DE1789017A1 - Schrittantrieb - Google Patents

Description

"Schrittantrieb"

Die Erfindung "betrifft einen Antrieb zur schrittweisen Längsbewegung einer Schubstange, insbesondere eines Regel- oder Abschaltstabes für Atomreaktoren.

Durch die Schweizer Paten^chrif t 371 528 und die. deutsche Auslegeschrift 1 225 316 sind Abschalt- und Regelstäbe bekanntgeworden, die mit Hilfe von-endlosen Seil- und Kettenantrieben oder auch Spindelantrieben in das Reaktor- ' core ein- und ausgefahren werden. Je nach Anordnung des Antriebsmechanismusses werden die Stäbe von oben, von unten oder von oben und unten in das Core eingeführt. Die Stabe, die von oben eingefahren werden, können im Schnellabschaltfall durch Ausrücken einer Kupplung frei in das Core hineinfallen. . .

Bei dem von der Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor (AVR) erstellten Hochtemperaturreaktor wird ebenfalls ein mechanischer Antrieb verwandt, bei dem eine Stabeinheit aus einem Absorberstab und einem Gegengewichtsstab besteht. An diesen beiden Stäben ist jeweils eine Zahnstange befestigt, zwischen denen sich ein Ritzel mit den beiden Zahnstangen im Eingriff befindet. Im Schnellabschaltfall wird die Kupplung zum Antriebsaggregat gelöst und der. herabfallende Gewichtsstab treibt über das Ritzel den Absorberstab von unten in das Reaktorcore.

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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 135 583 ist eine Vorrichtung zum Einführen von Regelelementen in den Kern eines Kernreaktors bekannt, bei dem die Regelelemente nach Art einer Perlenkette auf einem Seil angeordnet sind. AIa Führung dient ein gegen das Core abgeschlossenes Rohr, in das die "Perlenkette" von oben herabgefahren wird.

Schließlich ist aus der deutschen Auslegesphrift 1 257 ein elektromagnetischer Schrittantrieb bekanntgeworden, der zur Längsbewegung eines stabförmige!! Bauteiles in einem rohrförmigen Gehäuse, insbesondere:-.eineg Regeloder Abschaltstabes für Atomkernreaktoren dient und mit

im Inneren des Gehäuses axial b sehen ist.

egbaren Magnetankern ver-

Der hauptsächliche Nachteil der oben beschriebenen bekannten Antriebe für Stäbe oder dergleichen liegt in der Vielzahl der Verschleißteile, wie Seile, Ketten, Rollen, Zahnstangen, Ritzel, Kupplungen, lager oder dergleichen, die einen störungsfreien Betrieb erschweren. Da sich zudem eine gewisse Radioaktivität im Laufe der Zeit einstellt, gestalten sich Reparaturen schwieirig'.* iüfe Anordnung. eines endlosen Seil- oder Kettenantriebes erforderü 'zudem einen größeren Raumbedarf. Beim AVR-Hochtemperaturreaktor bedeutet die Notwendigkeit eines Gegenge.vri-clitsstabes einen beträchtlichen Aufwand. Die Regelelemente am Seil schließlich erfordern eine Führung im Core.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb zur schrittweisen Längsbewegung eines zylindrischen Bauteiles zu schaffen, der die Nachteile bekannter Antriebe vermeidet, insbesondere eine sehr viel größere allgemeine Betriebszuverlässigkeit besitzt und hohen Wirtschaftlichkeitsanforderungen genügt.

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INSPECTED

Erfindungsgemäß, wird die Aufgabe gelöst durch eine Schubvorrichtung mit einem doppeltwirkenden druckmittelbetätigten Schrittkolben zum schrittweisen Hin- und Herbewegen der Schubvorrichtung und einer ersten lösbaren Kupplung sum Verbinden der Schubvorrichtung mit der Schubstange und durch eine zweite lösbare Kupplung zur ortsfesten Halterung der Schubstange, wobei während der Hinbewegung der Schubvorrichtung die erste Kupplung geschlossen und die zweite Kupplung geöffnet und während der Herbewegung der Schubvorrichtung die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen ist« Da die Längsbewegung der Schubstange durch einen druckmittelbetätigten Schrittkolben erfolgt, wird hierdurch eine sehr viel höhere Betriebssicherheit als bei den bisherigen Konstruktionen erreicht. Insbesondere besteht bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Antriebes zur längsbewegung eines Regeloder Abschaltstabes die Möglichkeit, einen derartigen Stab gegen einen Widerstand, beispielsweise eines Kugelhaufencores einzuschieben. In diesem Fall kann ein Widerstand bis zu 10 Megapont überwunden werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Schubvorrichtung als ein die Schubstange umfassendes Schubrohr ausgebildet, an dessen einem Ende der Schrittkolben und an dessen anderem Ende die erste Kupplung angeordnet ist.

Vorzugsweise sind auch die Kupplungen druckmittelbetätigt, wodurch eine weitere Vereinfachung erreicht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur kontinuierlichen Bewegung der Schubstange an ihrem rückwärtigen Ende ein in dem Schubrohr gleitender druckmittelbetätigter Kolben angeordnet. Hierdurch 13t die Möglichkeit gegeben, das Bauteil schnell und kontinuierlich in einer Richtung zu bewegen.

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In den Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel äar Erfindung wiedergegeben. Es zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch, den Schritten trieb, Pig. 2 einen Querschnitt durch einen Ventilsitz.

In der Figur 1 wird ein doppelt wirkender und nachfolgend als Schrittkolben bezeichneter Kolben 1 wiedergegeben. Der Schrittkolben 1 ist über ein Schubrohr 2 fest mit der Transportvorrichtung 3 verbunden. Der Schrittkolben 1 kann beispielsweise einen Hub von 20 mm haben. Die Transportvorrichtung 3 ist am unteren Ende des Schubrohres 2 befestigt. Das Schubrohr 2 kann beispielsweise eine Länge von 5 m besitzen. Die Transportvorrichtung 3 besteht aus einem rohrförmigen Bremsgehäuse, in dem ein schraubenfederartig gebogenes, gasdichtes Druckrohr mit ovalem Querschnitt eingelagert ist. Bei Druckbeaufschlagung drückt die bauelementseitig sich ausweitende Rohrwand Bremssegmente gegen das Bauteil und wirkt somit als kraftschlüssige Transportkupplung zwischen Schrittkolben 1, Schubrohr 2 und Schubstange 4. Das Gaszuführungsrohr !? zur Transportvorrichtung besitzt zur Kompensation der axialen Hubbewegung einige Windungen um das Schubrohr 2. Die Be- und Entlüftung des Gaszuführungsrohres 5 erfolgt über ein magnetisch vorgesteuertes Pneumatik-Dreiwegventil 6. Die Entlüftungsleitung führt in die Atmosphäre. Eine Haltevorrichtung 7 arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Sie ist an einem Antriebshalterohr 8 unterhalb der Transportvorrichtung 3 befestigt und fixiert die Schubstange 4, solange die Transportvorrichtung 3 druckentlastet ist. Die Be- und Entlüftung erfolgt über die Leitung9und ein weiteres vorgesteuertes Dreiwegventil 6.

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In ihrem oberen Ende trägt die Schubstange 4 einen Langhubkolben 10, der im Inneren des als Zylinder dienenden Schubrohres 2 gleiten kann.

Die Druckmittelleitungen zu den Zylinderkammern des Schrittkolbens 1, des Langhubkolbens 10 zur Transportvorrichtung und zur Haltevorrichtung 7 führen alle durch die obere Abschlußplatte 11.

Die in den Druckinittelleitungen liegenden Ventile sind durch eine besondere konstruktive Maßnahme so eingebaut, daß sie bei einer fällig v/erdenden Reparatur ohne wesentlichen Abbau des in der Leitung zur jeweiligen Vorrichtung anstehenden Druckes ausgebaut werden können. Abbildung 2 zeigt schematisch den Stutzen 18 eines Ventils, der über einen Dichtungsträger 19 und einen Teller 20 die Druckfeder 21 vorspannt. Beim Entfernen des Ventils dehnt sich die Peder 21 aus und drückt dadurch eine Dichtung 23 des Trägers 19 fest gegen die Ringfläche 22. Zwischen dem Dichtungsträger 19 und dem Teller 20 befindet sich ein halbkugelförmiges Gelenk, welches einen gleichmäßigen Andruck der Dichtung 23 an die Ringfläche 22 sicherstellt. Bei dem in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel wurde jeder Leitung ein eigenes Ventil zugeordnet. Zur Erleichterung des Ein- und Ausbaus können die Ventile auch zu einem auf der oberen Abschlußplatte 11 angeordneten Block zusammengefaßt werden.

Der Zylinderabschlußdeckel 12 trägt im Zentrum das Stellungsgeberrohr 13, das in Form eines druckfesten Tauchrohres durch Schrittkolben 1 und Schubrohr 2 in die Schubstange 4 hineinragt. Der Stellungsgeber hat die Aufgabe, in jedem Moment die Stellung des Schritt- bzw. des Langhubkolbens anzuzeigen. Dazu sind in die Kolben Permanentmagnete 14 eingebaut, während im Rohr 2 in kurzen Abständen

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Kontakte angebracht sind, die beim Vorbeifahren des Kolbens geschlossen werden. Das Schließen des Kontaktes liefert ein zu registrierendes Signal. Unterhalb der Haltevorrichtung 3 kann beispielsweise mittels zweier Spannhülsen 16 der eigentliche Absorberstab 15 an der Schubstange befestigt sein.

Punktionsweise des Schrittantriebes:

Wenn die Schubstange 4 schrittweise gefahren werden soll, wird zuerst durch eine entsprechende Ventilschaltung die Transportvorrichtung 3 über die Versorgungsleitung 5 mit. Druckmittel beaufschlagt und somit die kraftSchlussige Verbindung mit der Schubstange 4 hergestellt. Danach wird die Haltevorrichtung 7, welche die Schubstange 4 in jeder Ruhelage festhält, über die Leitungen 9 und das Dreiwegventil 6 druckentlastet. Gleichzeitig wird je nach Schrittrichtung, d.h. je nachdem, ob die Schubstange 4 ein- oder ausgefahren werden soll, die obere oder untere Zylinderkammer des Schrittkolbenzylinders mit einem Druckmittel hohen Drucks, beispielsweise Helium, beaufschlagt und somit der Schrittkolben 1, das Schubrohr 2, die Transportvorrichtung 3 und die Schubstange 4, an welche das Bauteil 15, beispielsweise der Absorberstab, befestigt ist, um einen Schritt in die entsprechende Richtung bewegt. Die Schritte können je nach Stellbefehl in einer bestimmten Richtung über den gesamten Stellweg aneinandergereiht oder zu Regelzwecken in bestimmten Stabpositionen wechselnd ausgeführt werden.

Wenn die Schubstange 4 kontinuierlich in kurzer Zeit in eine Richtung gefahren werden soll, wie dies z.B. beim Einfahren eines Absorberstabes in das Reaktorcore ("scramfall") der Pail ist, wird hierfür der Langhubkolben 10 mit einem Druckmittel hohen Drucks, beispielsweise Helium aus

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einem getrennten System "beaufschlagt und durch diesen Druck begrenzt verstellt. Die Hubbegrenzung erfolgt über Druckentlastungsschlitze 17. Mit dem langhubkolben 10 ist wieder die Schubstange 4 und mit dieser das eigentliche Bauteil 15, beispielsweise der Absorberstab, verbunden. Beim Stellvorgang sind selbstverständlich die Transportvorrichtung 3 und die Haltevorrichtung 7 drucklos und geöffnet. Nachdem die Schubstange 4 kontinuierlich in eine Richtung gefahren ist, wird sie in Schritten, wie oben beschrieben, in die Ausgangsstellung zurückgefahren.

Als Druckmittel kann dasselbe Gas, jedoch höheren Druckes, benutzt werden, &_&3 als Reaktorkühlmittel verwandt wird. Selbstverständlich kann jedoch auch ein anderes Gas oder auch eine Flüssigkeit als Druckmittel benutzt werden.

Der Rahmen der Erfindung wird nicht überschritten, wenn anstelle der druckmittelbetätigbaren Halte- und Transportvorrichtung mechanische oder elektromagnetische Vorrichtungen verwandt werden.

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Claims (11)

- 8 Patentansprüche

1. Antrieb zur schrittweisen Längsbewegung einer Schubstange, insbesondere eines Regel- oder Abschaltstabes für Atomreaktoren, gekennzeichnet durch eine Schubvorrichtung mit einem doppelt wirkenden druckmittelbetätigten Schrittkolben (1) zum schrittweisen Hin- und Herbewegen der Schubvorrichtung und einer ersten lösbaren Kupplung (3) zum Verbinden der Schubvorrichtung mit der Schubstange (4) und durch eine zweite lösbare Kupplung (7) zur ortsfesten Halterung der Schubstange (4), wobei während der Hinbewegung der Schubvorrichtung die erste Kupplung (3) geschlossen und die zweite Kupplung (7) geöffnet und während der Herbewegung der Schubvorrichtung die erste Kupplung (3) geöffnet und die zweite Kupplung (7) geschlossen ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubvorrichtung als ein die Schubstange (4) umfassendes Schubrohr (2) ausgebildet ist, an dessen einem Ende der Schrittkolben (1) und an dessen anderen Ende die erste Kupplung (3) angeordnet ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch druckmittelbetätigte Kupplungen (3, 7).

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4. Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Bewegung der Schubstange (4) bei geöffneten Kupplungen (3, 7) an ihrem rückwärtigen Ende ein in dem Schubrohr (2) gleitender druckmittelbetätigter Kolben (10) angeordnet ist.

5. Antrieb nach Anspruch 3 oder 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzufuhr zu der ersten Kupplung (3) durch eine spiralförmig um das Schubrohr (2) gelegte Leitung (5) erfolgt.

6. Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die rohrförmig ausgebildete zylindrische Schubstange (4) ein Stellungsgeberrohr (13) hineinragt und daß zur Peststellung der Position der Schubstange (4) an dieser Magnete (14) und in dem Stellungsgeberrohr (13) magnetisch betätigbare Schaltkontakte angeordnet sind.

7. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein jeweils in einer Druckmittelleitung (5, 9) liegendes Dreiweg-Steuerventil (6) mit einem selbständigen Verschluß (19, 20) der Druckleitung bei Ausbau des Ventiles (6) (Abb. 2).

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8. Antrieb nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (19, 20) aus einer unter dem Andruck einer Jeder (21) die Öffnung verschließende und zusätzlich unter dem Innendruck der leitung stehende Platte (19) besteht.

9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (21) auf einen !Teiler (20) drückt, von dem der Druck über ein halbkugelförmiges Gelenk auf den Dichtungsträger (19) übertragen wird.

10. Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Gas, insbesondere ein durch Neutronen nicht aktivierbares Gas als Druckmittel.

11. Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeit, insbesondere eine durch Neutronen nicht aktivierbare Flüssigkeit als Druckmittel.

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