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Kupplungsvorrichtung für Regelstäbe von Kernreaktoren Während des
Betriebs von Kernreaktoren ist es notwendig, ton Zeit zu Zeit Brennelemente auszuwechseln
und den Brennstoff zu erneuern0 Dazu muss der Deckel des Reaktordruckkessels zusammen
mit den darauf angebrachten Antriebsvorrichtungen für die Regel stäbe entfernt werden.
Anschliessend werden die Abschirmungen für die Regel stäbe und die Vorrichtungen
zum Niederhalten des Reaktorskerns entfernt0 Bei der Brennstofferneuerung müssen
die Reaktoren abgeschaltet werden und die Regelstäbe bleiben voll in den Reaktorkern
eingefahren, während ihre Antriebsvomktchtungen 4;usammen mit dem Deckel des Druckkessels
entfernt werden. Deshalb müssen die Regelstäbe von ihren Antriebsvorrichtungen abgekuppelt
werden können.
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Da in den Reaktordruckkesseln während des Betriebs hohe Drücke herrschen
und wenigstens Teile der Äntriebavorrichtungen diesen Drücken ausgesetzt sind, wird
die Konstruktion solcher Kupplungen, die ausserdem leicht zugänglich aein sollen,
erschwert
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Kupplungsvorrichtung
für die Regelstäbe eines Kernreaktors anzugeben, die leicht und sicher zu betätigen
ist.
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Erfindungsgemäss geschieht dies durch einen Zahnstangenantrieb mit
einer Längsbohrung in der tahnstange, durch einen Greifer mit mehreren, um seine
Längsachse angeordneten Fingern, die mit einem in Achsrichtung gegen sie beweglichen
Betätlgungs glied radial nach innen beweglich geschlossen und nach aussen geöffnet
werden, durch ein von den Fingern nach oben führendes Rohr, das eine an dem Betätigungsglied
befestigte und mittels Vorrichtungen in Längsrichtung im Rohr feststellbar bewegliche
Stange aufnimmt und durch Vorrichtungen am oberen Ende des Rohres, die das Rohr,
die Stange und den Greifer am oberen Ende der Zahnstange aufhängen und gegen das
Rohr beweglich sind.
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Bei der Ausführung nach der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass
die Greitervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie das Ende des Regelstabes zentrierend
aufnimmt, Ausserdem müssen die Antriebsvorrichtuagen zum Abnehmen des Deckels des
Druckkessels nicht von de Deckel abgeltlanscht werden. Stattdessen kann durch eine
Montageöffnung an der Oberseite der Antriebsvorrichtung ein Werkzeug eingeführt
werden, mit dem die Regelstäbe von der Antriebsvorrichtung leicht abgekuppelt werden
können. Auf diese leise kann die gesamte Antriebsvorrichtung mit Zahnstangenantrieb
zusammen mit dem Deckel vom Reaktordruckkessel abgenommen werden und die Regel stäbe
bleiben dabei voll im Kern eingefahren.
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Diese und weitereVorteile ergeben sich aus der Beschreibung anhand
der beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen stellen dar:
Figur
1: als Seitenansicht einen Kernreaktor, der die vorliegende Erfindung anwendet;
Figur 2: einen senkrechten Schnitt durch einen Teil der Antriebsvorrichtung für
einen Begelstab; Figur 3: in drei Teilen einen Längsschnitt durch einen Greifer
und die Vorrichtungen, um ihn an der Zahnstange zu befestigen; Figur 4: einen geöffneten
Greifer in Längsschnitt; Figuren 5 und 6: im Längsschnitt die zur Betätigung eines
Greifers notwendigen Operationen; Figur 7: ein weiteres Ausführungsbeispiel zur
Betätigung mehrerer Regelstäbe durch einen einzigen Antrieb; Figuren 8 und 9: ein
weiteres Ausführungsbeispiel zur Betätigung der Greifer.
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Der in Figur 1 dargestellte Kernreaktor 10 besteht aus einem Druckkessel
i2 und einem Deckel 14. Durch den Deckel 14 führen mehrere Stutzen 16, auf denen
die Antriebsvorrichtungen 18 für die Regelstäbe angebracht sind. Nur eine dieser
Antriebsvorrichtungen ist dargestellt. Die in Figur 1 nicht dargestellten Regelstäbe
befinden sich in den Abschirmungen 20 und sind in senkrechter Richtung in den Reaktorkern
hinein und aus ihm heraus beweglich.
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Figur 2 ist ein Teil einer Antriebsvorrichtung 18 ii einzelnen dargestellt.
Sie besteht aus einem druckfesten Gehäuse 22, das durch den Flansch 24 mit einer
geeigneten Dichtung an der Oberseite des, Stutzens 16 montiert werden kann.
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Die Regelstäbe werden durch einen Zahnstangenantrieb hin- und herbewegt.
Die Zahnstange 26 ist innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet
und
wird durch das Ritzel 28 und die Kegelräder 30 und 32 angetrieben, die sich alle
in dem Getriebegehäuse 34 befinden. Am Kegelrad 32 ist eine Antriebswelle 36 befestigt,
die über übliche Kupplungs- und Bremsvorrichtungen in dem Teil 40 an den Antriebsmotor
38 angekuppelt ist. Im Teil 41 ist eine Druckdichtung für die Antriebswelle 36 vorgesehen.
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Bei Betätigung des Antriebsmotors 38 drehen sich die Welle 36, die
Kegelräder 30 und 32 und das Ritzel 38, so dass sich die Zahnstange 26 je nach der
Drehrichtung nach unten oder nach oben bewegt0 Die Regelstäbe sind durch im folgenden
beschriebene Vorrichtungen an der Zahnstange befestigt und fahren in den Reaktorkern
ein und aus. Der vergrösserte Teil 42 am oberen Ende der Zahnstange 26 begrenzt
die Abwärtsbewegung der Zahnstange durch den Anschlag 44o Dieser Anschlag 44 und
das Getriebegehäuse 34 sind durch die zylindrische Halterung 46 auf gehängt.
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Das obere Ende des Gehäuses 22 wird durch einen Stopfen 48 und die
Dichtung 50 abgeschlossen. tiber dem Stopfen befindet sich ein Ring 51 und ein Montagering
52, der in das druckfeste Gehäuse 22 eingeschraubt ist. Die Schrauben 54 im Montagering
drUcken auf den Ring 51 und pressen den Stopfen 48 auf die Dichtung 50. Die zylindrische
Halterung 46 ist an dem Stopfen 48 befestigt. Nach oben wird der Stopfen 48 durch
ein Montagerohr 56 verlängert, durch das ein Werkzeug zum Abkoppeln des Regelstabes
eingeführt werden kann. Das obere Ende des Montagerohrs wird durch eine Platte 57
abgeschlossen Die Antriebswelle 36 führt durch den Stopfen 48 und ist durch die
zuvor erwähnte Dichtung ia Teil 41 abgedichtet.
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In Figur 3 sind die Zahnstange, die Greifer, die Vorrichtungen, um
sie an der Zahnstange zu befestigen und ihre Betätigungsglieder im einzelnen dargestellt.
Durch die Zahnstange 26 führt in Längsrichtung eine Bohrung 58, welche ein Rohr
60 aufnimmt0
Dieses Rohr kann aus mehreren Teilen bestehen und sein
oberer Teil 61 ist in eine längliche Mutter 62 geschraubt. Auf diese Weise ist das
Rohr 60 durch die Mutter 62 an der Oberseite des vergrösserten Teils 42 der Zahnstange
aufgehängt. Am unteren Ende des Rohrs 60 ist durch den Teil 63 die Greifer vorrichtung
betestigt.
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Jede Greifervorrichtung besteht aus mehreren Fingern 64,die sich radial
nach innen in eine geschlossene Stellung (Figur 3) und nach aussen in eine offene
Stellung (Figur 4) bewegen können. In Längsrichtung gegen die Finger 64 beweglich
ist ein Betätigungsglied vorgesehen, das die Finger öffnet oder schliesst. Diese
Betätigungsvorrichtung besteht aus einer zwischen den Fingern 64 angeordneten Stange
66 mit einem vergrösserten Teil 68, der eine Nockenfläche zum Auseinanderdrücken
der Finger 64 (Figur 4) bilde An der Stange 66 ist durch einen Bolzen 70 ein zylindrisches
Teil 72 befestigt, dessen unteres Ende mit Nocken 74 versehen ist. Das ganze Betätigungsglied
bewegt sich relativ zu den Fingern 64 in die Stellungen der Figuren 3 und 4. In
der geschlossenen Stellung der Figur 3 halten die Nocken 74 die Finger geschlossen
und in der Stellung der Figur 4 haben die Nocken 74 die Finger 64 freigegeben und
der vergrösserte Teil 68 der Stange 66 hat die Finger auseinander gedrückt; ao dass
sie das Gegenstück 75 der Regelstäbe freigeben.
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Die Betätigungsvorrichtung ist durch eine drehbare Verbindung 77 an
einer Stange 76 befestigt, die senkrecht durch das Rohr 60 und die Zahnstange 26
führt. Die Stange 76 ist mit einem Gewindeteil 78 am oberen Ende versehen und in
das Rohr 60 eingeschraubt, so dass eine Drehung die Stange 76 in senkrechter Richtung
im Rohr 60 bewegt. Da die Stange 76 drehbar sein muss, ist sie an der Betätigunsvorrichtung
durch die zuvor erwähnte drehbare Verbindung 77 befestigt.
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Da eine Schwingung oder die Betätigung des Regelstabantriebs eine
Drehung der Mutter 62 relativ zum Rohr 60 während des Betriebs des Reaktors veranlassen
könnte, sind in den Figuren 3, 5 und 6 im Einzelheiten Vorrichtungen zur Sicherung
der Mutter auf dem Rohr dargestellt. Der obere Teil der Mutter 62 ist durch eine
Muffe 80 verlängert, die über den Teil 61 des Rohrs 60 passt. tber der Muffe 80
befindet sich eine Sperrvorrichtung 82, deren Bolzen 84 nach innen in Schlitze 86
in der Muffe 80 reichen. Die Bolzen 84 verhindern eine Drehung der Sperrvorrichtung
82 gegen die Muffe 80 und die Mutter 62, lassen die Sperrvorrichtung 82 jedoch in
axialer Richtung beweglich, Eine Feder 87 drückt die Sperrvorrichtung 82 von der
Mutter 62 aus aufwärts. In dieser Stellung sichert eine Eugelsperre die Muffe 80
und daher auch die Mutter 62 am Teil 61 des Rohrs 60. In der Sperrstellung werden
die Kugeln durch die Sperrvorrichtung 82 teilweise in die Vertiefungen 92 im Teil
61 des Rohrs 60 gedrückt, so dass eine Drehung zwischen der Muffe 80 und dem Rohr
60 verhindert ist.
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Zur Entriegelung und Drehung der Mutter 62 wird die Abdeckplatte 57
vom Montagerohr 56 entfernt und ein Werkzeug mit den Bolzen 94 an der Sperrvorrichtung
82 in Eingriff gebracht. Zunächst wird mit dem IJerkzeug die Sperrvorrichtung gegen
die Feder 87 in die Stellung der Figur 5 gedrückt, Dann fallen die Kugeln 88 aus
den Vertiefungen 92 in die Vertiefungen 96 in der Sperrvorrichtung. Die Sperrvorrichtung
82 witd dann mit dem Werkzeug gedreht. Durch die Bolzen 84 macht die Mutter 62 diese
Drehung mit, so dass sich das Rohr 60 innerhalb der Zahnstange 26 in die Stellung
der Figur 6 absenkt.
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Im folgenden wird der Betrieb der gesamten Antriebsvorrichtung beschrieben.
Zum Abkoppeln der Regelstäbe, ze B. während einer Brennstofferneuerung, werden die
Zahnstangen 26 soweit wie möglich
abgesenkt0 In dieser Stellung
liegen die Regelstäbe noch nicht vollständig im Innern des Reaktors auf. Der Deckel
57 des Montagerohrs 56 wird entfernt und das erste Sierkzeug zur zuvorbeschriebenen
Betätigung der Sperrvorrichtung eingeführt.
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Nachdem die Sperrvorrichtung zum Entsichern der Mutter 62 am Rohr
60 heruntergedrückt worden ist, wird das Werkzeug zusammen mit der Mutter 62 gedreht,
so dass sich das Rohr 60 innerhalb der Zahnstange 26, wie in Figur 6 dargestellt,
absenkt. Dadurch werden die Regelstäbe soweit abgesenkt, dass sie im Reaktor aufsitzen.
Durch eine weitere Drehung würde sich die Mutter 62 auf dem Rohr 60 aufwärts bewegen,
was der Monteur durch eine Aufwärtsbewegung seines Werkzeugs feststellt.
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Anschliessend wird das erste Werkzeug aus dem Montagerohr 56 entfernt
und ein zweites zur Betätigung der Greifer eingeführt.
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Dieses Werkzeug passt über die Bolzen 97 am oberen Ende der Stange
76. Die Stange wird ann innerhalb des Rohrs 60 in die Stellung der Figur 6 hineingeschraubt.
Dadurch bewegt sich die Betätigungsvorrichtung für die Greifer gegen die Finger
64 abwärts, so dass sich diese öffnen und den Regelstab freigeben.
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Anschliessend wird die Zahnstange 26 soweit wie möglich nach oben
bewegt und eine nicht dargestellte mechanische Sperre eingeführt, die ein HerabfSllen
der Zahnstange nach Aberregung der Kupplung verhindert. Jetzt kann die Antriebsvorrichtung
elektrisch abgeschaltet werden. Nachdem dieses Verfahren bei jeder Antriebsvorrichtung
wiederholt worden ist, kann der Deckel 14 des Druckkessels 12 zusammen mit den darauf
befestigten Antriebsvorrichtungen 18 entfernt werden. Die Abschirmungen für die
Regel stäbe und die Riickhalteplatte für den Kern und entsprechende Teile können
dann zus Freilegen des Reaktorkerns entfernt werden.
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Nachdem entsprechende Arbeiten ausgeführt worden sind, werden diese
Teile bis zum Deckel 14 in umgekehrter Reihenfolge wieder eingebaut. Dann wird zunächst
die Mutter 62 wieder auf das Rohr 60 geschraubt, so dass sich dieses zusammen mit
der Stange 76 d den Greifern gegen die Zahnstange 26 aufwärts bewegt. Der Deckel
des Druckkessels wird dann wieder an seine Stelle gebracht und die Antriebsvorrichtung
elektrisch geschlossen. Dann werden die Zahnstangen 26 entsichert d soweit wie möglich
abgesenkt. Das erste Werkzeug wird durch das Montagerohr 56 eingeführt und die Mutter
62 abgeschraubt, um die Greifer über das Gegenstück 75 zu senken. ach Entfernung
des ersten Werkzeugs wird das zweite eingesetzt und die Stange 76 gedreht, so daes
sie sich innerhalb des Rohrs 60 nach oben bewegt0 Dadurch schliessen sich die Greifer
über dem Gegenstück 75o Dann wird das zweite Werkzeug entfernt und das erste eingesetzt,
und die Mutter 62 erneut gedreht, um das Rohr 60 zusammen mit den Greifern gegen
die Zahnstange nach oben zu bewegen, so dass der Regelstab nicht länger im Reaktor
aufsitzt.
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Dadurch ist das Verfahren abgeschlossen und die Antriebsvorrichtung
betriebsfertig.
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Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar, um mehrere Regelstäbe
an eine einzige Antriebavorrichtung anzuschliessen. Die Zahl der Regelstäbe nicht
dabei nur durch das Gewicht und die Ausführung der Abschirmung begrenzt. In Figur
7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zwei Regelstäbe 98 au eine Antriebsvorrichtung
angeschlossen sind. Es handelt sich dabei um lange schlanke Regelstäbe, wie sie
in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 632,509 vom 14. April 1967 von Royoe J.
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Rickert, dargestellt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der
Teil 63 des Rohrs 60 an radial nach aussen reichende Arme 100 angeschlossen, die
sich bis über die GegenstUcke 75 an den Regelstäben erstrecken. Die Finger 64 der
Greifer sind an den Armen 100 nach unten führend befestigt. Die Stange 76 ist bei
diesem Ausführungsbeispiel durch die drehbare Verbindung 77 an der Stange 102 befestigt,
die an den Armen 104
angebracht ist. Diese Arme 104 sind ihrerseits
an den zylindrischen Teilen 72 und durch die Beizen 70 an den Stangen 66 befestigt.
Wird die Stange 76 ii Rohr 60 abwärts geschraubt, bewegen sich die Arme 104 gegen
die Arme 100 abwärts, sp dass die Greifer geöffnet werden.
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In den Figuren 8 und 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Bewegung
der Stange 76 im Rohr 60 dargestellt. Anstelle des Schraubenantriebs für die Stange
76 ist eine Anordnung mit einem J-Schlitz dargestellt0 Am oberen Ende der Stange
76 ist ein Betätigungsglied 106 vorgesehen, dessen Muffe 108 das obere Ende der
Stange 76 umgibt. Ein Beizen 110 führt von der Stange 76 nach aussen in die U-Schlitze
112 auf jeder Seite der Muffe 108. Die Feder 114 steht mit der Mutter 116 auf der
Stange 76 im Eingriff und drückt das Betätigungsglied 106 abwärts, so dass der Bolzen
110 sich normalerweise in einem der Schenkel des U-Schlitzes 112 befindet, wie es
in Figur 9 dargestellt ist0 Von der Muffe 108 des Betätigungsgliede@ 106 führen
Bolzen 118 nach aussen, die mit J-Schlitzen 120 im Teil 61 des Rohrs 60 ii Eingriff
stehen. Die Greifer sind geschlossen, wenn sich die Elemente der Vorrichtung in
der Stellung der Figuren 8 und 9 befinden. Zui offenen der Greifer wird das zweite
Werkzeug über den Anschlag 122 am oberen Ende des Betätigungsgltedes 106 geführt,
so dass das Betätignngsglied zunächst gegen den Druck der Feder 114 nach oben gesogen
werden kann. Dadurch werden die Beizen 118 aus den Vertiefungen der J-Schlitze gesogen
und die U-Schlitze 112 in der Muffe 108 gegen den Bolzen 110 nach oben bewegt. Das
Betätignngsglied 106 wird dann mit dem Werkzeug gedreht, so dass die Bolzen 118
in dem längeren Schenkel der J-Schlitze zusammen mit der Stange 76 abgesenkt werden
können. Der Bolzen 110 befindet sich dann im anderen Schenkel des U-schlitzes 112.
Zum Anheben der Stange 76 und Schliessen der Greifer wird das zweite Werkzeug wieder
über den Anschlag 122 geführt und das Betätigungsglied 106 zusammen mit der Stange
76
nach oben gezogen. Der grösste Teil der ziehenden Kraft wird
von dem Betätigungsglied auf die Stang e durch den Bolzen 110 und die U-Schlitze
112 übertragen, so dass nicht die gesamte Kraft durch die Feder 114 aufgenommen
werden muss und eine Überlastung der Feder vermieden wird Nach d -heben der Teile
werden sie erneut in die Stellung der Figur 9 zurückgedreht, so dass die Greifer
geschlossen sind, Anlage 7 Patentansprüche 4 Blatt Zeichnungen mit 9 Figuren