DE1900410A1 - Einrichtung zum hydraulischen Betrieb eines beweglichen Gegenstandes,insbesondere eines Regelstabes in einem Kernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum hydraulischen Betrieb eines beweglichen Gegenstandes, insbesondere eines Regelstabes in einem Kernreaktor und zwar vor allem in einem wassergekühlten Kernreaktor. Unter einem Regelstab ist hier ein Neutronen absorbierender Stab sowohl von der Art,wie er zur Präzisionseinstellung der Reaktivität

verwendet wird, als auoh von der Art zu verstehen, wie er zur vollständigen Abschaltung des Reaktors gebraucht wird. Aus dem Nachstehenden ergibt sich, daß ein Kontrollstab diese beiden Funktionen haben kann. Die Erfindung bestifft insbesondere eine Einrichtung der Bauweise mit einem, mit dem Regelstab verbundenen Kolben, Einrichtungen

909831/0981

zur Zuführung von Druckmittel unterhalb des Kolbens; zur Anhebung des Kontrollstabes und einem Auslaßkanal für das Druckmittel, so daß der Kontrollstab aufgrund seines Eigengewichtes absinken kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt zu erreichen, daß dieser Abstieg des Regelstabes mit konstanter Geschwindigkeit erfolgen kann. Dies ist besonders wichtig in solchen Fällen, wo der Regelstab nur einen vorbestimmten Bruchteil seiner Gesamtfallstrecke absinken soll. In diesen Fällen ist es erwünscht, daß die Fallstrecke mit Hilfe der Fallzeit ermittelt wird, und eine konstante und bekannte Absinkgeschwindigkeit ist deshalb entscheidend.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaßkanal für das Druckmittel ein Fließregler angeordnet ist, der im wesentlichen unabhängig vom Druck einen konstanten Fluß je Zeiteinheit durchtreten läßt. Wenn der Regelstab absinkt; verdrängt er eine Druckmittelmenge, die der Fallstrecke entspricht. Da diese Druckmittelmenge mit konstanter Geschwindigkeit durch den Auslaßkanal abfließt, wird der Regelstab eine konstante Absinkgeschwindigkeit einhalten.

Um den Eintritt eines ziemlich raschen Absinkens mit konstanter Geschwindigkeit zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, daß man den Fließregler so nahe wie möglich am Regelstab anordnet und damit erhebliche Rohrlängen vermeidet. Gemäß

909831/0981

einer AusfUhrungsform der Erfindung hat der Regelstab Rohrfora und ist so angeordnet, daß er einen zentrischen axialen Träger umgibt, durch den das Druckmittel zugeführt wird, um den Kontrollstab anzuheben. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fließregler am unteren Ende des zentrischen Trägers angeordnet ist.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung in mehreren vorteilhaften AusfUhrungsformen beschrieben.

Fig. i zeigt eine AusfUhrungsform der Einrichtung gemäß

der Erfindung Fig. 2 und 3 zeigen zwei AusfUhrungsformen des Fließreglers.

Gemäß Fig. 1 ist ein äußeres Rohr 1 in an sich bekannter Weise in einem nicht dargestellten Kernreaktor angeordnet, der durch wa*ser gekühlt und moderiert wird. Das Rohr 1 befindet sich oberhalb des Reaktorkerns, der den spaltbaren Kernbrennstoff enthält. Das Rohr 1 besitzt einen Einsatz, der aus einem oberen Kopfstück 2, woran ein zentrischer Hohlstab 3 angebracht ist, und einem äußeren Rohr h besteht. Mit Hilfe einer Schulter 6 ruht der Einsatz auf einem Vorsprung an der Innenwand des Rohres 1. An seiner Oberseite besitzt das Kopfstück 2 einen Flansch 5, mittels dessen der Einsatz durch eine Brennstoffnachfüllmaschine angehoben werden kann, die fUr den Brennstoffaustausch im Reaktor sorgt.

909831/0981

1900A10

Ein rohrförmiger Regelstab 8 mit einem Neutronen absorbierenden Material wie Silber oder Cadmium, ist in dem Einsatz 2 bis 4 angeordnet. An seiner Oberseite besitzt er ein Kopfstüok>dessen Innenfläche an der Außenfläche des Stabes 3 anliegt. An der Innenseite des Stabes 3 ist eine Ringnut 12 ausgespart; von der mindestens ein Kanal 10 zur Aussenseite des Kopfstückes führt. An seiner Aussenseite besitzt der Stab 3 mehrere Nuten 11, deren Höhenlagen den gewünschten Stellungen des Regelstabes entsprechen. Die Höhe der Nuten 11 ist größer als der Abstand zwischen der Unterkante der Ringnut 12 und der unteren Fläche 13 des Kopfstückes 9.

An seinem Boden ist der Hohlstab 3 mit einem kolbenartigen Teil 7 versehen, dessen Außenwand so angeordnet ist, daß sie an der Innenwand des rohrförmigen Regeistabes 8 anliegt. Der kolbenartige Teil 7 hat eine zylindrische Bohrung 14, in der ein Fließregler eingebaut ist. Dieser besteht aus einem druckbeeinflussten Ventil, dessen Ventilkörper 15 von einer Schraubenfeder 17 getragen ist. Der Ventilkörper 15 hat die Form eines Kolbens mit einem eingebohrten Kanal 16, der sich von der Oberseite des Kolbens zu seiner Unterseite erstreckt. Ein Abstandsstück 18 ergibt die Möglichkeit, daß der Ventilkörper 15 einen Ventilkegel 19 trägt, der die Aufgabe hat mit einem Ventilsitz 20 zusammenzuarbeiten, um einen Ringspalt zu bilden, durch den die Bohrung 14 mit dem hohlen Teil Stabes 3 kommuniziert. Der Teil der Bohrung 14, der unter dem Ventilkörper 15 liegt, kommuniziert mit dem

909831/098 1

Reaktordruok durch eine Öffnung 21.

Das Druckmittel wird durch eine Pumpe 23, die Wasser von dem Kernreaktor durch eine Leitung 22 erhält, unter Druck gesetzt. In einem Nebenfluß 24 befindet sich ein Überlaufventil 25)um das Wasser zurückkehren zu lassen, wenn der Pumpendruck einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Leitung 22 enthält auch ein magnetisch betätigtes Abschaltventil 27 und ein Regelventil 28, um einen geeigneten Fluß einzustellen. Ein magnetisch betätigtes Abschaltventil 30 und eine Dosierpumpe 31 sind in einem Nebenschluß angeordnet, der die Ventile 27 und 28 umgeht. Die Pumpe besteht aus einem Zylinder mit einem Kolben 32 und einer Schraubenfeder 33» die den Kolben nach unten drückt. Ein magnetisch betätigtes Abschaltventil 35 liegt in einer Umgehungsleitung 34, welche die Dosierpumpe 31 umgeht. Eine Leitung 36, die mit dem Reaktordruok kommuniziert, ist auch an die Leitung 22 angeschlossen. Die Leitung 36 enthält ein magnetisch betätigtes Abschaltventil 37. Mittels eines Kanals 38 im Kopfstück 2 ist die Leitung 22 mit dem hohlen Teil des zentrischen Stabes 3 verbunden.

Die dargestellte Einrichtung arbeitet in folgender Weise:

In seiner Ruhestellung befindet sich der Regelstab 8 in der dargestellten Lage. Die Ventile in der Leitung 22 sind offen, und das Druckmittel fließt infolgedessen in den Hohlraum des zentrischen Stabes 3, durchfließt die Kanäle 39 im unteren Teil des Stabes 3, geht auf der Aussenseite des Stabes

909831/0981

3 nach oben und durch die Nut ila, die durch das Kopfstück 9 teilweise abgeschaltet ist, ferner durch die Nut 12 und die Kanäle 10,durch die Öffnungen 42 im Rohr 4 und verläßt die Anordnung teilweise durch Öffnungen AO im Rohr i und teilweise durch den Spalt %i zwischen den unteren Teilen der Rohre 1 und 4. Eine Druckabnahme unterhalb des Kopfstückes 9 läßt das Kopfstück 9 sich ein wenig nach unten bewegen. In diesen Fall wird der Einlaß zur Nut 11a weiter gedrosselt was zu einem Druckanstieg unterhalb des Kopfstüokes 9 und zu einem neuen Gleichgewicht führt. Druckanstieg unterhalb des Kopfstückes 9 führt zu einer Verringerung der Drosselung des Kanales Ha₁ so daß sich bei etwas höher liegendem Kopfstück 9 ein neues Gleichgewicht einstellt. Die Lage des Stabes wird daher durch verhältnismäßig große Flußveränderungen nicht bemerkenswert beeinflußt, Eine gewisse Menge Druckmittel verläßt die Anordnung infolge Leokflusses und durch den Fließregler 15 bis 19. Diese Menge wird durch eine geeignete Einstellung des Regelventils 28 ausgeglichen.

Wenn der Regelstab 8 um eine festgelegte Stufenanzahl gesenkt werden soll, wird das Ventil 27 für eine Zeitspanne geschlossen, die aus der Erfahrung ermi.ttelt worden ist, so daß der Regelstab etwas mehr als diesen Abstand bei konstanter Absinkgeschwindigkeit bedeckt.

Wenn der Regelstab β auf diese Weise eine Strecke abgefallen

ist, die durch die voreingestellte Zeitspanne bestimmt ist,

909831/0981

190041Q

wird das Ventil 27 geöffnet. Das Kopfstück 9 sucht dann die gewünschte Nut Ii, die unmittelbar oberhalb der Stelle liegt, wo die Abwärtsbewegung unterbrochen wurde. Während des Absinkens wird Wasser im Raum unterhalb des Kopfstückes 9 unter dem Gewicht des Regelstabes durch die Kanäle 39, Bohrung lh, Kanal 16 und Kanal 21 gedruckt. So lange die Absinkgeschwindigkeit des Regelstabes nur durch den Fließwiderstand im Spalt zwischen dem Ventilkegel 19 und Ventilsitz 20 und im Kanal i6 bestimmt wird, wird der Regelstab sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, ohne daß die Stellung des Fließreglers 15 bis 19 verändert wird. Wenn jedoch ein unerwarteter Reibungsanstieg, beispielsweise zwischen dem Kopfstück 9 und dem zentrischen Stab 3 auftreten sollte, führt diese Reibung zu einer geringen Abnahme des Druckes unterhalb des Regelstabes. Diese Druckabnahme bedingt eine Abnahme des Flüssigkeitsdruckes, der die Oberseite des Ventilkörpers 15 beeinflußt. Die Folge hiervon ist, daß die Sehraubfeder 17 dem Ventilkörper 15 mit dem Ventilkegel etwas nach oben drückt, so daß die Breite des Spaltes zwischen dem Ventilkegel 19 und dem Ventilsitz 20 ansteigt. Damit nimmt der Fließwiderstand durch den Flußregler ab, so daß trotz der Druckabnahme unterhalb des Kopfstückes 9 der Druckmittelfluß rasch auf den konstanten Fluß zurückkehrt, der der gewünschten Absinkgesohwindigkeit des Regelstabes 8 entspricht. Wenn der unerwartete Reibungsanstieg aufhört, wird der Druck unterhalb des Kopfes 9 in entsprechender Weise zunehmen, was zur Verkleinerung des Spaltes zwischen dem Ventilkegel 9 und dem Ventilsitz iO in solchem Maße führt, daß der

909831/0981

- 8 gewünschte konstante Fluß wieder hergestellt wird.

Wenn der Regelstal) 8 angehoben werden soll, wird das Ventil

30 geöffnet. Das Ventil 35 wird geschlossen und das Ventil 27 befindet sich noch in Öffnungsstellung. Der Kolben 32 bewegt sieh jetzt in seine höchste Lage in der Dosierpumpe 31. Dies führt zu einer Zunahme des Flusses von Druckmittel, das nicht durch die Nut ila gehen kann, und das Kopfstück 9 geht deshalb an dieser Nut vorbei, lim wie viel der Regelstab angehoben wird, wird durch das Volumen der Dosierpumpe

31 bestimmt. Diese kann so eingerichtet sein, daß sie den Regelstab um eine oder mehrere Stufen anhebt. Wenn der Kolben 32 seine höchste Lage erreicht hat, wird das Ventil 30 geschlossen, und das Ventil 35 öffnet sich, so daß die Feder 33 den Kolben 32 abwärts drückt und damit das Wasser unter den Kolben zur Oberseite des Kolbens fließt. Nun wird das Ventil 35 geschlossen^und die Dosierpumpe 31 ist bereit, den Regelstab noch einmal anzuheben.

Wenn bei Abschaltung des Reaktors der Regelstab rasch in seine unterste Lage fallen soll, wird Ventil 27 abgeschaltet und Ventil 37 geöffnet. Der Regelstab beginnt dann unter seinem Eigengewicht zu fallen, und das Wasser unter dem Kopf 9 ^ fließt durch den Fließregler in der vorstehend beschriebenen

oo Weise und auch zum Reaktor durch die Leitungen 38 und 36. Die

-* Abstiegsgesehwindigkeit ist daher größer als bei Senkung des

° Regelstabes in Stufen.

Der in Fig. 2 gezeigte Fließregler ist eine Abwandlung gegen-

über Fig. 1. FUr entsprechende Teile sind dieselben Bezeichnungen verwendet. Ein Dichtungsring 43, der gegen die Innenwand des Zylinders abdichtet, ist in den Ventilkörper 15 eingesetzt. Der Ventilkegel 19 besitzt einen oberen Ansatz 44, der durch ein Loch in eine Führung 45 geht.

Der Ventilkörper 15 bewegt sich bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 mit einer gewissen Reibung gegen die Zylinderwand. Zwecks Verminderung dieser Reibung und damit Erhöhung der Empfindlichkeit des Fließreglers ist der Ventilkörper 15 gemäß Fig. 3 alt größerem Spiel ausgelegt. Er ist mit dem Ventil 20 mittels eines Balges 46 verbunden, der sioh in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers ausdehnen kann, so daß dieses erhöhte Spiel nicht zu größerem Leckfluß führt.

909831/0981

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zum hydraulischen Betrieb eines senkrecht beweglichen Gegenstandes, insbesondere eines Regelstabes in einem Kernreaktor lit einem an den Gegenstand angeschlossenen Kolben, Druckmittelzuführung unterhalb des Kolbens zur Anhebung des Gegenstandes und einem Auslaßkanal für Druckmittel zum Absenken des Gegenstandes unter seinem Eigengewicht, daduroh gekennzeichnet, daß in dem Auslaßkanal ein Druckregler angeordnet ist, der im wesentlichen Druckunabhängig, einen konstanten Fluß je Zeiteinheit durchfließen läßt, so daß der Gegenstand eine konstante Absinkgeschwindigkeit aufrecht erhält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, für einen rohrförmigen Gegenstand, der einen zentrischen und axialen Träger umgibt; durch den das Druckmittel zur Anhebung des Gegenstandes zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließregler am unteren Endes der Trägers ange-ordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß der Fließregler einen τοη einer Feder getragenen, beweglichen Ventilkörper aufweist, der'die Form eines Kolbens in einem zylindrischen Teil des Auslaßkanales hat, ein Kanal zum Druckmitteldurchlaß im Ventilkörper angeordnet, ein Ventilsitz im Anslafikanal und ein Ventilkegel τοη dem Ventilkörper getragen ist, wobei der Ventilkegel gegenüber dem Ventilsitz so angeordnet ist. daß ein Anstieg der

9098 31/0 981

Druckdifferenz oberhalb des Fließreglers eine Verminderung der Spalte zwischen Ventilkörper und Ventilkegel und umgekehrt herbeiführt.

909831/0981

ORIGINAL INSPECTED