DE1489660A1 - Vorrichtung zur Betaetigung Neutronen absorbierender Stangen in Kernreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung aur Betätigung von
Neutronen absorbierenden Stangen in Kernreaktoren. j

Bs ist die Aufgabe solcher Neutronen absorbierender Stangen, ,·< ein schnelles Abschalten des Reaktors zu bewirken,' wenn bei- . spieleweise ein Fehler auftritt, der den sicheren Betrieb ' \ des Reaktors in Frage stellen könnte. Dementsprechend mass _t

die Vorrichtung sur Betätigung dieser Neutronen absorbiaren» '! den Stangen mit «öhr hoher Verlässlichkeit arbeiten. Es ist ' daher wUnaohenavert,/das» diese Sicherheltseinriohtung,

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da· heisst also die Neutronen absorbierenden Stangen und 41· Vorrichtung au ihrer Betätigung, so wenig wie mtJglioh beweg-

liehe Teile aufweisen soll·

Bs ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache und verlässliche Vorrichtung zur Betätigung der Neutronen absorbierenden Stan-* gen in Kernreaktoren au schaffen« Diese Vorrichtung soll nur

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ein bewegliches Teil aufweisen, das auf ein Signal hin, dass W der Reaktor abgeschaltet werden soll, daxu veranlasst wird, infolge seines eigenen Oewichts in den Reaktorkern hineinsnfallen. , .

Diese Aufgabe wird gemäaa der Erfindung gelttst duroh eine Vor» richtung, die oberhalb des Reaktorkorns einen genau vertikalen Zylinder aufweist, in wolohem ein Schlitten axial verschiebbar ist* der eine genau vertikale Absorptionsatango trägt und an seinem oboren Ende e:Uien Plunger aufweist, wobei Einrichtungen vorgesehen sind zur Zuführung eine» Druckiiittole am dem " von dem Zylinder, dem Schlitten und den Plungor umschlossenen Raum, woduroh der Schlitten in seiner oberen Stellung gehalten wird, in welcher die Absorptionsstange oberhalb dae Reaktorkerne liegt. Die orfindusigsgomässe Vorrichtung 1st dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder und/oder der Schlitten entlang ihrer gesamten Arbeitslänge ausgesparte Abschnitte aufweisen, die Kanäle bilden, durch welche hindurch das Druckmittel aus diesem Raum herausfliesoen kann» wenn der Schlitten sich aus

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seiner oberen Stellung herauebewegt, nachdem die Zuleitung;; , ^r von Druckmittel unterbrochen worden let, um zu bewirken, . i{:[

das· die Absorptionestange infolge ihroa eigenen Gewichtβ .
und verhältnismässig froi nach unten in den Roaktox*kern fellen kann. Die Absorptionsstango und der Schlitten kUnnen ge- I

tronnte Teile sein, voboi die Abaorptionsetanße mit dem :

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Schlitten vex»bunden ist und von dieeaiä getragen wird. Bei ': I einem bevorzugten AusfUhrungsboispiol 1st der Schlitten die
Absorptionsstange selbst, d.h. der Schlitten besteht au β ■■* .· einem Neutronon abeorbiurendon Material, wie s.u. aus einem ■ \ ■ Bor enthaltenden Stahl. Die ausgesparten Absolinitto können '' _: | kreisförmig sein oder die Form von Längenuten aufweisen· ' ]

Nachstohond wird die Erfindung unter Baspgnahme auf die In > der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiele nliher er- , .

läutert und besohrioben. * ■'

Fig. 1 seigt olnen Kernreaktor mit einer Sicherheitsein- ,
'richtung gemäss dor Erfindung. " '

Fig. 2 bis 4 ceigon in gröeserer Darstellung drei AuslHh-

.. *" rungeboispiele der Sicherheitseinrichtung Xn dem · ' " Reaktor gemttee Pig. I. '■

Fig. 5 let ein Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig. k.

In allen Figuren sind für ähnliche Teile dieselben Be&ug·.- ; vif fern verwendet worden« ' ' ; ..

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Fig· 1 zeigt einen wassergekühlten Kernreaktor mit einer Sicherheitseinrichtung geuiäss der Erfindung. Der Reaktor be-

sitzt einen Reaktortank 351 der den Kernbrennetoff in Form eines Kerns 37 enthält, ferner einen Bedienungsmachanisiaue, der dazu benutzt wird, vorbrauchten Brennstoff aus dem Reaktor herauszunehmen und neuen Brennstoff in denselben einzubringen, und zwischen dom Kern 37 und dom Bedienungsmeohanisnus 39 eine Sicherheitseinrichtung gomäss der Erfindung. Zum Zwecke einer klareren Darstellung ist nur eine einzige Sicherheitseinrichtung da^geetollt. Die Sicherheitseinrichtung umfasst einen an boidon Enden offenen Zylinder 1, dessen oberes Ende an einer Trennwand **3 befestigt ist, während sein untere* Ende mit der Oberseite dos Reaktorkern* 37 verbunden ist. Der untere Teil der Sicherheitoeinriohtung liogt unterhalb dos Wasserspiegels 51 in deci Reaktortank.

Der Zylinder 1 enthfilt eine Neutronen absorbierende Stange 3 mit einem plungerförmigon oboren Teil 5. Die Stange 3 kann in der in Fig. 1 dargestellten Lage gehalten werden durch einen hydraulischen Druck, der im Raum 23 zwischen dem Zylinder 1 und der Stange 3 aufrechterhalten wird. Dieser hydraulische Druok wird von einer Pumpe 4 7 erzeugt, die in eine Leitung 25, 29 eingeschaltet ist, deren unteres Ende an den Boden des Reaktortanke angeschlossen ist. In dio Leitung 25, 29 1st ein Dreiwege-Magnetventil 27 eingeschaltet. Dw Raum 23 kamt alt '.em Bod·» des Reaktortanke Über «la· Bypassleitung 33

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verbunden verden, deren oberes Ende an dae Ventil 27 ange~ βohloesen ist. Dieses Ventil 27 wird magnetisch mit Fernsteuerung betätigt* GewUnschtenfalls kann dieeea Ventil auch auto* natisoh arbeiten, beispielsweise derart, dass es umgeschaltet wird, wenn der Neutronenfluss von dem Reaktor einen vorbestimmten Vert überschreitet·

Der Bedienungsapparat weist einen zentralen Schaft 39 auf, der in jede beliebige Richtung gedreht werden kann. Arme 55 tragen ein vertikales Bauteil 53» das ein teleskopartig arbeitendes Hubelement 57 trägt, welches mittels eines Drahtes 59 angehoben und abgesenkt werden kann. Die Bewegung des Draht·· 59 erfolgt mittels einer Trommel 61. Das Hubeloment 57 trägt einen Greifer öl', der durch die volle Länge des Zylinders 1 abgesenkt werden kann, um eine Stange 3 anzuheben, wie dies nachfolgend noch mohr im einseinen beschrieben werden soll· Gemäss Fig. 2 ist dor Kopfteil des Schlittens 3 vorgrössert, so dass er einen Plunger 5 bildet, in dem eine einen Dichtring 7 enthaltende Ringnut vorgesehen ist. Am oberen End© des rohrförmigen Schlittens ist ein Innenflansch 10 vorgesehen, mittels dessen der Sohl!tten durch das Greifelement 61' erfasst werden kann, um mittels des Hubelemente 57 angehoben am werden. Venn der Schlitten 3 sich in der dargestellten Lage befindet, so liegt der Dichtring 7 an einer Dichtfläche 11 an, ; die durch eine ringförmige Verdickung 63 der Innenwand de· Zylinder· 1 gebildet wird.

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, Di« Innenvandfläohe dos Zylinders 1 weist auf ihrer gesamten Arbeitelange einen ringförmigen Teil 21 auf, dor gegenüber der oberen Dichtfläche 11 ausgespart, d.h. also abgesetzt, ist. Infolgedessen entsteht zwischen dem Zylinder 1 und dea Plunger 5 «in freier Ringraum 6.

Am unteren Ende dee Zylinders 1 ist ein innerer Riiifjflansch oder eine Schulter 13 vorgesehen, dor brsw. die den Schlitten dicht umgibt. Der Flansch 13 enthält droi axial verlaufende

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Nuten 151 die an der Innonflache des Flansches, Jowoils 120 zueinander versetzt, angebracht sind. Die Kuton 15 verlaufen nicht bis zur Unterseite des Flansches, und zwar aus einem weiter unten noch au schildornden Grundο. Der untere Teil des Schlittens trägt einen Dichtring 17« Weun der Schlitten 5 in seiner dargestellten, oboren Lage in Zylinder 1 1st, so liegt der Dichtring 17 ira Boreich des Flansches 13.

Die Vorrichtung geraäso Fig. 2 arbeitet folgendsrmaseen: Das durch die Leitung 2p ssugofUhrte, unter Druck stehende Wasser erzeugt in dem Raum 23 einen Druck, der höher ist als der Reaktordruck und der bestimmt wird durch die in der Zeiteinheit zugeleitete Wassernsenge und durch den Strömungswiderstand in den Kanälen-zx/ischcn dem Dichtring 17 und den Nuten 15 im unto«* ren Teil der Vorrichtung. Das Wasser flieset stetig aus dom Raum 23 durch die Kanäle 15. Bins Herab30tsung dor Menge des den Raum 23 zugeleiteten Druckwassor.3 bewirkt ο in ο kleine Abwärtsbewegung der Stange 3, infolge derer dor Ströamngsquor-•ohnitt der Str&mmgskanäle verkleinert wird· Bei vergrOseerter

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Meng· dee sugefUhrten Druokwaseere eon Raum 23 «rgibt eich eine kleine Aufwftrtebewegung der Stange 3 in dem Zylinder· Infolee·· dessen vergrtteaert eich der Strttmungequeraohnitt der Kanüle 19 entsprechend der Vorgröeeerung der sugelelteten Vaeeermenge. Dementsprechend wird aleo die Stange 3 dynamisch ausbalanciert, so daee sie eelbst dann in ihrer oberen Stellung bleiben kann« venn die Speieemenge dee Druekwaaeers innerhalb weiter Orenaen TerHndert wird.

Venn die Reaktivität dee Koaktore herabgeeetst werden soll, ■ beieplelawelee um ihn schnell abzuschalten, eo wird die Zufuhr von Brackwasser »um Raum 23 unterbrochen, indem dae Magnet·» ventil 27 umgeschaltet wird, so dass ee die Leitung 29 Mit der Leitung 33 verbindet, eo daee nun der Raum 23 mit dem Boden dee Reaktortanke verbunden ist. Der Druok im Raum 23 sinkt in· folgedeeeen auf den Reaktordruok ab. Die Stange 3 beginnt sieh im«·

folgo ihres Bigengewichte nach unten su bewegen« Sobald der '

Diohtring 7 ausser Anlage an der Dichtfläche 11 gelangt ist» · kann eich die Stange 3 viol schneller bewegen infolge der Tat» ; eaohe, daee daa Wasser im Raum 23 nun nach oben durch den Ring· raum 6 «wischen dem Plunger 5 und der Wandfläohe de· Zylinder· 1 flleeet. Die Abwärtsbewegung der Stange wird begrenmt dnroh die Unterseite des Plungers 5, der an Flansch 13 am untere« ί Teil 4·· Zylinder· 1 In Anlage kommt. Die Bewegung der Stang· ' kann im ihrer unteren Stellung veratfgert werden doroh «im· j

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(nicht dargestellte) Feder, die die Stange umgebend angeordnet ist, so das« sie zwischen den Plunger 5 tmd de« Flanson '

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13 susammongedrUckt wird.

Venn der Reaktor orneut in Betrieb gesetet werden »oll« ·ο wird das Greifelement 61' dee Bedienangeapparate 39 in den Zy« linder 1 hinein abgesenkt derart, dass es den Flansch 10 asi oberen Ende der Stange erfasst, und die Stange 3 wird nunmehr wirder in ihre obere Lage bewegt. Sodann wird das Magnetron« w til 27 umgeschaltot, so dass dem Raum 23 erneut D_ruokwa»ser Be* geleitet wird, und sohliesslioh wird dae Oreifelement 61* ve» 4er Stange 3 gelöst.

Pig. 3 seeigt eino andoro Ausführungsform der !Erfindung« Der Zylinder 1 hat keinen ausgesparten Teil, ,jedoch weist die Stan* ge 3 an ihrer Aussanseite eine ringförmige Aussparung h9 auf« Diese Aussparung k$ endet unter einem gewissen Abstand Ton dem unteren Ende der Stange 3 entfernt, so dass ein rsrdlokter Vandabechnitt 65 am untoron Ende der Stange 3 entsteht, welch·!* ' den Diohtring 17 enthält. Die Innenwandfläche des Zylinder« t«. hat einen gleichbleibenden Durchmesser, abgesehen Iren dem Flansch 13 an unteren Ende.

Die Vorrichtung arbeitst in der gleichen Weise wie die Vorrieh** tung nach Figur 2, lediglich mit dem Unterschied, dass danttf wenn die Stange 3 so weit nach unten gefallen 1st, dass der Diohtring 17 ausser Anlage mit dem Plans oh 13 gelangt let,

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das Druckmittel au» den Raum 23 durch den avieohen den Plansoll 13 und den dUnneten Teil der Stange 3 gebildeten Ringraum 14 herausfliesst· Der obere Dichtring 7 liegt dagegen dauernd an der Innenwandfläche dea Zylinders 1 an·

Die Fig. k und 5 «eigen ein anderes Ausführungabeispiel, das

van als eine Kombination der Ausfiihrungsbeispiele nach den

Pig· 2 und 3 beseiebnen kann insofern, als hier sowohl in der Xnnenwandfläohe dos Zylinders 1 als auch an der Aussenseite λ

der Stange 3 ausgesparte Abschnitte vorgesehen sind. Jedoch sind diese Aussparungen nicht ringförmig» wie bei den weiter oben beschriebenen AusfUhrungsfornen, sondern haben vielmohr die Form von Längenuten, und zwar sechs Längenuten 21a in der

Vandflache dos Zylinders 1 und sechs Nuten &9a JLn der Auesen-

wandfläche der Stange 3« Venn die Stange 3 nach unten fällt, bo flieset das Wasser aus den Raum 23 durch die sechs Kanäle 21a «wischen den Plunger 5 und der Zylinderwand und duroh die seohs Kanäle 49a zwischen der Stange 3 und dem Plansch 13·

Bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen kann die Absorp« tionsstange verhältnisuässig frei fallen, wenn die Zufuhr von Druekwasser unterbrochen worden 1st und wenn sich die Stange um einen ausreichenden Abstand nach unten bewegt hat» dass die

Diehtringe sich von den Dichtflächen trennen, und zwar infolge der Tatsaohe, dass das Wasser im Raun 23 duroh die Kanäle flieset* die duroh die ausgesparten Abschnitte Iu dem Zylinder und/oder im ι der Stange gebildet werden· Die Sicherheitseinrichtung weist nur ein einziges bewegliches Teil auf, nämlich die Stange» und lat deshalb bezüglich seines Betriebs sehr verlass«lieh.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ·) Vorrichtung zur Betätigung von Neutronen absorbierenden Stangen in Kernreaktoren» mit einem genau vertikalen Zylinder (V) oberhalb des Reaktorkerne und einen in den Zylinder axial verschiebbaren Schiitton, der eine genau vertikale Abeorptioneetange trägt und an seinem oberen Ende einen Plunger aufweist, und mit Einrichtungen zur Zuführung eines Druckmittels in don von dom

   ^ Zylinder, dem Schlitten und dem Plunger umschlossenen Raum strecke Festhaltene dee Schlittens in seiner oboren Stollung, in der die Absorptionsstango oberhalb des Reaktorkerne liegt, da·· durch gekennzeichnet, dass der Zylinder (i) und/oder der Schiit* ten (3) ausgesparte Abschnitte (21, 4?) entlang ihrer gesamten Arbeitslänge aufweist bzw. aufweisen, wobei dioee ausgesparten Abschnitt· Kanäle (6, 14) bilden, durch die das Druckmittel den Raum (23) verlässt, wenn der Schlitten (3) nach Unterbrechung der Druckmittelzufuhr seine obere Stellung verlässt, so daoo

   ^ die Absorptionsstange verhältnismässig frei und Infolge ihrοβ eigenen Gewichts in den Reaktorkern herabfällt.

   2·) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dio Absorptionsstange selbst der Schlitten ist.

   3·) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesparten Abschnitte (21a, 49a) die Form von Längenuten aufweisen·

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   Kernreaktor ait einen Reaktortank, in dessen unterem Toll eich Kernbrennstoff befindet, und alt Mindestens einer in mittleren Teil de« Reaktortanke, oberhalb dee Kerns, vorgesehenen Sicher· hebeeinrichtung, dadurch yglfcn^«**«!»»»^ dass die Sicherheits* einrichtung: einen vertikalen Zylinder unfaset, in don ein eine Neutronen absorbierende Stange tragender Schlitten vorgesehen ist, wobei die sueaouaenwirkenden Flächen des Zylinders und öee Schlittens einen ersten Absohnltt aufweisen, dor eine vBllig geschlossene Xaaner «wischen des Zylinder und dem Schlitten bil-

   det, wann der Schlitten oioh in seiner oberen, unwirksamen Stellung befindet, und ferner einen weiten Abschnitt, durch den eine völlig offene Kanus»r «wischen dem Zylinder und dom Schilt·· ten gebildet wird, wenn sich der Schlitten in einer tieferen als der geschilderten obersten Stellung befindet, wobei Einrichtungen vorgesehen sind aur Zuleitung von DruokflUeaigUolt in die vttlllg geschlossene Kairoer zwecks Haltens des Schiittone in ■einer oberen, unwirksamen Stellung, mit Mitteln aur Abschaltung der Zuführung von Druckflüssigkeit asu der goechlo uumen Kananor ■wecke Bewirkung einer Abwärtsbewegung des Schiittone aus dor f oberen, unwirksamen Stellung und Herabfaliens durch die vollst&ndlg offene Kasaaer infolge seines eigenen Gowlohts bis »tun Brrelohen einer unteren, wirksamen Stellung, in dor die Neutronen absorbierende Stange sich la Reaktorkern bofiuöet, und ferner durch eine Bedienungsmaschlne im oberen Teil der- Reaktortanke oberhalb der Sicherheitseinrichtung, mit einom Hubeletnont und Xlnrlohtungen sum Absenken des Kubelesients In den Zylinder

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   der Sicherheitseinrichtung hinein aweoks Krgrei fette de« ScIiI it» tens und Anhebens desselben und der Neutronen absorbierenden Stange au« der unteren, wirksamen Stellung in die obere, unwirksame Stellung.

   5«) Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 4, daduroh gekennzeichnet, dass als Druckflüssigkeit das Kühlwasser, des Reaktors dient und eine Leitung vorgesehen ist zur Zuführung Von Vaaoor aus den unteren Toil des Reaktortanka in den Zylinder der Sicherheitseinrichtung, wob si in diesox* Leitung eine Pumpe vor* gesehen ist nur Erzeugung eines Drucke, der ausreichend int, un den Schlitten in seiner oberen, unwirksaiasn Stellung au *
   halten, und mit einer Beipassloitung sur Verbindung dos unteren Teils des Reaktortanke mit dom Zylinder der Sicherhoitseinrichtung, vorbei an dieser Purape«

   6t) Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 5» daduroh gajceun» κeiohnet, dass die Beipassleitung nit dor erstgenannten Leit über ein ioagnetbetätlgtes Dreiwegeventil verbunden 1st«

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