DE1923509U - Sicherheits- und regelvorrichtung fuer kernreaktoren. - Google Patents

Description

410-10.483G 13.4.1965

Commissariat a !'Energie itoiique, Par i s (irankreich)

Sicherheits- und Regelvorrichtung für KernreaktOren

Die vorliegende !feuerung bezieht sieh auf Sicherheitsvorrichtungen für Kernreaktoren, die eine Sctoellabschaltung des Reaktors durch Einbringen von Eleiaenten mit erhöhter Fähigkeit zur Absorption von Heutronen in den Kern enHögliohen.

Bekanntermaßen werden diese neütronenabsörbierenden Elemente im allgemeinen; durch starre, zylindrische Stäbe; gebildet, die während des normalen Betriebes außerhalb des Reaktors angeordnet sind, genauer gesagt, innerhalb eines Schutzmantels. Biese Stäbe werden bei Bedarf in das Innere der dafür im Reaktorkern vorgesehenenKanäle eingelassen« Wenn;sie sich vollständig außerhalb des Kerns befinden, ist daher ihr Platzbedarf in Längsrichtung von der gleichen Größenordnuttg wie die Länge der Kanäle, in die sie eingefahren werden»

410-(B1577-3)-ro (7)

Es wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um diesen notwendigen freien Raum für die Stäbe zu verringern, aber die erzielte Verminderung des Platzbedarfs in Längsrichtung wird dabei jeweils durch eine Beeinträchtigung der Einfacheit des Betätigungs-Mechanismus oder auch der Wirksamkeit der Stäbe (zu geringe absorbierende Fläche) erkauft.

Die Neuerung ist nun vorteilhaft bei Reaktoren mit vertikalen Kanälen anwendbar und insbesondere bei einem Reaktor, über dessen Kern eine üblicherweise "Beschickungsboden" genannte Laderaum angeordnet ist und der von dieser Kammer durch eine biologische Abschirmung bzw. Abschirmplatte getrennt ist; sie kann auch ebenso bei jedem anderen Ladesystem angewendet werden.

Die vorliegende Neuerung hat zum Ziel, eine Sicherheitsoder Regelvorrichtung für einen Kernreaktor mit geringem Platzbedarf"im ausgefahrenen Zustand und von einfacher und wenig kostspieliger Ausführungsweise vorzusehen, die selbst, wenn der Kanal leicht deformiert ist, frei in denselben unter der Wirkung der Schwerkraft eintreten kann; die neuerungsgemäße Vorrichtung wird im wesentlichen durch wenigstens ein gegliedertes bzw. aufklappbares neutronenabsorbierendes Element oder einen solchen "Stab" gebildet sowie durch Antriebs- oder Betätigungsmittel für die Verlagerung des Elementes von

außerhalb in das Innere des entsprechenden Kanals im Reaktorkern und in entgegengesetzter Richtung zwischen einer zusammengefalteten Stellung, in der es sich vollständig außerhalb des Kerns befindet und einer entfalteten oder gestreckten Stellung, in der es im wesentlichen die ganze Länge des Kanals einnimmt«

Die Neuerung hat demgemäß eine Sicherheits- und Regelvorrichtung für einen Kernreaktor zum Gegenstand, die aus mehreren Reihen von kleinen Platten polygonaler Form besteht mit zwei paralleln Außenseiten, wobei jede der Platten längs dieser paralleln Seiten einerseits mit der unteren Platte und andererseits mit der oberen Platte aneinanderstoßend und gelenkig verbunden ist und alle diese Reihen mit einem ihrer Enden an der Eintrittsöffnung des Reaktors befestigt sind, während das andere Ende durch ein gemeinsames Betätigungsorgan getragen wird.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsart der Neuerung enthält die Vorrichtung mehrere Reihen von trapezförmigen Platten, die seitlich aneinandergrenzen und untereinander über die kleinen Basen dieser Platten verbunden sind, so daß jede Platte einer Reihe in ausgestreckter Position mit den weiter angrenzenden Platten der anderen Reihen einen Pyramidenstumpf von inverser Richtung zu den Pyramidenstümpfen der

direkt darüber und darunter befindlichen Platten bildet. Der "Stab" hat also in entfalteter bzw. aufgeklappter Position beispielsweise hescagonale oder dreieckige polygonale Querschnittslinien. Es ist klar, daß man auch jede andere polygonale form mit irgendeiner Anzahl von Elementen anwenden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung enthält die Vorrichtung einen Ballast- oder Beschwerungsblock, der am unteren Ende des "Stabes" befestigt und mit einem Seil verbunden ist, das durch den Plattenverband hindurchtritt und auf eine oberhalb des "Stabes" angeordnete Winde aufgewickelt wird.

Die Neuerung umfaßt darüber hinaus gleichfalls weitere vorteilhafte Merkmale, die in Verbindung mit den vorstehend angegebenen anwendbar sind. Alle diese Merkmale und Vorrichtungen werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer beispielshaft und nicht einschränkend angegebenen Ausführungsart der Neuerung für einen Reaktor mit einem Ladesystem in Form eines BesoMckungsbodens hervorgehen.

Zusammenfassend können die folgenden besonders interessierenden Vorteile dieser Neuerung angegeben werden:

- Der Aufbau des absorbierend wirkenden Elements in Form

von Platten ist sehr einfach;

- sein Platzbedarf außerhalb des Kerns ist sehr gering (dieser Platzbedarf ist "gleich der Summe der Dicken der aufeinanderfolgenden Platten und er ist in dem nachfolgend angegebenen Beispiel um einen Faktaror 12 geringer als die lange des ausgestreckten Elementes);

- die ladefläche des Beaktors wird vollständig freigelassen;

- der Betätigungsmechanismus für das absorbierende Element

ist einfach und kann bequem in einer biologischen Abschirmung

/normaler Dicke

bzw. einem biologischen Panzer/untergebracht werdenj

- der Zwischenraum zwischen der Oberfläche des Kerns Und der biologischen Abschirmung kann auf das für den Abfluß des Kühlmittels erforderliche Minimum reduziert werden*

Auf den angefügten Zeichnungen zeigt!

Fig. 1 die gesamte Torrichtung mit zusammengefaltetem "Stab" bei normalem Reaktorbetrieb; ;

Pig. 2 die gesamte Vorrichtung mit dem in das Innere des

entsprechenden Kanals im Reaktorkern ausgestreckten

"Stab"; \ .Λ,- ^: V ■■.■";■■ :- _ '/ ..

fig. 3 den Stab in zurückgenommener Position zur Demontage;

Fig. 4 einige Platten in zusammengefalteter Position im Längsschnitt;

Fig. 5 eine Aufsieht auf zusammengefaltete polygonale Platten;

Fig. 6 die Anordnung der schematisch auf Fig. 2 gezeigten Elemente im vergrößerten Maßstab in einem durch die Kanalachse gehenden Schnitt;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teils des entfalteten Stabes;

Fig. 8 eine Ausführungsvaiäante des Stabes mit vier Platten-Elementen;
Fig. 9 eine weitere Variante mit drei Platten-Elementen.

In Fig. 1 und 2 sieht man die gesamte Vorrichtung mit dem Betätigungsmechanismus, der Abschirmung und dem zusammengefalteten bzw. entfalteten Stab. Diese Vorrichtung kann vollständig innerhalb der biologischen Abschirmung enthalten sein, die den Kern vom Besohickungsboden trennt. Die ganze Anordnung befindet sieh in einer zylindrischen Hülse 1, die vollständig durch die biologische Abschirmung 2, die den Kern 3 vom "Beschickungsboden 4 des Reaktors trennt, hindurchgeht. Diese Hülse 1 ist in den Zwischenraum 5 zwischen der Abschirmung 2 und dem Kern hineinverlängert und ermöglicht die Anordnung des zusammengefalteten Stabes 6 direkt oberhalb des entsprechenden Kanals 7 des Kerns 3· Die Hülse 1 hat an ihrem unteren Ende einen Absatz 8, auf dem eine weitere bewegliche Hülse 9 gelagert ist,

die den Stab 6 in zusammengefalteter Position aufnehmen kann; in einem oberen Teil hat die Hülse 1 einen Absatz 10 zur Unterstützung des Stopfens 11.

Dieser Stopfen 11 läßt an seinem oberen Ende einen freien Raum 12, der den Betätigungsmechanismus aufnimmt; dieser Mechanismus umfaßt eine Winde 13, auf die ein zur Betätigung des "Stabes" 6 dienendes Seil 14 aufgewickelt ist. Diese Winde 13 ist einerseits mit einer Vorrichtung zur Dämpfung der letzten Phase des Einfährvorganges und andererseits über eine elektromagnetische Kupplung mit einem Motorantrieb mit Untersetzungsgetriebe fest verbunden; diese Organe sind alle in dem freien Raum 12 angeordnet (die Antriebs-^Kupplungs- und Untersetzungsvorrichtungen fehlen in den Zeichnungen).

Die Versorgung des Motors erfolgt über Kontakte 15, die mit dem oberen Teil des Stopfens 11 verbunden sind und mit Kontakten 16 innerhalb der zylindrischen Hülse 1. Der automatische Kontakt zwischen diesen KontaktOrganen erfolgt bei einer geeigneten gegenseitigen Winkeleinstellung, für die an dem Stopfen 11 ein Einstellfinger vorgesehen ist, der mit einer an der Hülse 1 befestigten Einstell-Führungskurve zusammenwirkt .

Unter der Winde 13 wird der Stopfen 11 durch einen aus-

gefüllten Bereich 17 zur biologischen Absehirmung gebildet, der längs der Achse einen Durchgang 18 mit geringem Durchmesser für den freien Durchtritt des Seils 14 aufweist.

Der absorbierende "Stab" 6, der in Mg.2 in "ausgefahrener" Stellung dargestellt ist, und von dem Ausführungseinzeiheiten in den Fig. 4 bis 7 gezeigt werden, enthält eine Mehrzahl von polygonalen Platten 19 mit zwei zueinander parallelen Außenseiten 19a und 19b. Jede dieser Platten wird durch eine Armatur oder einen Beschlag 20 gebildet mit Soharnierelementen 21 bzw. 22 an jeder der parallelen Außenseiten und durch eine Platte 23 aus einem Material mit hohem Neutronen-Einfangquersehnitt, die durch Niete 24 auf dem Beschlag 20 befestigt ist. Dieser Besehlag 20 ist vorzugsweise aus Metall, aber er kann ebenso auch aus einem neutronenabsorbierenden Material bestehen. Die obersten Platten hängen frei mit ihren kleinen Basen an der beweglichen Hülse 9, während die untersten Platten in gleicher Weise über ein öelenk mit ihren kleinen Basen an einem Gewicht 25 befestigt sind, das mit einem Bedienungsseil 14 fest verbunden ist.

Die Platten 19 haben vorzugsweise die Form eines Trapezes (Fig. 5,8 und 9)» dessen große und kleine Basen die parallelen Seiten 19a und 19b bilden.

Jede Platte ist nun gelenkig mit ihrer großen Basis 19a mit der großen Basis der angrenzenden Platte und auf der anderen Seite mit ihrer kleinen Basis 19"b mit der kleinen Basis der anderen angrenzenden Platte unter Bildung einer Reihe von untereinander aufklappbaren Elementen verbunden, wobei die einzelnen Platten-Reihen bis den kleinen Basen 19"b miteinander verbunden sind.

Die fig. 5,6 und 7 zeigen eine Ausführungsart für einen Stab mit β Reihen von trapezförmigen gelenkig miteinander verbundenen Platten. Die öelenkachsen 21 der großen Basen der Platten jeder Reihe sind voneinander unabhängig, während in die Scharniere 22 der kleinen Basen eines liveaus Gelenkbolzen 29 eingezogen sind, die durch ein und denselben starren Ring 31 von polygonaler Form getragen werden, dessen Seiten je einer Reihe entsprechen. Dieser Ring 31 hält den Abstand zwischen den kleinen Basen in der Weise konstant, daß die nicht parallelen Seiten der trapezförmigen Platten des "Stabes" bei gestreckter Position mit denjenigen der lachbarreihen in Berührung kommen.

Die Neigung dieser Seiten wird so gewählt, daß die Platten in gestreckter Position eine Folge von Pyramidenstümpfen 26, 28 (fig.7} bilden, die abwechselnd mit ihren kleinen Basen 21 und ihren großen Basen 22 aneinandergrenzend entgegengesetzt

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gerichtet sind. Der "Stab" 6 hat so beispielsweise einen hexagonalen Querschnitt variabler Fläche.

Ia zusammengefalteter Psjbition werden die Platten gegeneinander und gegen das obere Ende der HüJse 9 gepreßt (Pig. 4).

Die verschiedenen Plattenreihen sind gleichmäßig um das Bedienungsseil 14 angeordnet.

Die Zahl der Plattenstapel kann geändert werden, wie die Mg. 8 und 9 zeigen. Die Fig. 8 zeigt einen "Stab" mit vier Reihen 30 von trapesförmigen Platten, der demnach viereckige oder quadratische Querschnittslinien aufweist. Fig. 9 zeigt demgegenüber einen "Stab" mit drei Stapeln 32 trapezförmiger Platten, die dreieckige Querschnittslinien liefern.

Ebenso wie in Fig. 5 gezeigt, berühren die Platten jeder Reihe in gestreckter Position diejenigen der benachbarten Reihen und bilden eine Folge von entgegengesetzt gerichteten Pyrami denstümpfen.

Selbstverständlich können noch weitere Formen von Stäben mit einer anderen Zahl von Reihen oder anderen Formen der polygonalen Platten ausgeführt werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Position entspricht dem normalen Eeaktorbetrieb, wo der absorbierend wirkende "Stab" 6 vollständig außerhalb des Kerns in zusammengefalteter Position oberhalb des entsprechenden Kanals 7 angeordnet ist. Bei einer Störung, wie beispielsweise einem Stromausfall gibt die magnetische Kupplung die Winde 13 frei und der "Stab" 6 entfaltet sich infolge der insbesondere auf das Gewicht 25 einwirkenden Schwerkraft in den zugehörigen Kanal 7 hinein.

Er wird am Ende dieses Vorganges durch die mit der Winde 13 verbundene Dämpfungsvorrichtung gebremst. Der "Stab" 6 weist nun in dieser Position eine für den Heutronenfluß maximal absorbierende Fläche auf und er wird bei Bedarf durch die Winde 13 wieder in seine bewegliche Hülse 9 zurückgebracht.

Für das Auswechsln eines Regel- oder Sicherheitsstabes oder eines Elements der mechanischen Betätigung (Winde oder Motor und Untersetzung) wird die normalerweise in der in Fig. 1 gezeigten Position befindliche bewegliche Hülse 9 bis zur unteren Fläche des Stopfens 11 (Fig. 3) durch die Winde 13 eingezogen, da die bewegliche Hülse bei zusammengefalteter Position des "Stabes" β mit diesen "fest verbunden" ist und mitgenommen wird. Danach kann man nun den Stopfen 11 mit Winde, Seil und Stab aus der festen Hülse 1 mittels eines mit der Eingreif Öffnung -.26

des Stopfens 11 zusammenwirkenden Greifers durch eine in dem Betonpanzer* vorgesehene Öffnung oberhalb jedes Sicherheitsstabes herausnehmen. Man braucht dann nur die gesamte Anordnung auszutauschen.

Im vorstehenden Beispiel wurde ein "Sicherheitsstab" besehrieben, aber es ist klar, daß diese gelenkige Anordnung ebenso als Regelstab verwendet werden kann. Der "Stab" sollte dann in zusammengefalteter Position vorteilhaft am unteren Ende des Reaktors angeordnet sein, wobei dann das Einfahren von unten nach oben über ein Seil und eine Winde stattfindet»

für die Steuerung bietet diese Variante den Vorteil, daß der eingefahrene Teil des"Stabes " selbst bei teilweisen Einfahren in den entsprechenden Kanal stets in gestreckter Position vorliegt; die Fläche des absorbierenden Materials des "Stabes" ist dann der in den Kanal eingefahrenen Länge proportional.

Claims (9)

-υ- RA. 189034*13.4.65 Sahi&tzansprüche

1. Sicherheits- und Regelvorrichtung für einen Kernreaktor, gekennzeichnet durch mehrere Reihen von Platten (19) poly-f. gonaler Form mit zwei parallelen Außenseiten (19a,19b), wobei jede Platte mit der darunter befindlichen und der darüberbefindlichen Platte aneinanderstoßend und gelenkig längs dieser parallelen Außenseiten verbunden ist und das eine Ende aller Reihen an der Zutrittsöffnung des Reaktors befestigt ist, während das andere Ende durch ein Organ (25) für die gemeinsame Betätigung getragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Reihen von trapezförmigen Platten (19), die seitlich aneinander grenzend miteinander über die kleinen Basen (19b) der Platten miteinander verbunden sind, wobei jede Platte einer Reihe in gestreckter Position mit den weiteren angrenzenden Platten der anderen Reihen gleicher Höhe einen Pyramidenstumpf von entgegengesetzter Richtung zu den Pyramidenstümpfen der direkt darüber und direkt darunter befindlichen Platten bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch starre polygonale Ringe (31) für die gelenkige Verbindung der kleinen Basen (19b) je zweier entsprechender angrenzender Platten aller Reihen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die freihängende Befestigung der obersten Platten der Reihen am oberen Ende einer Hülse (9) für die Aufnahme der Gesamtheit der Platten in zusammengefalteter Position.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede polygonale Platte (19) ein neutronenabsorbierendes Material (25) enthält, das auf einem Beschlag (20) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschlag (20) ebenfalls aus einem neuironenabsorbierenden Material besteht.

7« Vorrichtung nach Anspruch 5_} dadurch gekennzeichnet, daß der Beschlag (20) aus Metall ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) zur Aufnahme der Platten (19) beweglich am oberen Teil der Reaktorabschirmung (2) angebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (19) in zusammengefalteter Position am unteren Ende des Reaktors angeordnet sind und das Betätigungsorgan (25) an den obersten Platten befestigt ist.