DE2058758A1

DE2058758A1 - Antriebsvorrichtung fuer rohrfoermige Steuerstaebe in Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2058758A1
Application number: DE19702058758
Authority: DE
Inventors: Leonhard Irion
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-11-30
Filing date: 1970-11-30
Publication date: 1972-05-31
Also published as: FR2115465A1; GB1365519A; BE775810A; IT943686B; SE368634B; FR2115465B1

Description

Antriebsvorrichtung für rohrförmige Steuerstäbe in Kernreaktoren

Bei Leichtwasserreaktoren sind im allgemeinen die eine relativ große Höhe aufweisenden Antriebe für die Steuerstäbe, oben auf dem Deckel des Druckbehälters angeordnet. Eine derartige Anordnung ist jedoch bei schwerwassergekühlten und -moderierten Druckkesselreaktoren nicht möglich, da der Raum unmittelbar oberhalb des Druckgefäßdeckels im Bereich der Kühlkanäle zum Verfahren der lademaschine benötigt wird. Es war deshalb bisher üblich, diese Steuerstäbe bei Schwerwasserreaktoren schräg vom Deckelrand her in den Kern.einzuführen. Bei leistungsgrößen von 600 MWe und größer reicht diese Anordnung nicht mehr aus, da damit nicht mehr alle Kernzonen zu erreichen sind und die Verteilung der Steuerstäbe über den Kern nicht optimiert werden kann. Steuerstabantriebe, die dagegen von unten her die Steuerstäbe im Druckbehälter betätigen, beeinträchtigen jedoch die Sicherheit der Reaktoranlage und führen zu erheblichen Montageproblemen, verbunden mit einer komplizierten Konstruktion von Reaktorgebäude und Sicherheitshülle. ■

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Steuerstabantrieb zu schaffen, der einmal ein Einfahren der Steuerstäbe von oben her ermöglicht und zum anderen den vorhandenen Raum zwischen Reaktorkern- bzw. Reflektoroberkante und Oberkante der Kühlkanalverschlüsse ausnutzt. Dabei wird von einem Steuerstab ausgegangen, der rohrförmig ausgebildet und in einem .Führungsrohr geführt ist.

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Die Erfindung besteht dabei darin, daß der rohrförmige Steuerstab mit einem Innengewinde versehen ist und daß von einem zentralen, im oberen Bereich als Rotor eines außenliegenden Spaltrohrmotors ausgebildeten, axial unverschiebbaren, jedoch drehbar gelagerten Antriebsrohr geführte Kupplungsglieder von einer im Innern des Antriebsrohres geführten und axial verschiebbaren Kupplungsstange mit dem Innengewinde kuppelbar sind.

Dadurch, daß der Steuerstab selbst als Antriebselement benutzt wird und kein zusätzliches Gestänge zum Verfahren des Steuerstabes notwendig ist, verkürzt sieh die gesamte Baulänge des Antriebes ganz erheblich, so daß der Deckel des Druckbehälters W nicht von hohen Aufbauten überragt wird. lediglich der eigentliche Antriebsmotor, der das obere Ende des Antriebes bildet, braucht oberhalb des Druckbehälterdeckels angeordnet werden.

Die Kupplungsglieder selbst bestehen aus mit einem dem Innengewinde des Steuerstabes entsprechenden Außengewinde versehene Rollenkörper, die ihrerseits von zur Antriebsrohrachse parallel verlaufenden und in radiale Durchbrechungen des Antriebsrohres radial verschiebbaren Achsbolzen gehalten sind. Diese Achsbolzen sind wiederum in jeweils eine radial verlaufende Rückstellfeder und einen quer zur Längsachse des Antriebsrohres verlaufenden Druckbolzen aufnehmenden Segmenten gehalten. Dabei stützen sich b die Rückstellfedern auf der Außenseite an einer über das untere Ende des Antriebsrohres geschobenen rohrförmigen Hülse mit Durchbrechungen für die Rollenkörper ab.

Die Kupplungsstange kann am oberen Ende mit einem Magnetteller und im Bereich der Rollenkörper mit auf die Druckbolzen einwirkende und dadurch die Rollenkörper radial nach außen verschiebenden Nocken versehen sein. Dabei ist die Kupplungsstange entgegen der Wirkung einer am unteren Ende derselben angeordneten und sich gegen das Antriebsrohr abstützenden Druckfeder magnetisch soweit axial bewegbar, daß ein Restluftspalt zwischen Magnetteller und dem Deckel des den Steuerstab umfassenden Druckgehäuses verbleibt.

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Per Rotor des Spaltrohrmotor kann ferner konzentrisch zum Steuerstab und außerhalb desselben angeordnet und oberhalb des oberen Endes des Steuerstabes mit dem Antriebsrohr fest verbunden sein. Ferner ist es zweckmäßig, wenn sich der Außendurchmesser des Antriebsrohres nach unten hin kontinuierlich vergrößert und als hydraulischer Stoßdämpfer für den am oberen Ende mit einer Einziehung versehenen Steuerstab ausgebildet ist.

Zur Erhöhung der Dämpferwirkung bei schnell einfallendem Steuerstab und zur Führung desselben kann die Hülse für die Rollenkörper auf ihrer Außenseite am oberen Ende mit einem Führungsansatz versehen sein.

Um zu verhindern, daß sich der Steuerstab mit dem Antriebsrohr mitdreht, ist das Führungsrohr auf seiner Innenseite mit einer Längsnut versehen, in die ein als Verdrehsicherung eingreifender und im Steuerstab eingeschraubter Führungsstift oder -rolle eingreift.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Antriebsvorrichtung und Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Kernreaktor mit dem Einbau eines Steuerstabes nach der Erfindung.

Nach Fig. 1 ist der rohrförmige Steuerstab 1 auf seiner gesamten Länge mit Absorbermaterial 2 belegt.und auf der Innenseite mit einem -Innengewinde 3 versehen. Der Steuerstab 1 ist dabei bis in den Deckelstutzen 4, von einem Führungsrohr umschlossen. Koaxial zum Steuerstab. 1 ist ein zylindrisches Antriebsrohr 6 angeordnet, das am oberen Ende oberhalb des Steuerstabes 1 über ein Radiallager 7 gegen den Stutzen 4 abgestützt ist. Konzentrisch zum Stutzen 4 ist der Stator 8 eines Spaltrohrmotors angeordnet, dessen Rotor 9 innerhalb des Stutzens 4 konzentrisch zum oberen Ende des Steuerstabes 1 verläuft und mit dem Antriebsrohr 6 über

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eine quer zur Längsachse verlaufende Platte 10 fest verbunden ist. Dieser den Steuerstab 1 am oberen Ende umfassende Rotor 9 ist über ein Wälzlager 11 gegen das obere Ende des Führungsrohres 5 abgestützt und somit drehbar gelagert. Dieses Wälzlager 11 dient somit gleichseitig auch zur axialen Abstützung des Antriebsrohres 6.

Die eigentlichen Kupplungsglieder zwischen dem rotierenden Antriebsrohr 6 und dem axial beweglichen Steuerstab 1 bestehen aus den Rollenkörpern 12, die mit einem in das Innengewinde 3 des Steuerstabes 1 eingreifenden Außengewinde 13 versehen sind. Die Rollenkörper 12 sind auf um den Gewindesteigungswinkel gegen " die Antriebsrohrlängsachse geneigt verlaufenden Achsbolzen 14 gehalten. Diese Achsbolzen 14 v/erden am oberen und unteren Ende von je einem Segment 15 und 16 geführt, die in einer Durchbrechung 17 des Antriebsrohres 6 radial verschiebbar gehalten sind. Dabei weisen diese Segmente 15 und 16 jeweils eine radial verlaufende Rückstellfeder 18 und 19 auf, die sich nach außen gegen eine über das untere,Ende des Antriebsrohres 6 geschobene Hülse 20 abstützen.

Zur radialen Verschiebung der Rollenkörper 12 und Kupplung mit dem Innengewinde 3 cLes Antriebsrohres 1 dient eine im Innern des Antriebsrohres 6 geführte Kupplungsstange 21, die am oberen fe Ende des Antriebsrohres 6 einen Magnetteller 22 aufweist und am unteren Ende über eine Platte 23 und eine Druckfeder 24 gegen das Antriebsrohr 6 verspannt ist. Zur axialen Bewegung der Kupplungsstange 21 wird nunmehr ein Magnet 25 oberhalb des oberen Stutzendeckels 26 erregt, wodurch die Kupplungsstange 21 und der Magnetteller 22 gegen die Wirkung der Druckfeder 24 bis auf einen geringen Luftspalt 27 nach oben gezogen wird. Die auf der Kupplungsstange 21 in Höhe der Rückstellfedern 18 und 19 angeordneten Nocken 28 und 29 wirken dann auf quer zur Längsachse des'Antriebsrohres 6 verlaufende und mit den Segmenten 15 und fest verbundene Druckbolzen 30 und 31 ein. Dadurch werden die Segmente 15 und 16 zusammen mit den Achsbolzen 14 radial nach außen gedrückt, so daß die Rollenkörper 12 mit dem Innengewinde

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des Steuerstabes 1 in Eingriff kommen, so daß dann entsprechend der Drehrichtung des Antriebsmotors 6 der Steuerstab 1 gehoben oder gesenkt wird.

Um zu verhindern, daß sich der Steuerstab 1 zusammen mit dem Antriebsrohr 6 dreht,- ist das Führungsrohr 5 auf der Innenseite mit einer Längsnut 32 versehen, in die ein im Steuerstab 1 eingeschraubter Stift oder Rolle 33 geführt ist.

Um bei einem Zurückziehen der Rollenkörper 12 und dadurch bedingtem Schnelleinfall der Steuerstäbe den Einfall gegen Wegende abzubremsen, weist das Antriebsrohr 6 im unteren Bereich 34 oberhalb der Rollenkörper 12 einen nach unten zunehmenden Außendur chmess er auf. Dadurch verringert sich zunehmend der für das aus dem Innern des Steuerstabes 1 nach oben ausströmende Wasser zur Verfügung stehende Strömungsspalt 35 zwischen einer Einziehung 36 am oberen Ende des Steuerstabes 1 und dem AußendurchmeBser des Antriebsrohres, so daß damit eine erhebliche Stoßdämpferwirkung zu erreichen ist. Ferner weist die Hülse 20, die zur äußeren Abstützung der Segmente 15 und 16 dient, am oberen äußeren Ende einen Führungsansatz 37 auf, der einerseits zur radialen Führung des Steuerstabes 1 und andererseits ebenfalls zur Drosselung des zu verdrängenden Wassers im Innern des Steuerstabes dient.

In Figur 2 ist der Einbau und die Anordnung der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung in den eigentlichen Reaktor gezeigt. Der im unteren Bereich des Reaktor-Druckbehälters 40 angeordnete eigentliche Reaktorkern 41 ist von den Führungsrohren 5 für die Steuerstäbe 1 durchsetzt, wobei sich diese Führungsrohre 5 bis nach oben in die Stutzen 4 des Druckbehälterdeckeis 42 e rstrecken. Die nach außen ragenden Stutzen 4 tragen dabei lediglich den Spaltrohrmotor 8 und den Kupplungsmagnet 25. In der gezeigten Stellung ist der Steuerstab 1 ganz in den Reaktorkern eingefahren una wird am oberen Ende durch die vom Antriebsrohr 6 gehaltenen Rollenkörper 12 gehalten. Aus dieser Zeichnung zeigt sich Insbesondere auch die geringe länge des gesamten Antriebes, wobei sich der hochgefahrene Steuerstab 1

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einschließlich Antriebsrohr 6 und den wesentlichen Teilen des Antriebes allein über den Raum 43 zwischen der Oberkante 44 des Reflektors bzw. des Reaktorkerns 41 und den im Deckel 42 des Druckbehälters angeordneten, jedoch nicht näher dargestellten Kühlkanalverschlüssen befinden.

Die beschriebene Antriebsvorrichtung ist jedoch nicht nur bei Steuerstäben für schwerwassergekühlte und moderierte Kernreaktoren anzuwenden, sondern auch bei anderen gas- oder leichtwassergekühlten Reaktoren, wobei auch hier erhebliche Baulänge eingespart werden kann.

10 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

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Antriebsvorrichtung für einen in einem Führungsrohr geführten rohrförmigen Steuerstab für gas- oder wassergekühlte Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Steuerstab (1) mit einem Innengewinde (3) versehen ist und daß von einem zentralen, im oberen Bereich als Rotor (9) eines außenliegenden Spaltrohrmotors (8) ausgebildeten und axial unverschiebbaren, jedoch drehbar gelagerten Antriebsrohr (6) geführte icupplungsglieder (12) von einer im Innern des Antriebsrohres (6) geführten und axial verschiebbaren Kupplungsstange (21) mit dem Innengewinde (3) kuppelbar sind.

Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsglieder aus mit einem dem Innengewinde (3) des Steuerstabes (1) entsprechenden Außengewinde (13) versehenen Eollenkörpern (12) bestehen, die ihrerseits von zur Antriebsrohrachse um den Gewindesteigungswinkel geneigt verlaufenden und in radiale Durchbrechungen (17) des Antriebsrohres (6) radial verschiebbar geführten Achsbolzen (H) gehalten sind.

Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsbolzen (14) in jeweils eine radial verlaufende Rückstellfeder (18,19) und einen quer zur Längsachse des Antriebsrohres (6) verlaufenden Druckbolzen (30,31) aufnehmenden Segmenten (15»16) gehalten sind.

Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückstellfedern (18,19) auf der Außenseite an einer über das untere Ende des Antriebsrohres (6) geschobenen rohrförmigen Hülse (20) mit Durchbrechungen für die Rollenkörper (12) abstützen.

Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsstange (21) am oberen Ende mit einem Magnetteller (22) und im Bereich der Rollenkörper (12) mit auf die Druckbolzen (30,31) einwirkenden und dadurch die Rollenkörper (12) radial nach außen verschiebenden Nocken (28, 29) versehen ist.

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6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsstange (21) entgegen der Wirkung einer am unteren Ende derselben angeordneten und sich gegen das Antriebsrohr (6) abstützenden Druckfeder (24) magnetisch soweit axial bewegbar ist, daß ein Restluftspalt (27) zwischen Magnetteller (22) und dem Deckel (26) des den Steuerstab (1) umfassenden Druckgehäuses (4) verbleibt.

7* Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (9) des Spaltrohrmotors (8) konzentrisch zum Steuerstab (1) und außerhalb desselben angeordnet und oberhalb des oberen Endes des Steuerstabes (1) mit dem Antriebsrohr (6) fest verbunden ist.

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Außendurchmesser (37) des Antriebsrohres (6) nach unten hin kontinuierlich vergrößert und als Stoßdämpfer für den am oberen Ende mit einer Einziehung (36) versehenen Steuerstab (1) ausgebildet ist.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (20) auf ihrer Außenseite am oberen Ende mit einem Führungsansatz (34) versehen ist.

10. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (5) auf seiner Innenseite eine Längsnut (32) aufweist, in die ein als Verdrehsicherung eingreifender und im Steuerstab (1) eingeschraubter Führungsstift oder -rolle (33) eingreift.

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