DE1911057C3

DE1911057C3 - Interlock for a nuclear reactor control rod drive

Info

Publication number: DE1911057C3
Application number: DE19691911057
Authority: DE
Inventors: Arthur G.; Thorp Ruth S.; Pittsburgh Pa. Thorp (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-03-08
Filing date: 1969-03-05
Publication date: 1978-01-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verriegelung für einen Kernreaktor-Regelstabantrieb, der in einem Fingerhutrohr angeordnet ist, das seinerseits mit dem Druckbehälter des Kernreaktors druckdicht verbunden und den Druck- und Temperaturverhältnissen des Druckbehälterinnenraums ausgesetzt ist, wobei die Verriegelung durch einen Eingriff von Sperrrklinken in eine Verzahnung einer mit dem Regelstab verbundenen Antriebsstange erfolgt.The invention relates to a lock for a nuclear reactor control rod drive, which in a Thimble tube is arranged, which in turn is connected in a pressure-tight manner to the pressure vessel of the nuclear reactor and the pressure and temperature conditions of the pressure vessel interior is exposed, wherein the Locking by engagement of ratchets in a tooth system connected to the control rod Drive rod takes place.

Eine solche Verriegelung ist bekannt (US-PS 30 20 887). Hierbei sind die Sperrklinken gegenüber der Verzahnung in Einfahrrichtung des Steuerstabes nachgiebig, dagegen in Ausfahrrichtung starr, wobei sie bei einem gewollten Ausfahren des Steuerstabes .hydraulisch entriegelt werden müssen. Das Ausfahren erfolgt dann so, daß durch einen hydraulischen Betätigungsdruck ein mit der Antriebsstange verbundener Kolben in Ausfahrrichtung beaufschlagt wird, wobei der hydraulische Gegendruck gebildet wird durch den Druckbehälterinnenraum-Druck oder aber - falls dieser abfällt — durch den Gegendruck eines hydraulischen Speichers. Ein unerwünschtes Ausfahren des Steuerstabes während seiner Ausfahrbetätigung bei Abfall des Druckbehälterinnendruckes ist zwar durch den redundanten Speicherdruck zunächst verhindert, jedoch ist hierzu ein verhältnismäßig hoher Aufwand an Rückschlagventilen, redundanter Leitungsführung und sonstiger Hydraulik erforderlich und außerdem ist hierbei immer noch nicht die Gewähr gegeben, daß bei einem Leck der Fingerhutrohr-Kanäle, die den Gegendruck führen, ein unerwünschtes Ausfahren bei der Ausfahrbetätigung verhindert ist.Such a lock is known (US-PS 30 20 887). Here are the pawls opposite the Toothing in the direction of retraction of the control rod, on the other hand rigid in the direction of extension, with an intentional extension of the control rod .have to be hydraulically unlocked. The extension takes place then so that a piston connected to the drive rod by a hydraulic actuation pressure is applied in the extension direction, the hydraulic counterpressure being formed by the Pressure vessel interior pressure or - if this drops - by the counter pressure of a hydraulic one Memory. An undesired extension of the control rod during its extension actuation at A drop in the internal pressure of the pressure vessel is initially prevented by the redundant storage pressure, however, this involves a relatively high expenditure on check valves, redundant line routing and other hydraulics required and, moreover, there is still no guarantee that with a leak in the thimble tube channels that lead the back pressure, an unwanted extension in the Extension actuation is prevented.

Bei Steuerstabantrieben, die Mit elektromagnetischen Klinkenschritthebern arbeiten, enthalten die Fingerhutrohre außer den Antriebsstangen den elektromagnetischen Klinkenantrieb, weicher durch einen mechanischen Kraftschluß mit den Antricbsstiingen deren jeweilige Position festlegt. Die Fingerhutrohre sind für die Montage und die Stromversorgung dieser Antriebseinrichtungen aus einzelnen Teilen aufgebaut, die z. B. über Flansche druckdicht miteinander verbunden sind.For control rod drives with electromagnetic Working pawl step lifters, the thimble tubes contain the electromagnetic one in addition to the drive rods Ratchet drive, softer due to a mechanical frictional connection with the drive rods defines the respective position. The thimble tubes are constructed for the assembly and the power supply of these drive devices from individual parts that, for. B. are connected to one another in a pressure-tight manner via flanges.

Auch die Kabeldurchführungen müssen in entsprechender Weise druckdicht sein. Auch hier ergibt sich sinngemäß zum eingangs erläuterten hydraulischen Regelstabantrieb die Gefahr, daß eine Undichtigkeit an S den Fingerhutrohren auftritt, wobei hier der Druck im Fingerhutrohr gegenüber dem Kesselinnendruck abfallen würde. 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 unerwünschte plötzliche Leistungssteigerung des Kernreaktors verbunden. The cable bushings must also be pressure-tight in a corresponding manner. In this case, too, there is a risk, analogous to the hydraulic control rod drive explained at the outset, that a leak will occur at the thimble tubes, the pressure in the thimble tube here being less than the internal pressure in the boiler. If such a malfunction occurs, the higher pressure inside the boiler would try to move the drive rods with the control rods attached to them out of the respective working position, and this under certain circumstances very quickly. This would result in an undesirable sudden increase in the performance of the nuclear reactor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verriegelung für einen Kernreaktor-Regelstabantrieb der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine ungewollte Bewegung der Reaktorregelstäbe beim Auftreten von Undichtigkeiten im Fingerhutrohr mit Sicherheit verhindert ist, d. h. nicht nur in Ruhestellung des Regelstabes, sondern auch dann, wenn er gerade bewegt wird und deshalb ein momentaner Klinkeneingriff nicht vorliegt.The invention is based on the object of the lock for a nuclear reactor control rod drive to train the type mentioned so that an unwanted movement of the reactor control rods when The occurrence of leaks in the thimble tube is prevented with certainty, d. H. not only in rest position of the control rod, but also when it is being moved and therefore a momentary latch engagement not available.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem von Antriebsstange und Fingerhutrohr gebildeten Ringraum am druckbehälterseitigen Ende ein federvorgespannter Ringkolben vorgesehen ist, daß der Ringkolben mit den Sperrklinken verbunden ist und daß im Fingerhutrohr Führungsflächen angeordnet sind, die eine durch einen Druckunterschied zwischen dem Druckbehälterinnenraum und dem Fingerhutrohr bewirkte Axialbewegung des Ringkolbens in eine Radialbewegung der Sperrklinken bis zum Eingriff in die Verzahnung umsetzen.According to the invention, the object is achieved in that in the drive rod and thimble tube formed annular space at the end of the pressure vessel side a spring-loaded annular piston is provided is that the annular piston is connected to the pawls and that arranged in the thimble tube guide surfaces are, the one by a pressure difference between the pressure vessel interior and the Thimble tube caused axial movement of the annular piston in a radial movement of the pawls up to Implement intervention in the toothing.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß hierdurch eine eigensicher arbeitende Lagensicherung für den Regelstab mit geringem Aufwand realisierbar ist und daß die Masse der die Verriegelung bildenden zusätzlichen Bauelemente im Vergleich zur Masse der Antriebsstange und des daran gekuppelten Regelstabes sehr gering gehalien werden kann, so daß die Sperrklinken beim Auftreten eines Unterdruckes in einem Fingerhutrohr sehr schnell mit demselben in Eingriff kommen. Eine ernsthafte Störung des Reaktorbetriebes wird dadurch mit Sicherheit vermieden.The advantages that can be achieved with the invention are primarily to be seen in the fact that this results in an intrinsically safe working position protection for the control rod can be realized with little effort and that the mass the additional components forming the lock compared to the mass of the drive rod and of the control rod coupled to it can be very low, so that the pawls when Occurrence of a negative pressure in a thimble tube come into engagement with the same very quickly. One Serious disturbance of the reactor operation is avoided with certainty.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die Figuren der Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. I einen Längsschnitt durch das Innere eines Fingerhutrohres in der Nähe des Druckbehälterdeckels, Fig. 2 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch mit in Eingriff befindlichen Sperrklinken,For a more detailed explanation of the invention, reference is made to the figures in the drawing, in which an exemplary embodiment is shown. Show it:
FIG. I shows a longitudinal section through the interior of a thimble tube near the pressure vessel cover, FIG. 2 shows a longitudinal section similar to FIG. 1, but with pawls in engagement,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie HI-III von F i g. 2 undFIG. 3 shows a cross section along the line HI-III of FIG. 2 and

Fig.4 teilweise im Schnitt eine vergrößerte Ansicht der Anordnung der Sperrrklinken entsprechend F i g. 2.4 shows an enlarged view, partially in section the arrangement of the pawls according to FIG. 2.

Hier wie im folgenden soll der Begriff Regelstab derHere, as in the following, the term rule rod is intended to be the

allgemeine Ausdruck für Steuerstäbe, Trimmstäbe usw.general expression for control rods, trim rods, etc.

sein, wobei sich das Ausführungsbeispiel auf einen Steuerstabantrieb bezieht.be, the embodiment relates to a control rod drive.

In den Deckel 10 des Kernreaktordruckbehälters ist gemäß Fig. 1 eine Deckelbuchse 12 eingesetzt und mit Hilfe der Schweißnaht 21 befestigt und abgedichtet. Auf diese Deckelbuchse 12 ist das eigentliche FingerhutrohrIn the cover 10 of the nuclear reactor pressure vessel according to FIG. 1, a cover sleeve 12 is inserted and with Using the weld seam 21 attached and sealed. The actual thimble tube is on this cover sleeve 12

(>5 14 aufgesetzt und ebenfalls mit einer Schweißnaht 22 abgedichtet. In ähnliche·" Weise ist auch das obere nicht dargestellte Ende des Fingerhutrohrcs 14 abgeschlossen und damit in der Lage, dem hohen Reaktorinnendruck(> 5 14 attached and also with a weld 22 sealed. In a similar way, the above is not either The end of the thimble tube 14 shown is closed and thus able to withstand the high internal pressure in the reactor

standzuhalten. Im Inneren dieses Rohres 14 befindet sich der Steuerstabantriebsmechanismus 13 zusammen mit der Verriegelung 15.to withstand. Inside this tube 14 is the control rod drive mechanism 13 together with the lock 15.

Der Steuerstabantriebsmechanismus 13, von dem nur ein Teil dargestellt ist kann vom Typ des sogenannten Klinkenschritthebers sein. Dieser Antrieb enthält eine Mehrzahl von Greifklinken 23, die magnetisch betätigt in eine Umfangsverzahnung 24 auf der Antriebsstange 11 eingreifen und diese entsprechend der Wirkung der Magnetspulen in vertikaler Richtung hin- und herbewegen. The control rod drive mechanism 13, only a part of which is shown, may be of the so-called type Be ratchet step lifter. This drive contains a plurality of gripping pawls 23 which are actuated magnetically engage in a circumferential toothing 24 on the drive rod 11 and this according to the effect of Move the solenoids back and forth in the vertical direction.

Die im Falle einer Beschädigung oder einer sonstigen Undichtigkeit des Fingerhutrohres 14 einsetzende Auswärtsbewegung des Steuerstabes wird durch die Verriegelung 15 verhindert. Sie enthält drei Sperrklinken 25, die gleichmäßig um die Antriebsstange 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 Schweißung 27 verbunden ist. Für die seitliche Führung der Arme 26 ist die Hülse 16 mit Schlitzen 28 versehen, sie ist an ihrem unteren Ende außerdem zur besseren Führung verstärkt ausgeführt (29).In the event of damage or any other Leakage of the thimble tube 14 beginning outward movement of the control rod is through the Latch 15 prevented. It contains three pawls 25 that are evenly positioned around the drive rod are arranged and can engage in the toothing 24 thereof. Each pawl 25 is on one attached resilient arm 26, which with its upper end with a sleeve 16 z. B. with the help of a weld 27 is connected. For the lateral guidance of the arms 26, the sleeve 16 is provided with slots 28, it is on their lower end also reinforced for better guidance (29).

Die Hülse 16 ist an ihrem oberen Ende mit einem Ringkolben 17 verbunden und wird durch eine Feder 31, die sich an einem ringförmigen Bauteil 32 des Klinkenschritthebers absiützt, nach unten gedrückt.The sleeve 16 is connected at its upper end to an annular piston 17 and is supported by a spring 31, which is supported on an annular component 32 of the ratchet step lifter, pressed downwards.

Im Falle eines Unterdruckes im Fingerhutrohr 14 gegenüber dem Kesselinnenraum wird entsprechend Fig. 2 der Kolben 17 nach oben gedrückt und nimmt damit die an ihm über die Hülse 16 befestigten Sperrklinken 25 mit. Die äußere Abschrägung 37 dieser Sperrklinken kommt dabei mit der FOhrungsfläche 38 auf einem Führungsrohr 18, das mit der Deckelbuchse 12 verschraubt ist, in Eingriff. Die Verschraubung selbst ist wiederum durch einen Stift 36 gesichert. Die Führungsfläche 38 bewirkt nun, daß entsprechend Fig. 2 die Sperrklinken 25 mit der Verzahnung 24 der Antriebsstange in Eingriff kommen. Dieser Eingriff bleibt so lange erhalten, bis durch Beseitigung des Schadens im Fingerhutrohr 14 ein Druckausgleich erfolgt. Damit die Sperrklinken 25 den Normalbetrieb in keiner Weise stören können, werden sie gemäß F i g. 1 durch ihre Gleitflächen 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.In the event of a negative pressure in the thimble tube 14 opposite to the boiler interior, the piston 17 is pushed upward as shown in FIG. 2 and takes so that the pawls 25 attached to it via the sleeve 16 with it. The outer bevel 37 of this The pawl comes with the guide surface 38 on a guide tube 18, which is connected to the cover socket 12 is screwed into engagement. The screw connection itself is in turn secured by a pin 36. the Guide surface 38 now has the effect that, as shown in FIG. 2, the pawls 25 with the toothing 24 of the Drive rod come into engagement. This intervention continues until the Damage in the thimble tube 14 a pressure equalization takes place. So that the pawls 25 normal operation in can not interfere in any way, they are according to FIG. 1 by their sliding surfaces 34 as well as engaging therewith standing guide surfaces 33 on the end piece 19 screwed onto the guide tube 18 pressed outside. This end piece 19 is in turn secured in its position by pins 35. Through this Constructive measures ensure that the pawls are only in two specific positions can be located, either in engagement with the drive rod or in the disengaged position according to FIG Fig. 1, so that an impairment of the normal operation of the control rod is excluded.

Da der Kolben 17 und die Antriebsstange 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 Beschleunigung der Hülse und der daran hängenden Sperrklinken 25 um den Faktor 10 bis 20 höher sein als jene des Steuerstabantriebstabes, so daß das Einrasten der Sperrklinke 25 in die Verzahnung 24 der Antriebsstange bereits beendet ist, bevor eine wesentliche Stabbewegung eintreten kann.Since the piston 17 and the drive rod 11 with the control rod attached to it have the same differential pressure are exposed, the acceleration of these components depends on their mass ratio. at Using the largest possible piston area will accelerate the sleeve and the one attached to it Pawls 25 be higher by a factor of 10 to 20 than that of the control rod drive rod, so that the engagement the pawl 25 in the toothing 24 of the drive rod has already ended before a substantial Rod movement can occur.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patentanspruch:Claim:

Lock for a nuclear reactor control rod drive, which is arranged in a thimble, which in turn is connected to the pressure vessel of the nuclear reactor in a pressure-tight manner and is exposed to the pressure and temperature conditions of the pressure vessel interior, the lock by engagement of pawls in a toothing of a connected to the control rod Drive rod takes place, characterized in that a spring-loaded annular piston (17) is provided in the annular space formed by the drive rod (11) and thimble tube (14) at the pressure vessel end, that the annular piston (17) is connected to the pawls (23) and that in the thimble (14) guide surfaces (38) are arranged, which implement a caused by a pressure difference between the pressure vessel interior and the thimble tube (14) axial movement of the annular piston (17) into a radial movement of the pawls (25) into engagement with the toothing (24) .