DE1911057A1

DE1911057A1 - Nuclear reactor control rod drive

Info

Publication number: DE1911057A1
Application number: DE19691911057
Authority: DE
Inventors: Thorp Arthur G; Thorp Ruth S
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-03-08
Filing date: 1969-03-05
Publication date: 1970-08-06
Also published as: DE1911057B2; BE729437A; JPS4827360B1; FR2003524A1

Description

ρ*ρ *

WESTINGHOUSE Electric Corporation Erlangen, ** * MRZ. 1969WESTINGHOUSE Electric Corporation Erlangen, ** * MAR. 1969

Pittsburgh, Pa.15 235, USA ' Werner-von-Siemens-Str.Pittsburgh, Pa. 15 235, USA 'Werner-von-Siemens-Str.

Mein ZeichenMy sign

PLA 68/8309 Mü/HüPLA 68/8309 Mü / Hü

KernreaktorregelstabantriebNuclear reactor control rod drive

Dje vorliegende Erfindung bezieht sich, auf einen Regelstabantrieb für einen Kernreaktor vom Druckkesseltyp, der innerhalb eines mit dem Kesseldeckel druckdicht verbundenen Fingerhutrohres angeordnet und den Druck- und Temperaturverhältnissen des Kesselinnenraumes ausgesetzt iat. Die Fingerhutrohre, die sozusagen Ausstülpungen des eigentlichen Reaktordruckkessels darstellen, enthalten neben den Antriebsstäben für die mit ihnen gekoppelten Regelstäbe auch die übrigen Antriebseinrichtungen, die, z.B. über Magnetspulen, einen Reibungsschluß oder unter zusätzlicher Zuhilfenahme von Klinken einen mechanischen Kraftschluß mit den Antriebsstangen der Regelstäbe bewirken. Die Fingerhutdruckrohre sind daher für die Montage und die Stromversorgung dieser Antriebseinrichtungen aus einzelnen ieilen aufgebaut, die z.B. über Flansche druckdicht miteinander verbunden sind. Auch die Kabeldurchführungen müssen in entsprechender Weise druckdicht sein. Aus dieser notwendigen Konstruktion heraus ergibt sich aber auch die Gefahr, daß eine Undichtigkeit auftritt und die meterlangen Fingerhutrohrθ gegenüber dem Kesselinnendruck einen erheblichen Druckunterschied aufweisen. Beim Auftreten einer derartigen Störung würde dann der höhere Kesselinnendruck versuchen, die Antriebsstäbe mit den daran hängenden Regelstäben aus der jeweiligen Arbeitsstellung heraus nach außen zu bewegen und dies unter Umständen sehr rasch. Damit wäre eine sehr plötzliche Leistungssteigerung des Kernreaktors verbunden, die unter Umständen zu schweren Schäden führen könnte.The present invention relates to a control rod drive for a nuclear reactor of the pressure vessel type, which is arranged within a thimble tube connected to the vessel cover in a pressure-tight manner and is exposed to the pressure and temperature conditions of the interior of the vessel. The thimble tubes, which so to speak represent protuberances of the actual reactor pressure vessel, contain the drive rods for the control rods coupled to them as well as the other drive devices, which, for example, via magnetic coils, cause a frictional connection or with the additional aid of pawls a mechanical frictional connection with the drive rods of the control rods. The thimble pressure tubes are therefore made up of individual components for the assembly and power supply of these drive devices, which are connected to one another in a pressure-tight manner via flanges, for example. The cable bushings must also be pressure-tight in a corresponding manner. However, from this necessary construction there is also the risk that a leak will occur and the meter-long thimble tubes have a considerable pressure difference compared to the internal pressure of the boiler. If such a malfunction occurs, the higher internal pressure in the boiler would then attempt to move the drive rods with the control rods attached to them out of the respective working position and, under certain circumstances, very quickly. This would result in a very sudden increase in the performance of the nuclear reactor, which under certain circumstances could lead to serious damage.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine derartige ungewollte Bewegung der Reaktorregelstäbe beim Auftreten von Undichtigkeiten, in einem Fingerhutrohr mit Sicherheit zu verhindern und damit in einem ganz erheblichen Maße zur Gesamtsicherheit einer Reaktoranlage beizutragen«, Erfindungsgemäß sind Einrichtungen vorgesehen, die beim Auftreten eines Druckunterschiedes zwischen demIt is therefore the task of such an unwanted movement the reactor control rods in the event of leaks, to prevent with certainty in a thimble tube and thus to a very considerable extent for the overall safety of a reactor plant to contribute «, According to the invention, facilities are provided when a pressure difference occurs between the

009832/1208 _₂_009832/1208 _ ₂ _

PLA 68/8309PLA 68/8309

-2--2-

Kesselinneren und dem Fingerhutrohr ein® insbesondere nach außen gerichtete Bewegung des am Antrieb in an sich bekannter Weise befestigten Regelstabes sperren. Sine solche Vorrichtung besteht beispielsweise aus einem innerhalb des Pingerhutrohres - in der Kähe des kesselseitigen Endes desselben - und koaxial zur Rsg@l~ stabantriebsstange vorgesehenen, durch eine Feder vorgespannten„ mit Sperrklinken verbundenen Ringkolben sowie aus i® Pingerhut angeordneten Führungsflächen, di© di@ bei Druckunterschieden bewirkte Axialbewegung des Kolbens in Radialbewegungen der Sperr- ; klinken bis zum Eingriff mit einer gezahnten Oberfläche der Δη«= triebsstange umsetzen. Me Masse dieser zusätzlichen Bauelemente ist im Vergleich zur Masse der Antriebsetang« und des daran hängenden Regelstabe« sehr gering, so daß die Sperrklinken beim Auf«= treten eines Unterdruckes in einem Pingerhutrohr noch vor dem Einsetzen einerBewegung des Antriebsstabes mit demselben in Eingriff kommen. Eine ernsthafte Störung des Reaktorbetriebes wird dadurch mit Sicherheit vermieden.Lock the inside of the boiler and the thimble a® in particular outward movement of the control rod attached to the drive in a manner known per se. Such a device consists, for example, of an annular piston which is spring-pretensioned and which is connected to pawls, as well as guide surfaces, which are arranged inside the Pingerhut tube - in the cage of the boiler-side end of the same - and coaxially to the Rsg @ l ~ rod drive rod. axial movement of the piston caused by pressure differences in radial movements of the locking; pawl until it engages with a toothed surface of the Δη «= drive rod. The mass of these additional components is very small compared to the mass of the drive rod and the control rod attached to it, so that when a negative pressure occurs in a pinger-hat tube, the pawls come into engagement with it before the drive rod begins to move. Serious disruption of the reactor operation is thus avoided with certainty.

Zur näheren Erläuterung dieser Erfindung sei auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, in denen ein mögliches Ausführungsbeispiel dargestellt ist.For a more detailed explanation of this invention, refer to the enclosed Reference drawings, in which a possible embodiment is shown.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungswesentlichen Teile im Innern eines Fingerhut rohre β in der Nähe des Kessel-Fig. 1 shows a longitudinal section through the parts essential to the invention inside a thimble pipe β near the boiler

deckeis, . ^ceiling ice,. ^

Fig. 2 zeigt die gleichen Teile, jedoch in gesperrter Stellung, also in einer durch den Unterdruck im Fingerhutrohr verursachtenFig. 2 shows the same parts, but in the locked position, that is, in a position caused by the negative pressure in the thimble tube

Fig. 3 zeigt einen Qutrschnitt entlang äer Linie III-III von Fig. 2,Fig. 3 shows a cross section along the line III-III of Fig. 2,

Fig. 4 zeigt teilweise im Schnitt ei&e vergrößerte Ansicht der Anordnung der Sperrklinken entsprechend Fig. 2«,Fig. 4 shows partially in section ei & e enlarged view of the Arrangement of the pawls according to Fig. 2 «,

Der Deckel des Kernreaktordruckkeseels ist mit 10 bezeichnet, siehe auch Fig. 1.In ihm ist eine Deekelbuea.se 12 eingesetzt und mit Hilfe der Schweißnaht 21 befestigt und abgedichtet,' Auf diese Deckelbuchse 12 ist das eigentliche Fingerhutrohr 1-4The cover of the nuclear reactor pressure vessel is denoted by 10, See also Fig. 1. In it a Deekelbuea.se 12 is used and fastened and sealed with the aid of the weld seam 21, 'On this cover sleeve 12 is the actual thimble tube 1-4

0098 32/12080098 32/1208

PLA 68/8309PLA 68/8309

-3--3-

aufgesetzt und ebenfalls mit eintr Schweißnaht 22 abgedichtet. In ähnlicher Weise ist auch das obere nicht dargestellte Ende des Fingerhutrohreβ 14 abgeschlossen und damit in der Lage, dem hohen Reaktorinnendruck standzuhalten. Im Inneren dieses Rohres 14 befin det sich der Steuerstabantriebsmechanismus Yl zusammen mit der Sperreinrichtung JJj., die der vorliegenden Erfindung entspricht.placed on top and also sealed with a single weld seam 22. In a similar way, the upper end, not shown, of the thimble tube 14 is also closed and thus able to withstand the high internal pressure in the reactor. Inside this tube 14 befin the control rod drive mechanism Yl det together with the locking device JJJ., Consistent with the present invention.

Der Steueretabantriebsmechanismus 13» von dem nur ein Teil dargestellt ist, kann vom Typ des sogen. Klinkenschritthebers sein, wie er in dem US-Patent Nr. 3 158 766 beschrieben ist. Dieser Antrieb enthält eine Mehrzahl von Greifklinken 23, die magnetisch betätigt in eine Umfangeverzahnung 24 auf dem Antriebsstab 12 eingreifen und diesen entsprechend der Wirkung der Magnetspulen in vertikaler Richtung hin- und herbewegen.The control rod drive mechanism 13 'only a part of which is shown is, can be of the type of so-called. Be ratchet step lifter, as described in U.S. Patent No. 3,158,766. This drive contains a plurality of gripping pawls 23 which, actuated magnetically, engage in circumferential toothing 24 on the drive rod 12 and move it back and forth in the vertical direction according to the action of the magnet coils.

Die im Falle einer Beschädigung oder einer sonstigen Undichtigkeit des Fingerhutrohres 14 einsetzende Auswärtsbewegung des Steuerstabes wird durch die Sperreinrichtung Y^L verhindert. Sie ist in wesentlichen Teilen auch in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. Die eigentliche Sperre besteht dabei aus drei Sperrklinken 25, die gleichmäßig um den Antriebsstab herum angeordnet sind und in die Verzahnung 24 desselben eingreifen können. Jede Sperrklinke 25 ist an einem federnden Arm 26 befestigt, der mit seinem oberen Ende mit einer Hülse 16 z.B. mit Hilfe einer Sehweißung 27 verbund en ist. Mr die seitliefee Führung der Arme 26 ist die Hülse 16 mit Schlitzen 26 vereohea, sie ist an ihrem unteren Ende außerdem zur besseres, Führung verstärkt auegeführt (29). The outward movement of the control rod which occurs in the event of damage or any other leakage of the thimble tube 14 is prevented by the locking device Y ^ L. It is shown in essential parts in FIGS. 2, 3 and 4. The actual lock consists of three pawls 25, which are arranged evenly around the drive rod and can engage in the toothing 24 of the same. Each pawl 25 is attached to a resilient arm 26, which is connected with its upper end to a sleeve 16, for example with the aid of a weld 27. The lateral guidance of the arms 26 is the sleeve 16 with slots 26; it is also reinforced at its lower end for better guidance (29).

Die Hülse 16 ist am iferesa ofo@r@n Ende mit einem Kolben 17 verbunden, der entsprechend Figo 1 durch eine Feder 31, die sich an einem ringförmigen Bauteil 32 des Klinkenschritthebers abstütst, nach untenThe sleeve 16 is connected to a piston 17 at the iferesa ofo @ r @ n end, corresponding to Figo 1 by a spring 31, which support on an annular component 32 of the ratchet step lifter, downward

Ia Falle eines Ue. terdrück©® is Pingerfautrofar 14 gegenüber dem Kesselinnenräua wird oat sprechend Figo 2 der Kolben 17 nach oben gedrückt; "und aiaat dasit di© aa ihm, ütesr die Hülse 16 be-, festigten Sjrerrklialioa 25 sit« DiQ-äußer© Ab schrägung 37 dieserIa case of a Ue. As shown in Fig. 2, the piston 17 is pressed upwards against the inside of the boiler. "and aiaat dasit di © aa him, over the sleeve 16, fastened Sjrerrklialioa 25 sit« DiQ-outer bevel 37 of this

0 0 9 8 3 2/1208 ^Γ 0 0 9 8 3 2/1208 ^Γ

PLA .68/830-9PLA .68 / 830-9

Sperrklinken kommt dabei mit der FÜhrungsfläche 38 auf einem Führungsrohr 18, das mit der !Deckelbuchse 12 verschraubt ist, in Eingriff . Die Verschraubung selbst ist wiederum durch einen Stift gesichert. Die Führungsflache 38 bewirkt nun, daß entsprechend ■Pig.-2 die Sperrklinken 25 mit der Verzahnung 24 des Antriebsstabes in Eingriff kommen. Dieser Eingriff bleibt solange erhalten, bis durch Beseitigung des Schadens im Pingerhutrohr 14 ein Druckausgleich erfolgt. Damit die Sperrklinken 25 den Normalbetrieb in keiner Weise stören können, werden sie gemäß Pig. 1 durch ihre Gleitflachen 34 sowie die damit in Eingriff stehenden Führungsflächen 33 auf dem auf das Führungsrohr 18 aufgeschraubten Endstück 19 nach außen gedrückt. Dieses Endstück 19 ist wiederum über Stifte 35 in seiner Lage gesichert. Durch diese konstruktiven Maßnahmen ist dafür Sorge getragen, daß sich die Sperrklinken nur in zwei bestimmten Lagen befinden können, entweder in Eingriff mit dem Antriebsstab oder in ausgerückter Stellung gemäß Fig. 1, so daß eine Beeinträchtigung des normalen Betriebes des Steuerstabes ausgeschlossen ist.The pawl comes with the guide surface 38 on a guide tube 18, which is screwed to the cover sleeve 12, in engagement. The screw connection itself is in turn by a pin secured. The guide surface 38 now causes that accordingly ■ Pig. 2 the pawls 25 with the toothing 24 of the drive rod come into engagement. This intervention is maintained until the damage in the pingerhut tube 14 is eliminated, the pressure is equalized. So that the pawls 25 normal operation in in no way can they interfere, according to Pig. 1 is pressed outward by its sliding surfaces 34 and the guide surfaces 33 which are in engagement therewith on the end piece 19 screwed onto the guide tube 18. This end piece 19 is in turn over Pins 35 secured in place. These constructive measures ensure that the pawls are only in can be two specific positions, either in engagement with the drive rod or in the disengaged position shown in FIG. 1, so that an impairment of the normal operation of the control rod is excluded.

Da der Kolben 17 und der Antriebsstab 11 mit dem daran hängenden Steuerstab demselben Differenzdruck ausgesetzt sind, hängt die Beschleunigung dieser Bauelemente von ihrem Massenverhältnis ab. Bei Verwendung einer größtmöglichen Kolbenfläche wird die Beschleunigungsrate der Hülse und der daran hängenden Sperrklinken 25 um den Paktor 10 bis 20 höher sein als jene des Steuerstabantriebstabes, so daß das Einrasten der Sperrklinke 25 in die Verzahnung 24 des Antriebsstabes bereits beendet ist, bevor eine wesentliche Stabbewegung eintreten kann. , *Since the piston 17 and the drive rod 11 with the control rod hanging thereon are exposed to the same differential pressure, the Acceleration of these components from their mass ratio. Using the largest possible piston area increases the rate of acceleration of the sleeve and the pawls attached to it 25 to the Paktor 10 to 20 higher than that of the control rod drive rod, so that the engagement of the pawl 25 in the Toothing 24 of the drive rod has already ended before a substantial rod movement can occur. , *

Durch dieses Beispiel wird gezeigt, daß es mit verhältnismäßig einfachen Mittein möglich ist, den Sicherheitsanforderungen Genüge zu leisten. Selbstverständlich sind auch noch andere Konstruktionsmöglichkeiten denkbar, so z.B. mit Hilfe einer an sich bekannten Kugelsperre. Abschließend sei auch noch darauf hingewiesen, daß sich der Anwendungsbereich dieser Vorrichtung auf alle Kernreaktortypen erstreckt, deren Steuerstabantriebemecnaniesich, wenigstens zuia Teil innerhalb eines mit dem Reaktorkes-This example shows that it is possible to meet the safety requirements with relatively simple means afford to. Of course, there are also other design options conceivable, e.g. with the help of a ball lock known per se. Finally, it should also be pointed out that the scope of application of this device extends to all types of nuclear reactors whose control rod drives are mechanically at least partially within one with the reactor

00983 2/1208 _₅_00983 2/1208 _ ₅ _

- BAD ORlGINAt- BAD ORlGINAt

; /1911G57; / 1911G57

PLA 68/8309 -:PLA 68/8309 -:

-5--5-

selinnenraum verbundenen Fingerhutrohres befindet» -Er ist also nicht beschränkt auf die Verwendung s,B, in Druckwasserkern-' reaktoren, bei deren Weiterentwicklung die yorliegende Erfindung entstand. \ ;The thimble tube connected to the interior space is »- So it is not limited to the use s, B, in pressurized water core- ' reactors, in their further development the present invention originated. \;

4 Figuren4 figures

4- Patentansprüche4- claims

-ö-009832/1208-ö-009832/1208

Claims

191 TGtIt PLA 68/6309 -6- .. ■■■ - ■■ Patent claims

1. Control rod drive for a nuclear reactor of the pressure vessel type: the inside a pressure-tight "connected" to the vessel cover "" _v thimble tube. And the "pressure and temperature control. ratios is exposed to the boiler interior, characterized in that means are provided which upon the occurrence of a pressure difference between the Kesseliimeren: and the V-thimble lock a directed in particular outward movement of the strap on the drive in a conventional manner Regeistabes.

2. Device for the control rod drive according to claim 1, characterized in that within the thimble tube (H) "- in the vicinity of the boiler-side end of the same - and coaxially to the Hegelstab drive rod (11) by a spring '3") biased, with pawls (25) connected annular piston Ci?) Is provided and arranged in the thimble guide surfaces '35}. are that caused the pressure differences. Axial movement of the piston in radial movements of the pawls ice to Sin, handle sit a toothed surface (24) of the "drive rod" converts. . ■ _:

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that. & A- £ ■ "-die Mass ratios of drive rod with Hegel's rod on the one hand and piston with pawls and connecting elements., on the other hand are chosen so that the locking -the output rod is completed before the proper movement of the egg Mentes could use due to the pressure difference. · *

'. Device according to claim 2, characterized in that the: drive rod is provided over its entire surface with a toothing (24) which is also used for the engagement of the loading. wegungsk-cinJcen of Hegel drive rod is formed ona ~ d.ie Locked.! sink into a hülsei ".fÖrmigen, coaxial to the drive, rod angöoräneten geschiitaten component (16} are stored uni aeitiicügefüort. _Θ09832 / 120

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Leers ei teBlank page