DE1950646A1 - Steuerstabantrieb fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

• " Steuerstabantrieb für Kernreaktoren " Steuerstäbe haben in Kernreaktoren einmal die Funktion, die Reaktorleistung zu verstellen und den Abbrand zu regulieren.
• Dazu ist eine mehr oder weniger feine Verstellung der Stäbe not vendig; diese Verstellung wird in bekannter Weise durch einen mechanischen Antrieb bewirkt.
• Zum anderen haben die oteuerstäbe die Aufgabe, den Reaktor im Notfall abzuschalten (Scram-Fall), wozu sie sehr schnell in den Kern eingeschossen werden mussen; es ist bekannt, zu diesem Zweck einen hydraulischen oder pneumatischen antrieb vorzusehen.
• Eine spezielle Ausführung der Kombination des mechanischen Antriebes mit dem hydraulischen bzw. pneumatischen Anrieb zeigt dabei die DPS 1 169 596. Bei diesem Steuerstabantrieb ist der Absorberteil an einem Hohlkolben befestigt, wobei der Hohlkolben auf einer Mutter aursitzt, die von einer Spindel angetrieben wird. Der Spindelantrieb dient zur FeinverstellunJ, während der llohlkolben im Scram-Fall mit hydraulischen oder pneumatischen Mitteln von der Mutter abgehoben und in den Kern eingeschossen wird.
• Dieser bekannte Antrieb ist vollkommen unterhalb des Druckgefäßbodens angeordnet. Br erfordert eine große Bau- und Ausbautiefe. Außerdem ist der Durchmesser des Stutzens am Druckgefäß, an dem der Antrieb angeflanscht ist, relativ groß. Die Dicke und Genauigkeit der Steuerstabstutzen geht jedoch stark in die Fertigungszeit der Reaktordruckgefäße ein; außerdem wird mit zunehmender iieistunsgröße, d. h. mit wachsender Steuerstabzahl und entsprechender Stutzenzahl die Herstellung des Druckgefäßbodens immer schwieriger.
• -Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Steuerstabantrieb, bei dem ein mechanischer antrieb mit einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb in der Weise kombiniert ist, daß der Absorberteil des Steuerstabes an einem Hohlkolben befestigt ist, der bei einer Schnellabschaltung hydraulisch oder pneumatisch in den Kern eingefahren, im Normalbetrieb mit mechanischen Mitteln feinverstellt wird, diesen im Gegensatz zu dem Antrieb nach der DPS 1 169 596 so auszubilden, daß die unter dem Reaktor erforderliche Bau-und Ausbautlefe verkürzt und die btutzendurchmesser verkleinert werden kann. Dies gelingt gemäß der Srtindung dadurch, daß zur Fe5wverstellung der Hohlkolben oberhalb seines Bundes (11) als Spindel (12) ausgebildet ist, mit Mitteln (13) gegen Verdrehungen gesichert ist, und eine an dem Spindelhohlkolben angreifende aus Rollenhebeln (14) bestehende mutterähnliche Vorschubeinrichtung vorgesehen ist, die im Innern des Reaktordruckgefäßes angeordnet ist und durch den Feinverste11antrieb (16, 25) in Rotation versetzt wird.
• Es ist zxva: bekannt, einen Steuerantrieb im Druckgefäß anzuordnen (-Schultæ Steuerung und Regelung von Kernreaktoren und Kerntraitwerken), jedoch ist im bekannten Fall eine rein hydraulische, nicht vergleichbare Lösung vorgesehen.
• An Hand von in der Zeichnung dargestellten Aüsführungsbei spielen soll die Srfìndung näher erläutert werden; außerdem wird auf besonders ausgestaltende Merkmale der erfindung eingegangen sowie die Vorteile der Erfindung naher beschrieben. Im Ausführungsbeispiel ist ein leichtwassergekühlter Reaktor vorgesehen, wobei zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Reaktorinnern über die bekannte Ringspalthydraulik ein Druckausgleich besteht.
• Der Steuerstabantrieb befindet sich unterhalb des Reaktorkernes, von dem zwei Brennelementbündel 1, 2, die auf der Gitterplatte 3 ruhen, dargestellt sind; zwischen den Brennelementen ist der Absorberteil 4 des Steuerstabes im eingefahrenen Zustand zu sehen, dessen Antrieb im einzelnen zu erläutern sein wird.
• Der Antrieb wird durch ein Führungsrohr 5 umschlossen, das oben in der Gitterplatte steckt und unten vom Antriebsgehäuse 6, das eine Reihe von Bohrungen für die Blüssigkeit des Hydraulik-Systems besitzt, abgeschlossen wird. Im Innern des Druckgefäßes 7 ist ein Stutzen 8 angeschweißt, in dessen oberen Teil der ilydraulikzylinder 9 ebenfalls eingeschweißt ist. Mit dem darüberstehenden hals sowie der oberen Auflage des Druckgefäßstutzens ist das ntriebsgehäuse fest verbunden (Hydraulik-Zylinder 9, Stutzen 8, Flltriebsgehäuse 6 und Führungsrohr 5) bilden somit eine feste einheit.
• Der absorberteil 4 ist über ein kuppelndes Glied 10 mit einem Hohlkolben verbunden, der von unten über den Hydraulikzylinder 9 mit einem Hydraulikmittel angetrieben wird.
• Er weist einen Bund 11 auf und ist im oberen Teil als Gewindespindel 12 ausgebildet; er wird deshalb im folgenden als Spindelhohlkolben bezeichnet. In Bnndhöhe ist der Hohlkolben durch Rollen 11a gelagert, während im oberen Teil zur Lagerung die Spindel durch einen kreuzförmigen Rollenhalter 13 geführt ist, der gleichzeitig ein Verdrehen des Kolbens verhindert; die Rollen dieses Halters laufen in Nuten, die im Führungsrohr 5 vorgesehen sind.
• Eine weitere- RollenlaSerung 21 ist in der gezeichneten Stellung am unteren Ende der Spindel vorgesehen; sie wird später erläutert.
• Der spindelförmige Teil des Hohlkolbens dient in Verbindung mit einer aus Rollenhebeln i4 bestehenden mutterähnlichen Vorschubeinrichtung zur Feinverstellung des Absorberteils; er stellt den mechanischen Antrieb da.
• Im Gegensatz zum Antrieb nach der DPS 1 169 596 dreht sich nicht die Spindel, sondern die Vorschubeinrichtung; durch diese Drehung wird der Spindelhohlkolben auf- und abbewegt. Die Bewegung wird durch Vorschubeinrichtung dadurch vermittelt, daß die Rollenhebel i4 in einem hohlzylindrischen Antriebskörper 15 sitzen der im unteren Teil einen äußeren Zahnkranz 15a besitzt und durch einen Zahnradmotor 16 üblicher Bauart angetrieben wird. Der Antriebskörper 15 weist dabei je Rollenhebel eine Kolbenstange 17 auf, deren Funktion später noch erläutert wld. Zwischen seinem unteren Ende und dem Antriebsgehäuse6 ist ein Dichtungslager 15b (verstärkt ausgezeichnet) vorgesehen. Da die Spindel 12 nicht selbsthemmend ausgeführt ist ist-eine in den Zahnkranz 15a eingreifende Federbremse 18 vorgesehen, die verhindert, daß sich im eingefahrenen Zustand des Absorberteiles die Spindel unter Drehung des Antriebskörpers 15 im unerwünschten Sinne, nach unten bewegt; die Federbremse wird dabei in der Antriebsphase -über die Leitung 18a gelüftet. Anstelle der Federbremse 18 ist es u. a. auch denkbar, auf der Antriebsseite Mittel vorzusehen, die die Sperrung bewirken, z. B. indem ein entsprechendes Getriebe (Schnecke) dem Zahnradmotor nachgeschaltet wird.
• Zum hydraulischen Teil des Antriebes, der zur Schnellabschaltung dient, gehört einmal der bereits erwähnte Hydraulik-Zylinder 9, der zur Zufuhr von Druckwasser dient, zum anderen ein Abbremssystems das im folgenden näher beschrieben wird.
• Im Inneren des Antriebskörpers 15 befindet sich, gehalten in Dichtun!Jslager 19a, ein Lagerkörper 19, der nach unten hin eine Verjüngung 19F aufweist, die im Hydraulik-Zylinder 9 befestigt ist. Im Lagerkörper ist ein rollengelagertes Federsystem 20 vorgesehen, das einen Anschlag 20b für den oberen Teil des Hohlkolbenbundes hat.
• Im Lagerkörper ist weiterhin ein Rollenlager 21 für den Hohlkolben vorgesehen, wobei der Rollenabstand so gewählt ist, daß er größer als der Abstand a, jedoch kleiner als der Abstand b ist (Maße an der Spindel).
• Dadurch ist immer eine Rolle tragend.
• Im"Scramfall" tritt Druckwasser in den Hydraulik-Zylinder ein und verteilt sich unter dem Hohlkolben; ein Teil gelangt über den Drosselspalt zwischen Hohlkolben und Lagerkörper bzw. Hydraulik-Zylinder 9 in das Führungsrohr 5 und unter die bereits erwähnte Kolbenstange 17 und lüftet somit hydraulisch die Rollenhebel 14, d. h. gibt den Hohlkolben frei; der Hohlkolben wird!äurch Anschlag an das Federsystem 20 abgebremst. Bei Verzicht auf die Kolbenstange 17 würden die Rollenhebel ratschenartig die Bewegung für den liohlkolben freigeben.
• Bei einem etwaigen Druckabfall, durch den der Hohlkolben wieder nach unten gleiten würde, rasten die Rollenhebel 14 infolge der Federn 27 in beliebiger Höhe wieder ein und halten den Hohlkolben. Dadurch ist mit Vorteil eine mehrfache Haltsicherheit gegeben, ohne daß es dazu einer besonderen Vorrichtung bedarf, wie sie z. B. index DPS 1 230 140 beschrieben wird.
• (Zahnklaue) Gemäß einem wesentlichen Merkmal ist bei dem erfindungsgemäßen Antrieb eine direkte Stabstellungsanzeige Inöglich, indem durch den Hohlkolben eine Stange 22 geführt ist, die unmittelbar mit dem Absorberteil 4 verbunden ist und derer Stellung am unteren Ende mit kapazitiven, induktiven oder sonstigell Mitteln auf einen Gcber 28 für die Anzeige übertragen wird.
• Trennschalteranordnuiigen, wie sie z. B. vorgesehen sind in der DPS 1 230 140 entfallen; gleichzeitig wird die Sicherheit durch die direKte Anzeige höher.
• Wie man weiterhin aus der Figur 1 unmittelbar erkennt, ist die unter der.
• Reaktor erforderliche Bau- und Anbautiefe relativ gering; dadurch ist es möglich, Aiilagekosten zu reduzieren (Bodenwanne im Containement kann entfallen). Außerdem ist gegeniiber dem bekannten Aiitrieb nach der DPS 169 596 der Stutzendurchmesser wesentlich geringer, so daß Fertigungskosten eirgespart werden. Auch kanu das Auffangigitter für detl sogenannten "Rod ejektion" -Unfall eingespart werden.
• *) schnell nach oben verfahren und wird Während die Anordnung nach Figur 1 einen Zahnradmotor 16 zum Feinverstellen des Steuerstabes aufweist, ist in Figur 2 ein elektromotorischer Antrieb 23 vorgesehen, der zweckmäßig mit einerAnkerbremse ausgerüstet ist. (Funktion der Federbremse 18 in Figur i), um ein unerwünschtes Herunterschieben des Steuerstabes zu vermeiden.
• Über eine lange, in einem Lagerrohr 24 untergebrachte Weile greift dieser Motor mittels eines Zahnrades 25 an dem Antriebskörper 15 an und versetzt diesen in Rotation. Dem Lagerrohr (24) wird im Scramfallneben dem Hydraulik-Zylinder 9 auch über den Stutzen 26 Druckwasser zugeführt, das in gleicher Weise wie in Figur 1 über die Kolbenstangen 17 die Rollenhebel 14 lüftet.
• Weiterhin abweichend von der Konstruktion nach Figur 1 ist in Figur 2 das Bremssystem 20 für den Hohlkolbenbund 11 außerhalb des Druckgefäßes 7 angeordnet, so daß ein weitgehender Ausbau der Antriebsteile nach unten möglich ist. Dies bedingt eine andere Ausbildung des Lagerkörpers 19, der in Figur 2 nur noch das Rollenlager 21 trägt. Das Bremssystem 20 befindet sich in einem Stutzen 29, an dem der Hydraulik-Zylinder 9 angeflanscht ist; der Stutzen 29 selbst ist am Innenstutzen 8 angeschweißt; auf der oberen Auflagefläche beider' ist der Lagerkörper 19 befestigt. Außerdem entfällt bei der Anordnung nach der Figur 2 das Antriebsgehäuse 6.
• Bei den rn der Figur 1 und 2 dargestellten Ausführungsbcispielen wird im Scramfall allein Druckwasser aus Drucktank (Schnellabschaltsystem) zur Verfügung gestellt. Bei großen Reaktordrücken ist es zueckmaßig, das Einschießen des Steuerstabes unter Zuhilfenahme des Reaktordruckes, so wie es aus den Deutschen Patentschriften 1 210 960 uiid l 246 135 bekanllt ist, vorzunehmen. Zu diesem Zweckkötte z. B. bei der Anordnung nach Figur 2 im Rollenhalter 13 eiii Kugelventil uiid an den Flansch, der den Hydraulik-Zylinder 9 trägt, über ein Scramventil ein Unterdruckbehälter angeschlos sen werden. Beim Öffnen des Scramventils wird der Druck im Raum über den Hohlkolbenbuiid 11 abgesenkt, das Kugelventil sich öffnen und Reaktorwas ser durch das Hohlkolbeninnere nach uiitell strömen, dort eiiien Druck auf bauen und den Hohlkolben nach oben schießen. In diesem Fall muß der untere Teil (19b) des Lagerkörpers bis zum Federsystem 20 verlängert seils und mit dem Spindelhohikolben zwischen Spindel 12 und Hohlkolbenbund 11 einer zweiten Ringspalt neben dem zwischen flydraul ik-Zylluder9 und Hohlkolbenbund 11 bilden.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Steuerstabantrieb fürernreaktoren, insbesondere für wassergekühlte Reaktoren, bei dem ein mechanischer Antrieb mit einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb in der Weise kombiniert ist,, daß der Absorberteil des Steuerstabes an einem Hohlkolben befestigt ist, der bei einer Schnellabschaltung hydraulisch oder pneumatisch in den Kern schnell eingefahren, im Normalbetrieb mit mechanischen Mitteln feinverstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feinverstellung der Hohlkolben oberhalb seines Bundes (11) als Spindel (12) ausgebiidet ist, mit Mitteln ( 13 ) gegen Verdrehungen gesichert ist, und evlle an dem Spindelhohikolben angreifende aus Rollenhebeln (i4) bestehende mutteränliche Vorschubeinrichtung vorgesehen ist, die im Innern des Reaktordruckgefäßes angeordnet ist und durch den Feinverstellantrieb C16, 23) in Rotation versetzt wird.

2. Steuerstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennezichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Rollenhebel (14) bei einer Schnellabschaltung zu lüften und danach wieder zum Einrasten zu bringen (Feder 27).

Patentansprüche

3. Steuerstabantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennezichnet, daß die Rollenhebel am Ende eines hohlzylindrischen, im Reaktorin-t neren befindlichen Antriebslcörper (15), der vom Feinvers-t-e~li¢ålltri-eb (16, 23) angetrieben wird und eine Kolbenstange (17) zur hydr. Lüftung der Rollenhebel aufweist, federnd gelagert sind. -

4. Steuerstabantrieb nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Antriebskörpers über Lagerdichtungen (19a) ein Lagerkörper (19) vorgesehen ist, der fest mit dem Druckgefäß (7) verbunden ist und eine Rollenlagerung (21) mit bestimmten, auf die Ausbildung der Spindel (12) ausgebildeten Rollenabständen aufweist.

5. Steuerstabantrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung und Verdrehsicherung der obere Teil des Spindelkolbens (12) in einem kreuzförmigen Rollenhalter (13) befestigt ist dessen Rollen in Nuten eines Führungsrohres (5) -laufen, das den Antrieb im Reaktorinneren allseitig umgibt und mit dem Druckgefäß (7) fest verbunden ist.

6. Steuerstabantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr innerhalb des Reaktors durch ein Antriebsgehäuse 6 unten abgeschlossen ist, in dem ein Zahnradmotor (16) sowie arretierende Mittel (18) zur unerwünschten Verschiebung des Spindelhohlkolbens angebracht sind (Figur- 1).

7. Steuerstabantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feinverstelluiig ein außerhalb des Druckgefäßes iangeordneter Elektromotor (23) vorgesehen ist, der über eine im Lagerrohr (24), dem gleichzeitig ein tiedillm zum Lüften der Rollenhebel (14) zugeführt werden ka; gelagerte Welle den Antriebskörper (15). in Bewegung versetzt (Figur 2).

8. Steuerstabantrieb nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennezichnet daß in dem Lagerkörper (19) gleichzeitig ein Abbremssystem (20) für den Hohlkolbenbund (11) vorgesehen ist und am Druckgefäßboden ein dieses durchstoßender Zylinder 9 zur Zufuhr von Druckmittel für den Schnellabschaitfall vorgesehen ist (Figur ij.

Patentansprüche 9. Steuerstabantrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckgefäßboden ein nach außen führender Stutzen (29) angebracht ist, in dem ein Abbremssystem (20) für den Hohlkolbenbund (11) untergracht ist und an den ein Zylinder (9) zur Zufuhr von Druckmittel dür den Schnellabschaltfall angebracht ist.

10. Steuerstabnatrieb nach Anspruch 1 oder Binemder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Steuerstab eine Stange oder dergleichen angebracht ist, die durch den Hohlkolben hindurch in den Zylinder (9) außerhalb des Druckgefäßes ragt und deren Stellung mit bekannten Mitteln zur direkten Anzeige der Stabstellung benutzt wird.

11. Steuerstabantrieb nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelhohlkolben durch Spalte zwischen dem unteren verlängerten Teil des Lagerkörpers (19) und dem Hydraulik-Zylinder (9) infolge eines Ventils am Rollenhalter (13) bei Drucl-abbau am Befestigungsflansch des Hydraulik-Zylinders (9) durch Reaktordruck eingeschossen werden kann.

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