DE1489124C - Hydraulischer Schnellabschalt- und Regelstabantrieb fur Kernreaktorsteuerstabe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Inneren des Reaktorgefäßes hin offen ist und am vom Schnellabschalt- und Regelstabantrieb für Kern- Reaktorgefäß entfernten Ende über ein Ventil mit reaktorsteuerstäbe, bestehend aus einem am Reaktor- dem unterhalb des Schnellabschaltkolbens befindgefäß befestigten Antriebszylinder, in dem zwei starr liehen Innenraum des Antriebszylinders in Verbinmiteinnder verbundene Kolben gleiten, von denen der 5 dung steht, und das Ventil ferner in einer Stellung, eine, der näher zum Reaktorgefäß liegt, mit dem in der es die Verbindung zwischen dem Ringraum Regelstab verbunden ist und der andere vom Primär- und dem Inneren des Antriebszylinders unterbricht, kühlmittel des Kernreaktors zum Zwecke der Schnell- die Verbindung zwischen dem Innenraum des Anabschaltung beaufschlagt ist. triebszylinders und einer Hydraulikmittel führenden

Bekanntlich erfolgt durch das Einfahren bzw. Her- ίο Leitung herstellt.

ausfahren der Regelstäbe in den Reaktoren eine Der mit dieser Bauart gegenüber den bekannten Regelung der Reaktorleistung. " ■. . Regelstabantrieben erzielte wesentliche technische

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Fortschritt besteht darin, daß die Ausführung keine Schnellschluß bei einer plötzlichen Unterbrechung der Störanfälligkeit aufweist, äußerst platzsparend ist und Steuerhydraulik unter geringster baulicher Aufwen- 15 mit wenig baulichen Mitteln hergestellt werden kann, digkeit und unter Ausschaltung von Störmöglich- Außerdem liegt in einfachster Weise auf jedem einleiten mit höchster Betriebssicherheit und Wirksam- zelnen Regelstab, d. h. auf deren Kolben der Reaktorkeit herbeiführen zu können. . druck, wodurch in zuverlässiger Weise für Schnell-

Bei einem bekannten Kernreaktor (schweizerische Schluß gesorgt ist. Schließlich zeichnet sich der ErPatentschrift 368 550) wird das Steuern der Be- 20 findungsgegenstand noch dadurch aus, daß im Falle wegung der Regelstäbe mit Hilfe eines Elektromagne- einer waagerechten Lage des Reaktors und der Regelten im Zusammenwirken mit der Schwerkraft des stäbe vor dem dem Reaktorgefäß nahen Kolben und Regelstabes durchgeführt. Diese Art der Regelstab- zwischen diesem Kolben und Schnellabschaltkolben, betätigung erfordert jedoch nicht nur einen beson- Reaktordruck vorhanden ist. Zudem bringt die gleiche deren elektrischen Stromkreis und dementsprechende 25 Ausführung bei senkrechter Lage des Reaktors und Apparaturen, sondern sie ist auch in nachteiliger ebensolcher Lage der Regelstäbe den Vorteil, daß Weise nur für lotrecht arbeitende Anlagen ge- der Druck zwischen diesen Kolben Reaktordruck eignet. abzüglich des Eigengewichts der Kolben ist. Hinter

Die bisher ferner bekannten Antriebe benutzten zur dem Schnellabschaltkolben ist außerdem in beiden

Abdichtung der Regelstabführungen Stopfbüchsen, 30 Fällen stets Reaktordruck vorhanden, so daß immer

doch waren solche Sperrwasserdichtungen nicht nur die Gewähr für die tatsächliche Durchführung des

baulich sehr aufwendig, sondern leicht einem Ver- Schnellschlusses besteht.

schleiß unterworfen und schlossen darüber hinaus In einer weiteren Ringstellung ist der Regelstabdie Schwierigkeiten einer absoluten Dichtheit in sich, antrieb ferner dadurch gekennzeichnet, daß das was keineswegs mit Sicherheit zu erreichen war. Das 35 Ventil als Rückschlag- und als Durchgangsventil Austreten strahlenverseuchten Wassers muß aber ausgebildet ist, indem dessen zylindrischer Außenunter allen Umständen vermieden werden. körper über Stege eine zentrisch gelagerte, zylin-

Auch sind bisher keine Regelstab-Betätigungs- drische Büchse trägt, in der ein zylindrischer, in

einrichtungen bekanntgeworden, die bei einem Lei- einem Ventilkegel endender Hohlschaft gleitet, und

tungsbruch im hydraulischen Steuersystem dennoch 40 dessen dem Außenkörper zugeordnete Feder schwä-

das Einführen der Regelstäbe mit absoluter Sicher- eher als eine zum Hohlschaft gehörige Feder aus-

heit gewährleisten. gelegt ist. -

Schließlich ist ein Regelstabantrieb (britisches Weiterhin ist die dem Reaktorgefäß abgewendete Patent 878 332) bekannt, bei dem einerseits an den Stirnseite des Außenkörpers des Ventils als Doppel-Reaktorbehälter und andererseits aa eine Druck- 45 Ventilsitz derart gestaltet, daß die Außenkörpermittelleitung angeschlossener Außenzylinder vor- Innenseite als Ventilsitz für den Ventilkegel und die gesehen ist, in welchem zwei starr miteinander ver- Außenkörper-Außenseite als Ventilsitz gegenüber bundene Kolben geführt sind, deren jeweilige Beauf- der kegeligen Innenfläche des Abschlußdeckels des schlagung die Bewegung des Regelstabes bewirkt. zylindrischen Rohres ausgebildet ist.
Der für einen solchen Regelstab mit Doppelkolben 50 In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise vorgesehene mechanische Antrieb ist jedoch für den und in schematischen Darstellungen veranschaulicht, Normalbetrieb störanfällig, da er vom jeweiligen Zu- und zwar zeigt

stand des Stromnetzes abhängig ist. Der auf den Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Außenzylin-Kolben außerdem wirkende Reaktordruck wird noch der in Anfangsstellung bei Inbetriebnahme und
dazu in sehr umständlicher und ebenfalls störanfäl- 55 Fig. 2 eine Stellung des Ventils nach Beaufschlaliger Weise erst über ein ausgebreitetes Röhren- gung seitens der Steuerhydraulik. ' .
Sammelbehälter- und Trennbehältersystem, und zwar Gemäß F i g. 1 ist an dem Reaktor-Druckbehälter 1 über ein ölsystem und ein Gassystem wirksam, wo- das Rohr 2 befestigt, der reaktorseitig offen und desbei das ölsystem ein zwischengeschaltetes Ventil auf- sene dem Reaktor-Druckbehälter abgewendete Stirnweist, bei dessen Ausfall kein Schnellschluß statt- 60 seite durch einen Abschlußdeckel verschlossen ist, finden kann. durch den aber eine nach dem Inneren des Außen-

Demgegenüber ist der Schnellabschalt-und Regel- Zylinders 1 hin offene Leitung führt, die über ein stabantrieb nach der Erfindung dadurch gekenn- Absperrventil mit einem nicht dargestellten Druckzeichnet, daß der zum Inneren des Reaktorgefäßes speicher für den Schnellschluß in Verbindung steht, hin offene Antriebszylinder konzentrisch mit radialem 65 Der Schnellschluß wird immer über den Speicher be-Abstand von einem ebenfalls am Reaktorgefäß be- tätigt, wenn im Reaktor ein Druck herrscht, der kleifestigten Rohr umgeben ist und der Ringraum zwi- ner als der halbe maximale Betriebsdruck p_m ist. sehen dem Antriebszylinder und dem Rohr zum Wenn der Reaktordruck größer als p_m/² ist, kann der

3. ■ ' . ■ ·'■. 4

Schnellschluß durch Reaktordruck oder über Spei- kann ebenfalls eine Büchse 28 verschraubt sein, die

eher erfolgen. einen mit dem Sitz 8 des Zylinders 7 zusammenarbei-

Innerhalb des Außenzylinders 1 ist in dessen tenden Sitz 29 aufweist. Senkrecht zur Mittellängs-Mittellängsachse unter Bildung eines freien Ring- achse der Büchse 17 ist eine Bohrung 30 vorgesehen, raumes 5 ein abgesetzter Zylinder vorgesehen, dessen 5 die in einer breiten Eindrehung 31 des AuSenkörpers den kleineren Innendurchmesser aufweisender Zylin- 16 des Ventils 15 endet, wodurch für jede Stellung der 6 ebenfalls am Reaktor-Druckbehälter 1 befestigt des Sonderventils, d. h. des Außenkörpers 16, ein und nach dessen Innerem hin offen ist. Der andere, Abfluß des Druckmittels, beispielsweise über eine bei den größeren Durchmesser aufweisenden Zylinder ist 32 durch den Außenzylinder 2 hindurchführende Leimit 7 benannt, an seinem freien Ende ebenfalls offen io tung 33 erfolgen kann. Diese Leitung kann außerdem und mit einem Sitz 8 versehen. Der nur angedeutete mit einem Drossel- und Steuerventil versehen sein. Regelstab 9 wird mit dem dem Zylinder 6 zugeord- Das Ventil 15, das sowohl als Rückschlagventil als neten Kolben 10 gekuppelt, wobei dieser Kolben auch als Durchgangsventil dient, schließt bei der immer vom Reaktordruck beaufschlagt ist. Über eine Schaltung als Durchgangsventil (F i g. 2) den Zylin-Kolbenstange 11 ist dieser Kolben 10 mit dem KoI- 15 der 7 gegen den Hohlraum 5 ab. Bei einem beispiclsbenl2 verbunden, der in dem Zylinder 7 mit dem weisen Bruch der Leitung 4 arbeitet das Ventil 15 größeren Innendurchmesser gegenüber dem Zylin- als Rückschlagventil, denn die Feder 23 drückt das der 6 geführt ist. Der Regelstab 9 wird also durch die Sonderventil nach außen, und zwar in den Ventilsitz beiden mit einer Kolbenstange 11 verbundenen KoI- 13 des Abschlußdeckels 3 und schließt nach der Leiben 10 und 12 angetrieben. Die Durchmesser dieser 20 tung 4 hin ab. Im Inneren des Ventils 15 schließt der Kolben 10 und 12 werden so aufeinander abge- Ventilkegel 19 ebenfalls gegen die Leitung 4. stimmt, daß selbst bei einem Reaktordruck im Be- Vom reaktorseitigen Ende des Zylinders 7 gehen reich zwischen dem halben Betriebsdruck und dem sowohl eine dünne Leitung 34, die für den normalen . maximalen Betriebsdruck p_m Schnellschluß ohne Betrieb bestimmt ist, als auch eine Leitung 35 mit äußere Hilfsenergie gefahren werden kann. 25 größerem Durchmesser für den Schnellschlußvorgang

In dem nur angedeuteten Druckwasser-Hydraulik- ab, die beide durch den Außenzylinder 2 hindurch-

system, das durch Primärwasser beaufschlagt ist, sind geführt sind. In die Leitung 34 sind ein Drossel- und

also Druckspeicher vorgesehen für den Schnellschluß. ein Absperrventil, in die Leitung 35 ist ein Absperr-

Bei normalen Betriebsverhältnissen, d. h. in den Fäl- ventil eingebaut, wobei das Drosselventil das Ein-

len keiner Störung, wird über den Speicher Schnell- 30 stellen der Regelabtastgeschwindigkeit übernimmt.

Schluß ausgelöst. - Die an die Leitungen 34 und 35 angeschlossene Hy-

Der Hohlraums zwischen dem Außenzylinder2 draulik ist in den Fig.l und 2 nicht weiter dar-

und den Zylindern 6 und 7 steht somit mit dem gestellt.

Reaktor-Druckbehälter 1 in Verbindung, wodurch In die Leitung 35 ist zusätzlich vor das Absperrder Reaktordruck auch auf den Kolben 12 einwirkt. 35 ventil ein nicht gesteuertes Überdruckventil mit einer In dem Abschlußdeckel 3, in dem zylinderseitig ein Leitung zu einem Abwasserbehälter eingebaut, das Ventilsitz 13 eingearbeitet ist, endet zentrisch eine mit einem definierten Druck eingestellt ist. Das ÜberRohrleitung 4i In diese Rohrleitung 4, die für den druckventil und der Abwasserbehälter sind nicht ein-Schnellschluß bestimmt ist, mündet eine Leitung 14, . gezeichnet. Dieses Ventil bewirkt durch Abführen die das normale Einfahren des Regelstabes 9 bewirkt. 40 des Druckwassers zwischen den beiden Kolben 10,12 In die Rohrleitungen 4 und 14 sind je ein Drossel- in den Abwasserbehälter, daß der Regelstab nur und Absperrventil eingebaut, wobei die Drossel- durch Reaktordruck größer als p_m/² in das Core einventile das Einstellen der Regelstabgeschwindigkeiten gefahren werden kann. Somit kann immer noch mit übernehmen. dem Reaktordruck gefahren werden, selbst wenn die

Das Ventil 15, das im freien Ende des Rohres 2 45 gesamte Hydraulik gestört ist, z. B. durch Ausfall der

gleitend untergebracht ist, besteht aus einem zylin- Druckpumpe, der gesteuerten Absperrventile und der

drischen Außenkörper 16 und kann sich im Rohr 2 Elektrik. ■

hin und her bewegen. Im Inneren des Außenkörpers Die normale Regelstabbewegung in das Core erfolgt

16, und zwar zentrisch zu diesem, ist eine Zylinder- aus der Stellung des Ventils gemäß Fig; 2 heraus,

büchse 17 vorgesehen, die durch sternförmig ange- 50 wobei aber der Sitz 26 geschlossen ist. Das durch die

ordnete Stege 18 mit dem Außenkörper 16 verbunden Leitungen 4 und 14 einwirkende Druckwasser drückt

ist, oder mit diesem aus einem Stück gefertigt sein das Sonderventil zunächst auf den Sitz 8 des Zylin-

kann. In dieser Büchse 17 gleitet ein mit einem Ven- ders 7. Dann öffnet sich der Ventilkegel 19 und das

tilkegell9 versehener zylindrischer Hohlschaft 20. Druckwasser beaufschlagt den Kolben 12, wodurch

Eine starke Feder 21 befindet sich in diesem zylin- 55 sich der Regelstab 6 in den Reaktorkern hinein-

drischen Hohlschaft 20 und stützt sich auf eine außen bewegt. Gleichzeitig wird die Leitung 34 geöffnet, so

kegelig abgedrehte Mutter 22 ab, die mit der Zylin- daß das zwischen den Kolben 10 und 12 befindliche

derbüchse 17 verschraubt ist. Die Feder 21 ist stärker Druckwasser entweichen kann. Zum Beendigen der

ausgelegt, als die dem zylindrischen Außenkörper 16 Bewegung wird das Ventil in der Leitung 34 ge-

des Sonderventils zugeordnete Feder 23. Das reaktor- 60 schlossen.

gegenseitige Ende des Außenkörpers 16 kann mit Wenn ein SchneUschluß herbeigeführt werden soll,

einer kegeligen Büchse 24 verschraubt sein, die außen .erfolgt wieder eine Druckwasserbeaufschlagung des

einen Kegel 25 zum Abdichten gegen den Sitz 13 im Kolbens 12 durch die Leitung 4, gleichzeitig wird die

Abschlußdeckel 3 des Außenzylinders 2 aufweist und Leitung 35 geöffnet. Kurz vor dem Ende dieses innen mit einem Sitz 26 zum Abdichten gegenüber 65 Weges wird die Bewegung abgebremst. Anschließend

dem Ventilkegel 19 versehen ist. In der Mutter 22 ist erfolgt ein Schließen der Ventile in den Leitungen 4

mittig eine Bohrung 27 vorgesehen. Auf der dem und 35.

Reaktor zugewendeten Seite des Außenkörpers 16 Um eine Regelstabbewegung aus dem Reaktorkern

heraus herbeizuführen, wird wieder von der Stellung des Ventils nach Fig. 2 ausgegangen. Dann wird durch die Leitung 34 Druckwasser zugeführt, während ,gleichzeitig die Leitung 33 geöffnet wird. Zum Beendigen dieses Bewegungsvorganges sind die Ventile in den Leitungen 33 und 34 zu.schließen.
^: Wenn der Reaktor mit einem über dem halben maximalen Betriebsdruck Hegenden Druck arbeitet, kann das Einbringen der Regelstäbe in den Reaktorkern durch das hydraulische Steuersystem oder durch den Reaktordruck selbst bewirkt werden. Falls mit dem hydraulischen Steuersystem gearbeitet werden soll, so ist die vorerwähnte normale Regelung anzuwenden. Soll jedoch die Regelstabbewegung in den Reaktorkern hinein durch den Reaktordruck erfolgen, so steht das Ventil in Stellung gemäß Fig. 2, worauf nun die Leitung 34 geöffnet wird, das Sonderventil 15 den Druck 8 freigibt und der Regelstab nur durch die Drückbeaufschlagung des Kolbens 12 durch den Reaktordruck in den Reaktorkern hineinbewegt wird. Um diese Bewegung zu beenden, wird die Leitung 34 geschlossen.

Wenn ein Schnellschluß durch das hydraulische Steuersystem herbeigeführt werden soll, so ist genau so zu verfahren, wie bei dem vorerwähnten Schnellschlußfall. Soll jedoch der Schnellschluß durch den ■ Reaktordruck vor sich gehen, so ist die Leitung 35 zu öffnen und die Abbremsung, wie vorher angedeutet, durchzuführen. Anschließend wird dann die Leitung 35 wieder geschlossen. Um eine Regelstabbewegung aus dem Reaktorkern heraus herbeizuführen, ist die Leitung 33 zu öffnen und es sind ferner durch die Leitung 34 die Kolben 10 und 12 innen zu beaufschlagen. Zum Abschluß der Regelstabbewegung werden die Leitungen 33 und 34 geschlossen. Im Falle eines Bruches der Leitungen 34 und 35 bewegt sich der Regelstab in den Reaktorkern hinein. Wenn dagegen die Leitung 4 oder 14 bricht, dann sperrt das Ventil 15 sofort ab. Die Federn 23 und 21 sind so aufeinander abgestimmt, daß im ungünstigsten Fall nur eine winzige Bewegung des Regelstabes nach außen möglich ist. Die Leitung 33 ist im übrigen mit ihrem Absperr- und Drosselventil so in das Rohr 2 hineingebaut, daß deren Bruch nicht stattfinden kann.

Claims (6)

, Patentansprüche:

1. Hydraulischer Schnellabschalt- und Regelstabantrieb für Kernreaktorsteuerstäbe, bestehend ; . aus einem am Reaktorgefäß befestigten Antriebs- -i ·'.'■■ zylinder, in dem zwei starr miteinander verbundene Kolben gleiten, von denen.der eine, der näher zum Reaktörgefäß liegt, mit dem Regelstab verbunden ist und der andere vom Primärkühlmittcl des Kernreaktors zum Zweck der Schnellabschaltung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Inneren des Reaktorgefäßes (1) hin offene Antriebszylinder (6, 7) konzentrisch mit radialem Abstand von einem ebenfalls am Reaktorgefäß (1) befestigten Rohr (2) umgeben ist und der Ringraum (5) zwisehen dem Antriebszylinder und dem Rohr (2) zum Inneren des Reaktorgefäßes hin offen ist und am vom Reaktorgefäß entfernten Ende über ein Ventil (15) mit dem unterhalb des Schnellabschaltkolbens (12) befindlichen Innenraum des Antriebszylinders (6, 7) in Verbindung steht, und das Ventil (15) ferner in einer Stellung, in der es die Verbindung zwischen dem Ringraum (5) und dem Inneren des Antriebszylinders unterbricht, die Verbindung zwischen dem Innenraum des Antriebszylinders und einer Hydraulikmittel führenden Leitung (4) herstellt.

. . 2. Regelstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) als Rückschlag- und als Durchgangsventil ausgebildet ist, indem dessen zylindrischer Außenkörper (16) über Stege (18) eine zentrisch gelagerte, zylindrische Büchse (17) trägt, in der ein zylindrischer, in einem Ventilkegel (19) endender Hohlschaft (20) gleitet, und dessen dem Außenkörper (16) zugeordnete Feder (23) schwächer als eine zum Hohlschaft gehörige Feder (21) ausgelegt ist.

3. Regelstabantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reaktorgefäß (1) abgewendete Stirnseite (24) des Außenkörpers (16) des Ventils (15) als Dpppelventilsitz, derart gestaltet ist, daß dessen Innenseite als Ventilsitz (26) für den Ventilkegel (19) und dessen Außenseite als Ventilsitz (25) gegenüber der kegeligen Innenfläche (13) des Abschlußdeckels (3) des zylindrischen Rohres (2) ausgebildet ist.

4. Regelstabantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen das Rohr (2) nach außen abschließenden Deckel (3) die Leitung (4) hindurchgeführt ist, in die eine weitere Leitung (14) mündet, wobei in jede Leitung je ein Drossel- und Steuerventil eingebaut sind. ■

5. Regelstabantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine breite Eindrehung (31) an der Außenfläche des Außenkörpers (16) des Ventils (15) eine auf dessen Mittelachse gehende Bohrung (30) ein Abfluß durch eine durch das zylindrische Rohr (2) geführte Leitung (33) ermöglicht ist, die mit einem Drossel- und Steuerventil versehen ist.

6. Regelstabantrieb nach - einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vom reaktorseitigen Ende des einen größeren Innendurchmesser aufweisenden Zylinderteils (7) des aus zwei unterschiedliche Innendurchmesser aufweisenden Teilen bestehenden Antriebszylinders (6, 7) eine für den Normalbetrieb bestimmte schwächere Hydraulik-Leitung (34) sowie eine den Schnellschluß ausführende stärkere Leitung (35) ausgehen, die beide durch die Wand des zylindrischen Rohres (2) hindurchgeführt sind und je ein Absperrventil aufweisen, wobei in die schwächere Leitung (34) noch zusätzlich ein Drosselventil eingebaut ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen