DE1951418A1

DE1951418A1 - Antriebseinrichtung fuer Regelstaebe

Info

Publication number: DE1951418A1
Application number: DE19691951418
Authority: DE
Inventors: Hans Roettger; Hans-Peter Dipl-Ing Schabert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-10-11
Filing date: 1969-10-11
Publication date: 1971-04-22
Also published as: CH515586A; FR2065732B1; DE1951418C3; JPS514239B1; DE1951418B2; US3746615A; GB1282083A; FR2065732A1

Description

Antriebseinrichtung, für Regelstäbe

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für die Regelstäbe insbesondere wassergekühlter Kernreaktoren, die aus dem mit einer hohlen Antriebsstange in Wirkverbindung stehenden Bewegungsmechanismus und einer im Inneren der Antriebsstange befindlichen Zugstange zur Betätigung einer Kupplung zwischen Antriebsstange und Regelstab besteht. Der eigentliche Antriebsmechanismus kann dabei motorischer oder magnetischer . Art sein. Besonders gut eingeführt hat sieh ein sogen. Klinkensehrittheberantrieb, bei dem magnetisch bewegte Klinken mit der Antriebsstange in Verbindung stehen und diese zusammen mit dem daranhängenden Regelstab des Kernreaktors nach oben,.oder unten bewegen. Die Antriebsstange bewegt sich dabei innerhalb eines Druckrohres, das mit dem Reaktordruckgefäß druckfest verbunden ist, also dessen Innendruck hat und auch von dem Medium im Inneren dieses Druckgefäßes erfüllt ist. Handelt es sich beispielsweise um; einen Druckwasserreaktor, so wird dieses Druckrohr mit dem ganzen Klinkenmechanismus und der Antriebsstange ebenfalls von Druckwasser hoher Temperatur umgeben sein, insbesondere dann, wenn der Antrieb oberhalb des Reaktors angeordnet ist. Außerhalb des Druckrohres befinden sich die Magnetspulen zur Betätigung des Klinkensystems sowie eine induktive Stellungsanzeigeeinrichtung, wie es an sich bekannt ist.

Die Regelstäbe des Kernreaktors müssen sich jedoch nicht nur langsam hin- und herbewegen lassen, sondern sie dienen auch zur Schnellabschaltung eines Kernreaktors und müssen zu diesem Zweck sehr rasch in die unterste Stellung im Reaktorkern gelangen. Dazu wird die Klinkenhalterung oder eine sonstige Wirkverbindung mit dem normalen Bewegungsmechanismus gelöst und der Stab fällt einschließlich seiner Antriebsstange durch Schwerkraft in den Reaktorkern ein. Damit dies ohne Schwierigkeiten inöglich ist,

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■'· _, '■ '■.'■■ :. -2- ■'.".,'.■'. ■■■ ' ■;/ :. müssen zwischen der Antriebsstänge und dem Druckrohr größere Durchmesserspiele vorgesehen werden, die z.B. Ringspaltbreiten von bis zu 3 mm ergeben. Da aber diese Spalte für eine schnelle Abwärtsbewegung des Hegelstäbes dennoch einen verhältnismäßig großen Widerstand für die AusgleiöhsstrÖmung des.im Inneren des Druckfohres befindlichen Kühlmittels darstellen, wird normalerweise der im Inneren der Antriebsstange befindliche Hohlraum zum Druck- und Strömungsausgleich während einer derartigen Abwärtsbewegung mit herangezogen. Zu diesem Zweck kann man das Innere der Antriebsstänge am unteren und oberen Ende beispielsweise mit Querbohrungen versehen.

Diese Querbohrungen haben jedoch den Nachteil, daß sich infolge des radialen und axialen Temperaturgefälles im Antrieb eine Wasserzirkulätion ausbildet, bei der das heiße Wasser aus dem Reaktofdruckbehälter durch die unteren Querbohrungen in das Innere der Antriebsstange gelangt, in. ihr aufsteigt und durch die oberen Querbohrungen zum Druckrohr austritt. Anschließend gibt es einen Teil seines Wärmeinhaltes an das Druckrohr ab und fließt dabei außerhalb der Antriebsstange in den Druckbehälter zurück. Auf diese Weise wird auch im Stillstand der Antriebsstange viel Wärme nach oben geführt und über die Druck- . fohroberfläche abgegeben. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt bei im Vollastbetrieb nahezu voll ausgefahrener Antriebsstange, so daß die Stellungsanzeigeeinrichtungen außerhalb des Druckrohres einer großen Temperaturbeanspruchung ausgesetzt sind. Das gleiche gilt, auch für die magnetischen Antriebseinrichtungen. Es war daher bisher notwendig, diese äußeren Teile am Druckrohr zusätzlich zu kühlen, z.B. mit Hilfe eines Gebläses, was nicht nur einen ziemlich apparativen, sondern vor allen Dingen auch räumlichen Aufwand mit sich brachte und außerdem einen dauernden leistungsverrus't des Kraftwerkes zur Folge hatte. Es stellte sich daher die Aufgabe, diese Temperaturbelastung der Stellungsmeßeinrichtungen sowie des Antriebsmechanismus von vornherein zu vermeiden. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß beispielsweise die am oberen Ende der Antriebsstange befindlichen Öffnungen im bewegungslosen Zustand derselben durch" einen im Inneren angeordneten Sperrschieber verschlossen sind; der durch

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Schwerkraft bzw. .durch Federspannung in dieser Ruhelage gehalten und erst durch die Strömungskräfte des im Inneren befindlichen Kühlmittels bei einer evtl. Abwärtsbewegung .zur Freigabe dieser Öffnungen nach oben bewegbar ist. Bei einer solchen schnellen Abwärtsbewegung wirkt an dem Schieber ein Differenzdruck von beispielsweise 2 kg/cm , während der Differenzdruck, der die natürliche Zirkulation anzutreiben versucht, beispielsweise nur 0,05 kg/cm beträgt. Durch einen derartigen Sperrschieber wird also diese Zirkulation-sstrÖmung des heißen Kühlmittels verhindert und nur für den Fall eine Abwärtsbewegung des Regelstabes freigegeben. Diese Zeiten sind jedoch sehr kurz, so daß dadurch keine wesentliche temperaturmäßige Beeinflussung der Druckrohr-Umgebung hervorgerufen wird. ,

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus der Druckrohrumgebung ist es dabei zweckmäßig, dieses Druckrohr mit einer oben und unten offenen, als Kühlkamin wirkenden, Verkleidung zu umgeben. Ein wesentlicher zusätzlicher Platzbedarf für diese Verkleidung ist nicht erforderlich« vielmehr kann das Gehäuse der Bewegungseinrichtung sowie der Stellungsan-Keigeeinrichtung diesem Zweck entsprechend gestaltet werden. .

Zur besseren Veranschaulichung des Gegenstandes dieser Erfindung und seiner Funktion wurde beispielsweise der sogen. Klinken- : schrittheber gewählt* siehe Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt teilweise eine Außenansieht des Druckrohres 2, in dem sich die Antriebsstange hin- und herbewegt. Dieses Druckrohr 2" ist von den Magnetspulen 7 umgeben, die den im Inneren befindlichen und nicht näher dargestellten Klinkenmechanismus bewegen; oberhalb dieser Magnetspulen befindet sich eine Stellungsanzeigespule 8, die sich über die gesamte obere Länge des Druckrohres 2 erstreckt. Mit Abstand zu dieser Spule ist eine Verkleidung 9 vorgesehen, die als Kühlkanal für eine verbesserte Wärmeabfuhr von der Druckrohrumgebung ohne jedes zusätzliche Gebläse sorgt.

Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Druckrohr 2, das

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■■■'""■■ ■'■; _ -4- ■' '■ :■■■■"■■■■ .■■"■■■ ; mit der Druekkesselwandung 1 druckdicht..verbunden ist. Im Inneren des Druckrohres bewegt sich die Antriebsstange 3 in Abhängigkeit vom Bewegungsmechanismus 7 (Klinkenschrittheber), der nur rein schematisch dargestellt ist. Am unteren Ende der Antriebsstange ist über eine Kupplung 33 der Regelstab 34 angehängt. Die Zugstange 4- im Inneren der Antriebs stange dient zur Betätigung der Kupplung 33. Sie ist zu diesem Zweck mit dem Zugstangenkopf 6 verbunden. Am unteren Ende der Antriebsstange sind die Kühlmittel-r· eintrittsbohrungen 32 und am oberen die Austrittsbohrungen 31 angeordnet. Durch diese Bohrungen bildet sich bei der Einrichtung nach dem Stande der Technik eine Ausgleichsströmung aus, wie sie durch strichpunktierte Linien angedeutet ist. Zur Verhinderung dieser Erscheinung ist im oberen Teil der Antriebsstange ein Sperrschieber 5 vorgesehen, der im Normalfall auf einem inneren Absatz 35 der Antriebsstange 3 ruht und in dieser Stellung die Austrittsbohrungen 31 verschließt. Dieser Sperrschieber 5 ist in seinem oberen Teil nochmals im Zugstangenkopf geführt. Bei einer Abwärtsbewegung der Antriebsstange hebt der Strömungsdruck des im Inneren der Stange befindlichen Kühlmittels den Sperrschieber 5 um die Höhe h an, so daß die Austrittsbohrungen 31 freigegeben werden. Diese Stellung ist in der rechten Hälfte der Pig. 2 dargestellt. Das im Führungsspalt des Sperrschiebers befindliche Wasser kann dabei durch eine kleine Ausgleichsbohrung 36 nach außen entweichen. Nach Beendigung der Abwärtsbewegung hört der Strömungsdruck auf, der Sperrschieber senkt sich durch sein eigenes Gewicht wieder auf die Schulter 35 im Antriebsstangenrohr ab und verschließt somit die Austrittsbohrung 31» wodurch wiederum die Strömung durch diese verhindert wird. Die für die Leichtgängigkeit des Sperrschiebers erforderlichen Durchmesserspiele sind so klein, daß sich auf Grund der Strömungswiderstände dieser engen Ringspalte keine schädliche Wasserzirkulation ausbilden kann. Durch das rückartige, schrittweise Betätigen des Antriebes wird immer wieder für eine kurzzeitige Bewegung dieses Sperrschiebers 5 gesorgt, so daß sich keine Verunreinigungen des Primärwassers ablagern und zum Klemmen des Schiebers führen können. Die Kontrolle der Leichtgängigkeit dieses Sperrschiebers kann nach Ausbau der Antriebsstange leicht von Hand

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durchgeführt werden, dazu ist es lediglieh notwendig, durch eine der Querbohrungen hindurch mit einem schmalen Gegenstand (z.B. einem kleinen Schraubenzieher) in eine Rille 52 zu fassen und damit den Sperrschieber 5 in Sichtung der Stangenaehse zu bewegen.

Durch die beschriebene Einrichtung wird nicht nur die wärmeübertragende Wasserzirkulation im Ruhezustand der Antriebsstange verhindert, vielmehr wird auch durch die stagnierende Wasserschicht in den Spalten der "Wärmetransport des von der letzten Bewegung her noch im Inneren der Antriebsstange 3 befindlichen heißen μ Wassers nach außen verlangsamt, so daß keine unzulässig hohe Temperaturbelastung der außerhalb des Druckrohres befindlichen Einrichtungen, wie Antriebsmechanismus und Stellungsanzeigespulen, erfolgen kann. Die für eine Schnellabschaltung benötigte Kühlmittelausgleichsströmung wird dabei nicht behindert.

Selbstverständlich läßt sich die vorliegende Erfindung nicht nur mit Vorteil bei druckwassergekühlten Kernreaktoren, sondern z.B. auch bei gasgekühlten oder flüssigmetallgekühlten Kernreaktoren anwenden, bei denen ähnliche Probleme auftreten können. Ebenso kann anstelle als sogen. Sperrschieber ein anders geartetes, technisch äquivalentes Absperrorgan, z.B. ein Ventil, an entsprechend geeigneter Stelle eingesetzt werden. (

2 Figuren

3 Patentansprüche

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Claims

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-6-Patentansprüche

η). Antriebseinrichtung für die Regelstäbe insbesondere wassergekühlter Kernreaktoren, bestehend aus einem mit einer hohlen Antriebsstange in Wirkverbindung stehenden Bewegungsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Antriebs stange in der Nähe der beiden Enden mit Durchbrechungen für das Reaktorkühlmittel versehen ist, wobei der Strömungsweg im Inneren der An— triebsstange durch ein Absperrorgan verschlossen ist, das durch Schwerkraft bzw. durch JTederspannung in dieser Ruhelage gehalten und erst durch die Strömungskräfte des Kühlmittels bei einer evtl. schnellen Abwärtsbewegung der Antriebsstange zur Freigabe dieses Strömungsweges bewegbar ist.

2. Antriebseinrichtung,nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan als im Innern der Antriebs stange angeordneter rohrförmiger Sperrschieber ausgebildet ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr, in welchem die Antriebsstange hin- und herbewegbar ist, mit Abstand von einer oben und unten offenen, als Kühlkamin wirkenden Verkleidung umgeben ist. ;

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