschaltet werden.-. Dann -fallen die mit dem Stab -belasteten Hubanker nicht. bis in die dem " Punkt..» entsprechende -Mittellage, sondern bIs- auf die unteren Begreri*ung4anschläge. Allordings ist daf(ir. in Kauf tu nehmeil, daß ,die .@ , &inrohtung nicht mehr ,stoßfrei arbeitet und möglichdrw*is! etW'= y ':'--'Abhieb in, der Stange- eintritt. _ - ,- Die zu bewegende Stange ist durch Reibschluß an den Halteanker ge- bunden und dieser seinerseits über den Hubanker nur an magnetischen Kraftlinien*aufgehängt, so daß ein Abrieb verursachendes Gleiten der Stange 1 in der Hülse 20 bzw. in den Spannteilen bei entsprechender Bemessung der Magnete nicht zu erwarten ist. Der Querschnitt der Stange kann beliebig gewählt werden. Am vorteilhaftesten sind kreis- oder ringförmige,Querschnitte (Stab oder Rohr).. Da der@Magnetflup die Stangen nicht durchsetzt, ist nur die Festigkeit für die-,Bemessung ausschlaggebend, Die Stange wird dadurch bedeutend leichter als beim normalen ttMagnetic Jack", so daß die Abmessungen klein gehalten werden können und dementsprechend auch nur kleine Kräfte erforderlich sind. Bei Entregung der Haltespulen oder aller Spulen fällt die Stange 1 hindernisfrei. nach unten (Abschaltvorgang im Reaktor).According to FIGS. 1 and 6, two similar magnet systems, each containing a movement coil and a holding coil, are provided. Of course, however, a system can be replaced by an auxiliary holding magnet to which a multi-part armature and a stop delimiting the armature path in the lowering direction are also to be assigned in the interior of the housing. In addition, in place of a lifting and lowering moving coil, a lifting and a lowering coil can be used, which are located directly next to each other and which have a common armature. socket associated with a limited effect on the region of the two coil length ist.-order to increase the lowering speed can as well as during lifting movement and retaining coils werden.- off alternately .and a-. Then the lifting anchors loaded with the rod do not fall. to the the "point .." appropriate -Mittellage but bis to the lower Begreri * ung4anschläge. Allordings is daf (ir. in purchase tu nehmeil that that. @, & not inrohtung more, works smoothly and is möglichdrw * ! eTW '= y'. '-' felling in the Stange- enters _ -, - the on moving bar and this in turn suspended by friction to the retaining anchors overall connected via the lifting armature only to magnetic lines of force * so that an abrasion-causing sliding of the rod 1 in the sleeve 20 or in the clamping parts is not to be expected if the magnets are dimensioned accordingly. The cross-section of the rod can be selected as desired. .. Since the @ Magnetic Flup does not penetrate the rods, only the strength is decisive for the, dimensioning. This makes the rod significantly lighter than the normal ttMagnetic Jack ", so that the dimensions can be kept small and accordingly only k No forces are required. When the holding coils or all coils are de-energized, the rod 1 falls unobstructed. down (shutdown process in the reactor).

In Fig. 8 und-9 sind die Schaltprogramme für Heben und Senken dargestellt. In Richtung der Ordinate,ist die Einschaltdauer (stark ausgezogen) der einzelnen Spulen aufgetragen, in Richturig der Absziese sind die jeweils: geschaltet en Spulen der Nummer nach aufgeführt.The switching programs for lifting and lowering are shown in FIGS. 8 and 9. In the direction of the ordinate, the duty cycle (strongly drawn out) of the individual Coils applied, in the direction of the abscissa are the respectively: switched coils listed by number.

Claims

Claims 1. Electromagnetsysterrr for moving rod-shaped components within a tubular housing, in particular control or shut-off rods of a nuclear reactor, consisting of at least. two sub-systems, each of which has motion and hold coils outside on the pipe / ne nen designed as a socket armature inside the pipe

contains, characterized in that the length of the armature bushing is limited to the range of action of the motion coil and that the holding coil is assigned a special armature consisting of several radially movable parts with which the armature bushing is positively coupled. -

2. Electromagnetic system according to claim 1, characterized in that that for each subsystem a single motion coil for both the # Hub and is provided for the lowering movement.

3. Electromagnet system according to claim 1, characterized characterized in that -between the component and the multi-part retaining anchor a span. sleeve-like sleeve is arranged. @ +.

Electromagnet system according to claim 1, characterized characterized in that ° -axially slightly movable stops supported by springs are provided for the coupled anchors.

5. Electromagnet system according to claim 1, characterized in that the lifting coils are constantly excited when the component is lowered. -