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Die
Erfindung bezieht sich auf einen inneren Filter für ein Steuerstab-Antriebssystem.
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Die
Reaktoranordnung für
einen Siedewasser-Kernreaktor besteht aus dem Reaktorbehälter, seinen
internen Komponenten des Kerns, einem Mantel, einer oberen Führungseinrichtung,
einer Kernplattenanordnung, Dampfseparator- und Trocknereinrichtungen
und Strahlpumpen. Weiterhin sind in der Reaktoranordnung enthalten
die Steuerstäbe, Steuerstab-Antriebsgehäuse und
Steuerstabantriebe. Jede Brennstoffanordnung, die den Kern bildet, ruht
auf einer mit Öffnungen
versehenen Brennstoffhalterung, die auf dem Oberteil der Steuerstab-Führungsröhren angebracht
sind. Jedes Führungsrohr mit
seinem Brennstoffhalterungsstück
trägt das
Gewicht von vier Anordnungen und ist durch eine Steuerstabantriebs-Durchdringungsdüse in dem
unteren Kopf des Reaktorbehälters
gehaltert. Die Kernplatte sorgt für eine seitliche Führung am
Oberteil von jeder Steuerstab-Führungsröhre. Die
obere Führung
sorgt für
eine seitliche Halterung für
das Oberteil von jeder Brennstoffanordnung.
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Eine
sichere Kernreaktivitätssteuerung
wird durch die Verwendung von bewegbaren Steuerstäben beibehalten,
die über
den Kern verteilt sind. Diese Steuerstäbe steuern somit den gesamten
Reaktorleistungspegel und bilden die Haupteinrichtung zum schnellen
und sicheren Abschalten des Reaktors. Die Stäbe werden in vertikaler Richtung
bewegt durch hydraulisch betätigte
Antriebsmechanismen des Sperrkolbentyps. Die Antriebsmechanismen üben sowohl
eine Positionierungs- als auch Verriegelungsfunktion aus und eine
Schnellabschaltfunktion, wobei die letztere jedes andere Signal übersteuert. Die
Antriebsmechanismen sind unten eintretende, nach oben führende Schnellabschaltantriebe,
die auf einem geflanschten Gehäuse
auf dem unteren Reaktorbehälterkopf
angebracht sind. Hier bewirken sie keine Störung während der Wiederbeladung mit Brennstoff,
und trotzdem sind sie leicht zugänglich
für eine
Inspektion und Wartung. Hydraulikverbindungen mit dem Antriebsmechanismus
werden an Öffnungen in
der Stirnfläche
des Gehäuseflansches
hergestellt.
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Das
Steuerstab-Antriebssystem besteht aus einer Anzahl von Sperrkolben-Steuerstab-Antriebsmechanismen,
einer hydraulischen Steuereinheit für jeden Antriebsmechanismus,
einer hydraulischen Leistungsversorgung für das gesamte System und Instrumenten
und Steuerungen mit den notwendigen Verbindungen. Der Steuerstab-Antriebsmechanismus
des Sperrkolbentyps ist ein doppelt wirkender Hydraulikkolben, der
Kondensatwasser als das Arbeitsfluid verwendet. Akkumulatoren liefern
gespeicherte Energie für
eine Schnellabschaltung (Scram). Ein Indexrohr und ein Kolben, die
mit dem Steuerstab gekoppelt sind, sind an festen Inkrementen durch
einen Klemmhülsenmechanismus
verriegelt. Die Klemmhülsenfinger
greifen in Kerben in dem Indexrohr ein, um ein unbeabsichtigtes
Herausziehen des Steuerstabes zu verhindern, aber ohne eine Einführung einzuschränken. Der
Antriebsmechanismus kann die Stäbe
an Zwischeninkrementen über
der gesamten Kernlänge
positionieren. Jeder Steuerstab kann von unterhalb des Behälters entkoppelt
werden, ohne den Reaktorbehälterkopf
zu entfernen oder, wenn der Behälterkopf
zur erneuten Beladung mit Brennstoff entfernt ist, ohne den Antriebsmechanismus
zu entfernen.
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine neue Innenfilterkonstruktion für einen
Steuerstabantrieb. Genauer gesagt, liegt der hier offenbarte Innenfilter
auf einem Anschlagkolben in dem Indexrohr, wobei ein offenes oberes
Ende des Filters den Entkopplungsstab aufnimmt, der mit dem Anschlagkolben
axial ausgerichtet ist.
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Eine
solche Innenfilterkonstruktion ist aus der
JP 02-52291 A bekannt von
der die Erfindung ausgeht. Dabei ist der Filter an einem Verbindungsglied
befestigt, das sich von einem Kolben nach oben erstreckt und weist
einen Basisabschnitt und einen gelochten Filterabschnitt auf, von
denen der Basisabschnitt mit einer Aussparung zur Aufnahme des Verbindungsgliedes
versehen ist. Die in Gestalt einer zylindrischen Bohrung ausgebildete
Aussparung ist auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten durch zwei
parallele Federarme einer Ringfeder teilweise überdeckt, durch die das eingefügte Verbindungsglied
elastisch umgreifbar ist. Die Ringfeder mit den beiden Federarmen
ist aus Runddraht gefertigt. Bei der Montage wird der Filter axial
zu dem Kolben hin bewegt, wobei das Verbindungsglied in Achsrichtung zwischen
den elastisch zur Seite gespreizten Federarmen durchgeschoben wird,
bis diese das Verbindungsglied verrasten. Daneben ist aus der
JP 02-242196 A ein ähnliches
Filter bekannt, bei dem die Aussparung in dem Basisteil durch einen
radialen Ausschnitt gebildet ist. Bei diesem Filter sind aber keine
Federmittel zur lösbaren
Halterung des in den Ausschnitt eingeführten Verbindungsgliedes vorgesehen.
Die Verriegelung erfolgt vielmehr formschlüssig durch entsprechende Gestaltung
und Bemessung von längs
der Berandung des Ausschnitts vorgesehenen Nuten in dem Basisteil
des Filters.
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Aufgabe
der Erfindung ist es die bekannten Filterkonstruktionen zu verbessern.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe weist der Filter gemäß der Erfindung die Merkmale
des Patentanspruchs 1 auf.
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Der
Innenfilter gemäß der Erfindung
ist den bekannten Innenfiltern dahingehend allgemein ähnlich,
dass er einen im Allgemeinen zylindrischen Filterabschnitt aufweist,
wobei ein oberer Ring für
einen gleitenden Eingriff mit der inneren Wand des Indexrohrs angepasst
ist. Ein unterer Basisabschnitt des Filters trägt in einer Ausführungsform
eine horizontal orientierte Doppelschleifenfeder, die zwei parallele Arme
innerhalb des äußeren Teildurchmessers
der Feder aufweist, die durch eine Befestigungsplatte an der Filterbasis
befestigt ist. Es gibt jedoch mehrere signifikante Unterschiede
und/oder Merkmale, die mit der Erfindung verbunden sind:
- 1. Es wird quadratisches anstatt rundes Drahtfedermaterial
verwendet. Dies sorgt für
einen vergrößerten Oberflächenkontakt
unterhalb der Verbindungsschulter des Anschlagkolbens, was den Filter
in einer wesentlich verbesserten Weise befestigt.
- 2. Die Feder ist in signifikanter Weise steifer als die bestehende
Feder, und deshalb wird die Möglichkeit,
dass der Filter lose wird, höchst
unwahrscheinlich gemacht.
- 3. Der Filter wird an der Anschlagkolbenkopplung von der Seite
befestigt. Er kann nur in der befestigten Position installiert werden.
- 4. Um die Installation zu ermöglichen, wird der Filter eingesetzt,
bevor das Indexrohr mit dem Kolbenrohr zusammengebaut wird.
- 5. Um den Filter schnell herauszunehmen (während das Indexrohr noch in
dem CRD Mechanismus zusammengebaut ist), wird der Filter 90° gedreht,
wobei ein Werkzeug zur Herausnahme des Innenfilters verwendet wird.
- 6. Während
der Herausnahme ist die Feder permanent deformiert, wobei der Rand
der Anschlagkolbenkopplung freigegeben ist und Raum dafür gemacht
wird, dass der Filter herausgenommen werden kann.
- 7. Wenn der Filter eine verschraubte Einrichtung ist, kann die
deformierte Feder herausgenommen und gegen eine neue Feder ersetzt
werden; und nach der Reinigung kann der Filter wieder benutzt werden.
Wenn die Filtereinheit als eine Wegwerfeinheit ausgebildet ist,
kann auf einfache Weise der gesamte Filter ausgewechselt werden.
- 8. Die Federfinger sind dafür
ausgelegt, für
eine optimale Kraft zu sorgen, die unter Verwendung einer innovativen
Analyse nicht-linearer endlicher Elemente ausgebildet ist und die
durch Testen verifiziert worden ist.
- 9. Die Kosten sind vergleichbar mit denjenigen der bestehenden
Innenfilterkonstruktion.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Filter für
einen Steuerstabantrieb von einem Kernreaktor geschaffen, wobei
der Filter dazu eingerichtet ist, um an einem Verbindungsstück befestigt
zu werden, das sich von einem Kolben nach oben erstreckt, der einen
Basisabschnitt und einen mit Öffnungen
versehenen Filterabschnitt aufweist, wobei der Basisabschnitt eine
Aussparung in Form eines Ausschnittes aufweist, die das Verbindungsstück aufnehmen
kann und die durch zwei im wesentlichen parallele Federarme mit
im wesentlichen quadratischem Querschnitt begrenzt ist, die dazu
ausgelegt sind, das Verbindungsstück bei der Installation elastisch
zu umgreifen.
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Die
Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der
Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 ist
ein Teilschnitt von einem Steuerstabantrieb, der ein Innenfilter
gemäß der Erfindung enthält.
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2 ist
eine auseinandergezogene, perspektivische Teilansicht, die die Art
und Weise der Befestigung des Innenfilters gemäß der Erfindung an dem Oberteil
von einem Anschlagkolben angibt.
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3 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht von dem Innenfilter gemäß der Erfindung.
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3A ist
eine vergrößerte Detaildarstellung
von 3.
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4 ist
eine Draufsicht von unten auf den in 3 gezeigten
Innenfilter.
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5 ist
eine Draufsicht auf eine Feder, die in dem in den 3 und 4 gezeigten
Innenfilter verwendet ist,
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5A ist
eine Vorderansicht der in 5 gezeigten
Feder.
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6 ist
eine Draufsicht auf eine Federhalterungsplatte, die in dem in den 3 und 4 gezeigten
Filter enthalten ist.
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6A ist
ein Schnitt entlang der Linie 6A-6A in 6.
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Es
wird zunächst
auf 1 eingegangen; der Steuerstabantrieb 10 erstreckt
sich durch die Bodenwand des Reaktorbehälters R und weist ein Indexrohr 12 auf,
das sich zwischen einem Hauptantriebskolben (nicht gezeigt) an seinem
unteren Ende und einer Steuerstabkopplung 14 an seinem
oberen Ende erstreckt. Innerhalb des Indexrohres ist ein feststehender
Anschlagkolben 16 angeordnet, der ein Verbindungsstück 18 aufweist,
das vom Oberteil des Kolbens nach oben vorsteht. Ein Innenfilter 20 ist
auf dem Anschlagkolben 16 über das Verbindungsstück 18 angebracht.
Eine Entkopplungsstange 22 ist in dem Filter 20 aufgenommen
und erstreckt sich in der üblichen
Weise durch die Kopplung 14 nach oben.
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2 stellt
in vereinfachter Form den Filter 20 und die Art und Weise
dar, in der er auf den Anschlagkolben 16 angebracht ist.
Das Verbindungsstück 18 ist
so geformt, daß es
einen verminderten Durchmesser aufweisenden Schaft oder Hals 24 aufweist,
der von dem Oberteil 26 des Kolbens 16 nach oben
vorsteht. Auf dem Hals 24 sind Abflachungen 25 vorgesehen,
um die Feder auszurichten und den Filter 20 in einer verriegelten
Lage zu halten. Ein vergrößerter Kopf 28 sitzt
auf dem Hals 24 und bildet eine unterschnittene, radiale
Schulter 30. Der Kopf 28 weist einen zylindrischen
Seitenwandabschnitt 32 und eine abgeschrägte Krone 34 auf,
die in einer ebenen Deckfläche 36 endet.
Diese Konstruktion ist allgemein bekannt.
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Der
Innenfilter 20 hat eine im wesentlichen zylindrische Konfiguration
und weist einen unteren Befestigungs- oder Basisabschnitt 38 und
einen oberen Ring 40 und dazwischen einen mit Öffnungen versehenen
Filterabschnitt 42 auf. Die Erfindung ist insbesondere
auf den unteren Befestigungs- oder Basisabschnitt 38 gerichtet.
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Wie
am besten aus den 2, 3 und 4 deutlich
wird, hat der untere Befestigungs- oder Basisabschnitt 38 des
Filters 20 eine zylindrische Seitenwand, die durch einen
Ausschnitt oder eine Aussparung 44 unterbrochen ist, die
sich über die
Mitte des Filters hinaus radial nach innen erstreckt, d.h. der Filter
kann so angebracht werden, daß seine
Mittelachse mit der Längsachse
des Anschlagkolbens ausgerichtet ist. Dieser Ausschnitt oder die
Aussparung 44 hat eine Breite, die nur etwas größer als
der maximale Außendurchmesser
der zylindrischen Seitenwand 32 des Verbindungsstückes 18 ist.
Mit dieser Anordnung kann der Filter 20 an dem Verbindungsstück 18 des
Anschlagkolbens durch eine seitliche Schiebebewegung befestigt werden,
wie es aus 2 deutlich wird.
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Wie
aus 1, aber auch aus den 3-5 deutlich
wird, wird eine Doppelschleifenfeder 46 verwendet, um den
Innenfilter 20 in seiner Lage auf dem Anschlagkolben zu
befestigen. Die Feder 46 ist, wie am besten in 3 zu
sehen ist, sandwichartig zwischen der ebenen Unterseite des Filterbasisabschnittes 38 und
einer Befestigungsplatte 48 angeordnet (siehe insbesondere 3, 4 und 6).
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Die
Feder 46 ist so geformt, daß sie einen äußeren, teilweise
ringförmigen
Abschnitt 50, zwei nach innen gewendete Schleifen 52 und 54 und
zwei paralle, gerade Arme 56, 58 aufweist, die
an entsprechenden freien Enden 60, 62 enden, die
an der Innenseite des teilweise ringförmigen Abschnittes 50 liegen.
Die Arme 56 und 58 verlaufen auf gegenüberliegenden
Seiten der vertikalen Längsachse
des Filters, und der seitliche Spalt zwischen den geraden Abschnitten 56 und 58 beträgt etwa
10 ± 0,25mm (0,39 ± 0,1 Zoll).
Der Spalt ist so ausgelegt, daß die Arme 56, 58 den einen
verminderten Durchmesser aufweisenden Schaft oder Hals 24 des
Verbindungsstückes 18 elastisch
ergreifen können,
wenn der Filter in die Position geschoben wird, die in 1 gezeigt
ist und nachfolgend näher
erläutert
wird.
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Die
Feder 46 gemäß der Erfindung
ist aus einem quadratischen Federstahlmaterial mit einer Kantenlänge von
etwa 3mm (0,125 Zoll), einer minimalen Streckgrenze von 10 kbar
(145.000 p.s.i.), einer minimalen Zugfestigkeit von 14 kbar (200.000
p.s.i.) und einer minimalen Längung
(Elongation) von 16% hergestellt. Dies gewährleistet, daß die Verdrehkraft während der
Herausnahme weder zu niedrig ist (dies könnte eine zufällige Entfernung
während
des Betrieb gestatten) noch zu hoch ist (dies würde eine übermäßige Kraft erfordern, um den
Filter zu entfernen).
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Durch
Verwendung von quadratischem Material für die Feder 46 wird
eine signifikante Vergrößerung in
dem Oberflächenkontakt
zwischen der Feder und dem Verbindungsstück des Anschlagkolbens erreicht,
insbesondere wo die Federarme 56, 58 mit sowohl
dem einen verminderten Durchmesser aufweisenden Hals 24 als
auch der unterschnittenen Schulter 30 des Verbindungsstückes 18 in
Kontakt sind. Als eine Folge werden signifikant verbesserte Befestigungscharakteristiken
erhalten. Erfindungsgemäß wird auch
die Steifigkeit der Feder 46 vergrößert, um jede Möglichkeit
zu minimieren, daß der
Filter 20 von dem Verbindungsstück 18 des Anschlagkolbens
gelöst
wird.
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Die
Feder 46 wird durch die Befestigungsplatte 48 sicher
in ihrer Lage gehalten, die im wesentlichen so geformt ist, daß sie mit
der Querschnittsform des Basisabschnittes des Filters übereinstimmt, wie
es am besten in 6 zu sehen ist. So ist die Platte 48 im
wesentlichen rund, aber mit einem radialen Ausschnitt 64 ähnlich dem
Ausschnitt 44 in dem Basisabschnitt 38 des Filters 20.
Die Platte 48 weist auch einen Teilflansch 66 auf,
der sich um einen Teil ihres Umfangs erstreckt, und der Flansch
weist einen stärker
hervortretenden, verdickten Abschnitt 68 auf.
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Der
Basisabschnitt 38 des Filters ist mit drei vorstehenden,
mit Innengewinde versehenen Vorsprüngen 70 versehen (einer
ist in den 3 und 3A gezeigt),
die um den Basisabschnitt herum im Abstand und so angeordnet sind,
daß sie
sich innerhalb des äußeren Umfangs
der Feder 46 befinden, wie es am besten in 4 zu
sehen ist. Mit richtig ausgerichteten Löchern 72 in der Befestigungsplatte 48 kann
die letztere an den Basisabschnitt 38 durch Schrauben 74 befestigt
werden, die in den mit Gewinde versehenen Vorsprüngen 70 aufgenommen werden.
Auf diese Weise ist die Feder 46 sicher zwischen der Platte 48 und
dem Basisabschnitt 38 sandwichartig angeordnet, wobei die
Vorsprünge 70 jede ungewünschte Bewegung
der Feder als ein Ganzes verhindern, während die parallelen Arme 56, 58 frei sind,
sich bei einem Eingriff mit dem Hals 24 während einer
Befestigung des Filters 20 an dem Verbindungsstück 18 des
Anschlagkolbens zu biegen. Es sei darauf hingewiesen, daß der verdickte
Flanschabschnitt 68 an der Feder angreift und diese zwischen
dem Flanschabschnitt 68 und dem Vorsprung 70 in
ihrer Lage hält
(siehe insbesondere 3A).
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Aufgrund
der zuvor beschriebenen seitlichen Einbaubewegung wird der Filter 20 an
dem Verbindungsstück 18 des
Anschlagabschnittes 16 befestigt, bevor das Indexrohr 12 mit
dem Hauptkolben zusammengebaut wird. Es ist jedoch möglich, den
Filter zu entfernen, während
das Indexrohr und der Anschlagkolben im zusammengebauten Zustand
sind, wobei die Feder mit den Abflachungen 25 in Eingriff
ist, wie es in 1 gezeigt ist. Dies wird durch
ein speziell geformtes Entfernungswerkzeug herbeigeführt. Der Filter
wird gedreht, so daß die
Feder die Abflachungen nicht mehr berührt, sondern auf dem Durchmesser
gleich dem bei 32 ist und deshalb frei ist, axial herausgenommen
zu werden. Während
der Herausnahme ist die Feder 46 permanent deformiert,
wenn sie die unterschnittene Schulter 24 des Verbindungsstückes 18 freigibt.
Da die Platte 48 an dem Filterbasisabschnitt 38 lediglich
angeschraubt ist, kann die deformierte Feder 46 entspannt
und gegen eine neue Feder ausgewechselt werden. Falls die Feder 46 und die
Platte 48 an dem Filter dauerhaft befestigt sind (indem
die Schraube 74 beispielsweise gegen geschweißte Zapfstifte
oder andere Mittel ersetzt ist), wird der gesamte Filter auf einfache
Weise ausgewechselt.