DE2128213A1

DE2128213A1 - Water cooled reactor control absorber - hydraulically activated by primary coolant

Info

Publication number: DE2128213A1
Application number: DE2128213A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Daublebsky; Jean Mattern; Guenter Zeitzschel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1971-06-07
Publication date: 1973-01-04

Abstract

A hydraulic actuator is integrally mounted within the reactor tank beneath the core, the reactor coolant being used as the hydraulic medium to apply press. to the actuator piston to drive the absorber into the core. A regulating counter press. is applied to the underside of the piston through a pipe line connected to an external source such as the water treatment or cooling water storage tank pumps. Controlled emergency insertion of the absorber is effected through a dump valve which relieves the regulating line fluid to a dump tank. The system is 'fail safe' since inadvertent loss of regulating line press. results in absorber insertion from reactor primary coolant press. Only one line connection through the tank is required for the regulating line.

Description

Steuerstabantrieb für Kernreaktoren (Zusatz zu Patentanmeldung P 20 27 988.3) Die Hauptanmeldung betrifft einen mit einem Druckmedium betätigten Steuerstabantrieb für Kernreaktoren, bei dem der Steuerstab von einem mit Verriegelungseinrichtungen versehenen Steuerkolben betätigt wird, der sich in einem mit Rastern versehenen Führungsfohr bewegt. Sie ist gekennzeichnet, das dem Steuerkolben (oberer Steuerkolben) ein zweiter, ebenfalls mit Verri e gelungs einrichtungen versehener Steuerkolben (unterer Steuerkolben) zugeordnet ist und Binrichtungen zun wechselseitigen Lösen der Verriegelungseinrichtungen vorhanden sind, die ein abwechselndes Bewegen der beiden Steuerkolben um jeweils einen alter in gleicher axIaler Richtung gestatten und der ruhende Steuerkolben jeweils mittels einer Verriegelungseinrichtung in den Rastern verriegelt ist. Control rod drive for nuclear reactors (addendum to patent application P 20 27 988.3) The main application relates to an actuated with a pressure medium Control rod drive for nuclear reactors, in which the control rod is operated by a locking device provided control piston is operated, which is provided with a grid Leadership moves. It is marked that the control piston (upper control piston) a second control piston, also provided with locking devices (lower control piston) is assigned and directions for mutual loosening the locking devices are present, which allow an alternate movement of the allow both control pistons to be one old each in the same axial direction and the stationary control piston in each case by means of a locking device in the grids is locked.

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Gegenstandes der Hauptanmeldung hinsichtlich einer besonders vorteilhaften Art der Betätigung des Antriebes, wenn dieser innerhalb des Druckgefäßes angeordnet ist.The invention relates to a further development of the subject matter of the main application with regard to a particularly advantageous type of actuation of the drive, if this is arranged within the pressure vessel.

Durch das Buch "Steuerung und Regelung von Kernreaktoren und Eernkraftwerken" von Schulz, Berliner Union, Stuttgart 1965, 2. Auflage, Seite 255 ff, ist an sich ein hydraulischer Kolbenantrieb für Steuerstäbe bekannt, der im Reaktordruckgefäß angeordnet ist und dem die Flüssigkeit des hydraulischen Systems zur Betätigung des Hubkolbens über zwei Zuleitungen von außerhalb des Druckgefäßes zugeführt wird.Through the book "Control and Regulation of Nuclear Reactors and Eernkraftwerke" von Schulz, Berliner Union, Stuttgart 1965, 2nd edition, page 255 ff, is in itself a hydraulic piston drive for control rods known in the reactor pressure vessel is arranged and which the fluid of the hydraulic system for actuation of the reciprocating piston is supplied from outside the pressure vessel via two feed lines.

Durch diese Druckgefäßinterne Anordnung des Steuerstabantriebes vereinfacht sich die Herstellung des Druckgefäßbodens oder Deckels wesentlich, da statt der im Durchmesser verhältnismäßig großen Stutzen für die extern angeordneten Antriebe nur die Leitungen aus dEm Druckgefäß heräusgeführt werden müssen. In der Schrift wird weiterhin vorgeschlagen, als Hydraulikmittel das Kühlmittel oder Moderatormittél des Kernreaktors zu verwenden.This arrangement of the control rod drive inside the pressure vessel is simplified the production of the pressure vessel bottom or lid is essential because instead of the Relatively large connection pieces in diameter for the externally arranged drives only the lines have to be led out of the pressure vessel. In scripture it is also proposed that the hydraulic medium is the coolant or moderator medium of the nuclear reactor.

Die bekannte Anordnung hat in sicherheitstechnischer Hinsicht den Nachteil, daß bei einem Ausfall des als Treitmittel dienenden .Hydraulikmittels, was z.B. durch einen Bruch in der Zuleitung geschehen kann, der Steuerstab nicht mehr in den Kern eingefahren ist oder sogar durch den Druck im Reaktorkern aus diesem herausgestoßen wird. Diese Gefahr ist besonders groß, wenn die Steuerstäbe unterhalb des Reaktorkerns angeordnet sind, wie es heute zum Beispiel bei Siedewasser- und Druckwasserreaktoren üblich ist.In terms of safety, the known arrangement has the Disadvantage that in the event of a failure of the hydraulic agent used as a tread agent, what can happen e.g. through a break in the supply line, the control rod cannot has moved more into the core or even from the pressure in the reactor core is pushed out of this. This risk is particularly great when the control rods are arranged below the reactor core, as is the case today, for example, with boiling water and pressurized water reactors is common.

Durch die deutsche Patentschrift 121 80 80 ist es außerdem bei externen Steuerstabantrieben, bei denen als Treibmittel zum Einfahren der Steuerstäbe in den Reaktorkern das Druckmedium aus dem Reaktorkern verwendet wird auch bekannt, im normalen Betrieb den Raun oberhalb des Hubkolbens mit einem Gegendruck zu beaufschlagen.By the German patent specification 121 80 80 it is also with external Control rod drives, which are used as a propellant to retract the control rods in the reactor core the pressure medium used from the reactor core is also known to apply a counter pressure to the space above the reciprocating piston during normal operation.

Im Gefahrenfall wird der Gegendruck oberhalb des Hubkolbens durch Öffnen eines Regelventils zu einem unter Atmosphärendruck stehenden Raum hin abgebaut.In the event of danger, the counter pressure above the reciprocating piston is released Opening a control valve to a room under atmospheric pressure reduced.

Das Druckmittel unterhalb des liubkolbens treibt dann den Steuerstab in den Reaktorkern. Diese Ausführung hat, abgesehen von den Nachteilen externer Steuerstabantriebe genau wie der zuerst beschriebene druckgefäßinterne Steuerstabantrieb den sicherheitstechnischen flachteil, daß bei einem Bruch der Zuleitung für das Hydraulikmittel die Steuerstäbe nicht mehr hydraulisch in den Kern eingefahren werden können.The pressure medium below the piston then drives the control rod in the reactor core. This design has, apart from the disadvantages external Control rod drives exactly like the pressure vessel internal control rod drive described first the safety-related flat part that in the event of a break in the supply line for the Hydraulic means the control rods can no longer be hydraulically retracted into the core can.

Die Erfinder haben sich deshalb die Sufr e gestellt, cin Betätigungssystem für einen druckgefäßinternen hy draulischen oder pneumatischen Steuerstabantrieb nach der Hauptanmeldung zu entwickeln, das aus sicherheitstechnischen Gründen und aus Kostengründen besonders einfach im Aufbau ist, möglichst wenig Durchführungen durch das Druckgefäß erfordert und bei dem bei einem Ausfall des von außen zugeführten Treibmittels die Steuerstäbe zwangsläufig in den Reaktorkern eingefahren werden.The inventors have therefore given themselves the Sufr e, an actuation system for an internal hy hydraulic or pneumatic control rod drive to develop after the main registration, for security reasons and is particularly simple in construction for reasons of cost, as few bushings as possible required by the pressure vessel and in the event of failure of the externally supplied Propellant the control rods are inevitably retracted into the reactor core.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Hubzylinder auf der dem Reaktorkern abgewandten Seite des Hubkolbens unmittelbar mit dem Druckmedium im Reaktordruckgefäß in Verbindung steht und auf der dem Reaktorkern zugewandten Seite des Hubkolbens gegenüber dem Druckmedium im ReaktordrucKgefäß hinreichend abgedichtet ist und über eine Leitung mit einer einen Gegendruck für die Ausfahrbewegung erzeugenden Einrichtung außerhalb des Reaktordruckgefäßes verbunden ist., obei die Leitung außerhalb des Reaktordruckgefakes eine Abzwei gung mit einem Schnellabschaltventil hat, die zu einem unter Atmosphärendruck stehenden Raum führt, und außerdem ein Bypass zu dem Schnellabschaltventil mit einem steuerbaren Ventil vorgesehen ist.This object is achieved in that the lifting cylinder on the Reactor core facing away from the reciprocating piston directly with the pressure medium in the Reactor pressure vessel is in connection and on the side facing the reactor core of the reciprocating piston is sufficiently sealed against the pressure medium in the reactor pressure vessel is and via a line with a generating a counter pressure for the extension movement Device outside the reactor pressure vessel is connected. Obei the line outside of the reactor pressure vessel has a branch with a quick shut-off valve that leads to a room under atmospheric pressure, and also to a bypass the quick shut-off valve is provided with a controllable valve.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Bei diesem Beispiel handelt es sich um einen mit Wasser moderierten und gekühlten Kernreaktor. Es sei aber vorausgesetzt, daß ein Steuerstabantrieb nach dem erfindungsgemäßen Prinzip beispielsweise auch bei einem gasgekühlten Kernreaktor anwendbar ist.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained below. This example is one with Water moderated and cooled nuclear reactor. But it is assumed that a Control rod drive according to the principle of the invention, for example, also in a gas-cooled nuclear reactor is applicable.

Die Zeichnung zeigt ein Reaktordruckgefäß - lo, in dem unterhalb des nicht dargestellten Reaktorkerns das Führungsrohr 1 (Hubzylinder) mit den schematisch dargestellten Steuerkolben 3,6, die eine Kolbenstange 4 tragen, angeordnet ist. Die Kolbenstange 4 ist dann, was ebenfalls nicht gezeichnet ist, mit dem Absorberstab verbunden. Durch die Bewegung der Kolben 3,6 im Hubzylinder 1 wird der Steuerstab mehr oder weniger in den Reaktorkern eingefahren. Auf der dem Reaktorkern abgewandten Seite der Kolben hat der Hubzylinder 2 eine Öffnung 5, so daß der Druck im Reaktordruckgefäß auf die dem Reaktorkern abgewandte Seite der Kolben wirken kann. Der Raum im Hubzylinder auf der dem Reaktorkern zugewandten Seite der Kolben ist gegenüber dem-Druckmedium im Reaktordruckgefäß ausreichend abgedichtet und hat eine Leitung 6, die über ein Ventil 2 mit einer nicht dargestellten Gegendruck erzeugenden Einrichtung außerhalb des ReEktoriruckbefäQes verbunden ist. Die Leitung 6 hat eine Abzweigung 7, die zu einer Eondensationskammer 8 führt und durch ein Ventil 9, dem sogenannten Scramventil freigegeben werden kann. Die gondensationskammer 8 steht unter Atmosphärendruck.The drawing shows a reactor pressure vessel - lo, in which below the Reactor core, not shown, the guide tube 1 (lifting cylinder) with the schematically control piston 3, 6 shown, which carry a piston rod 4, is arranged. The piston rod 4 is then, which is also not shown, with the absorber rod tied together. The movement of the pistons 3, 6 in the lifting cylinder 1 causes the control rod more or less retracted into the reactor core. On the one facing away from the reactor core On the side of the piston, the lifting cylinder 2 has an opening 5, so that the pressure in the reactor pressure vessel can act on the side of the piston facing away from the reactor core. The space in the lift cylinder on the side facing the reactor core, the piston is opposite the pressure medium Sufficiently sealed in the reactor pressure vessel and has a line 6, which has a Valve 2 with a back pressure generating device, not shown, outside of the ReEktoriruckbefäQes is connected. The line 6 has a junction 7, the leads to a condensation chamber 8 and through a valve 9, the so-called scram valve can be released. The condensation chamber 8 is under atmospheric pressure.

Der beschriebene Steuerstabantrieb wirkt bei einer Schnellabschaltung wie folgt.The control rod drive described acts in the event of a rapid shutdown as follows.

Durch das erwahnte Schnellabschaltventil 9 wird der Druck aus dem dem Reaktorkern zugewandten Teil des Hubzylinders 2 oberhalb des Hubkolbens 3 zu der unter Atmosphärendruck stehenden- Kondensationskammer 8 abgebaut. Der Hubkolben wird dadurch sehr schnell nach-oben gebracht und der Steuerstab eingefahren.By the aforementioned quick shut-off valve 9, the pressure is from the the part of the lifting cylinder 2 facing the reactor core above the lifting piston 3 the atmospheric pressure Condensation chamber 8 dismantled. The reciprocating piston is brought up very quickly and the control rod retracted.

Sollte das die Steuerstäbe ausfahrende Druckmedium plötzlich ausfallen, was beispielsweise durch einen Bruch der Leitung 6 geschehen könnte, so würde sich der Druck-auf. der dem Reaktorkern zugewandten Seite des Hubkolbens 3 sehr rasch abbauen und der Steuerstab würde getrieben vom Druck im Reaktordruckgefäß ebenfalls in den Kern mit großer Beschleunigung einfahren, Ein Versagen erzeugt damit einen ungefährlichen Zustand, was für die sicherheitstechnischen Belange von großer Bedeutung ist.Should the pressure medium extending from the control rods suddenly fail, what could happen, for example, by a break in the line 6, would turn out to be the pressure on. the side of the reciprocating piston 3 facing the reactor core very quickly and the control rod would also be driven by the pressure in the reactor pressure vessel drive into the core with great acceleration, a failure creates one with it Safe condition, which is of great importance for safety issues is.

Zum Herausfahren der Steuerstäbe aus dem Reaktorkern wird in dem Hubzylinder auf derem Reaktorkern zugewandten Seite des Hubkolbens 3 über die Leitung 6 und das Ventil 2 ein Druckmedium zugeführt. Hierzu ist die Leitung 6 beispielsweise mit der Primarwasserreinigungspumpe und/oder Lagerdruckwasserpumpe des Reaktors verbunden. Da auf der dem Reaktorkern abgewandten Seite des Hubkolbens 3 der Reaktorkern wirkt, muß dieser zugeführte Druck höher sein als der Druck im Reaktordruckgefäß.The lifting cylinder is used to move the control rods out of the reactor core on the side of the reciprocating piston 3 facing the reactor core via the line 6 and the valve 2 is supplied with a pressure medium. The line 6 is for this purpose, for example with the primary water cleaning pump and / or storage pressure water pump of the reactor tied together. Since the reactor core is on the side of the reciprocating piston 3 facing away from the reactor core acts, this supplied pressure must be higher than the pressure in the reactor pressure vessel.

Unabhängig vom Schnellabschaltfall erfolgt die Feineinstellung der Steuerstäbe durch Druckänderung im Hubzylinder 2 oberhalb des Hubkolbens 3 über die. Leitung und das Ventil 11.The fine adjustment of the takes place independently of the emergency shutdown Control rods by pressure change in the lifting cylinder 2 above the lifting piston 3 over the. Line and valve 11.

Durch entsprecheflde Maßnahmen am Hubkolben 3 und Hubzylinder 2 ist dafür Sorge zu tragen, daß diese Feineinstellung um genau vorgegebene Werte möglich wird. Die Leitung 6 dient somit in ihrem Anschlußteil zum Schnellabschalten, Ausfahren und Normal- Einfahren der Steuerstäbe.Appropriate measures are taken on the reciprocating piston 3 and the reciprocating cylinder 2 to ensure that this fine adjustment is possible by precisely specified values will. The line 6 thus serves in its connection part for quick disconnection, extension and normal Retraction of the control rods.

Ist der Reaktordruck noch nicht auf Druck (Anfahrbereich), so kann man Z.B. komprimierte Luft im Druckgefä3 als Druckspeicher für die Aufwärtsbewegung verwenden. Auch wäre es denkbar,- den Antrieb, allerdings dann über eine zweite Durchdringung, an einen externen Druckspeicher anzuschließen.If the reactor pressure is not yet at pressure (start-up range), then For example, compressed air in the pressure vessel is used as a pressure reservoir for the upward movement use. It would also be conceivable - the drive, but then via a second Penetration to connect to an external pressure accumulator.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Betätigungssystems fürd einen druckgefäBinternen, hydraulischen oder pneumatischen Steuerstabantrieb liegen in erster Linie darin, daß bei einem Bruch einer Treibmittelleitung oder sonstiger einen Ausfall des Treibmittel bedingender Fehler zwangsläufig eine Schnellabschaltung erfolgt. Hinzu kommt, daß die Kosten des Schnellabschaltsystens trotz Erhöhung der Sicherheit gegenüber bekannten Ausführungen wesentlich niedriger sind.The advantages of the actuation system according to the invention for a pressure vessel-internal, hydraulic or pneumatic control rod drives are primarily that in the event of a break in a propellant line or other failure of the propellant An emergency shutdown inevitably occurs due to faults. In addition, that the costs of the Schnellverschaltsystens despite the increase in safety compared to known Versions are much lower.

Es ist dabei nur eine einzige Durchführung durch das ReaktordruckgefäB notwendig.There is only one passage through the reactor pressure vessel necessary.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

(Addition to patent application P 20 27 988.3) 1..With a pressure medium actuated control rod drive for nuclear reactors, in which the control rod is driven by a with locking devices provided control piston is operated, which is in moved by a guide tube provided with grids, with the control piston (upper Control piston 3) a second one, also provided with locking devices (7) Control piston (lower control piston 6) is assigned and devices (57, 18) for mutual release of the locking devices are present, which a alternating movement of the two control pistons by one grid each (5.5 ', 5' ') allow in the same axial direction and the stationary control piston each means a locking device in the Rastern (5.5 ', 5 ") locked is, according to patent application P 20 27 988.3, characterized in that the lifting cylinder on the side of the reciprocating piston facing away from the reactor core directly with the pressure medium is in connection in the reactor pressure vessel and on the one facing the reactor core Side of the reciprocating piston opposite the pressure medium in the reactor pressure vessel is sufficient is sealed and a line with a counter pressure for the extension movement generating device is connected outside of the reactor pressure vessel, the Line outside the reactor pressure vessel a branch with a quick shut-off valve which leads to a room under atmospheric pressure, and also a Bypass to the quick shut-off valve is provided with a controllable valve.

2. Actuation system for a pressure vessel internal, hydraulic or pneumatic nuclear reactor control drive according to claim 1, characterized in, that the device generating a back pressure is the primary water purification pump and / or storage pressurized water pump of the nuclear reactor.

3. Actuating system according to claim 1 or 2, characterized in that that a compressed air cushion is generated in the pressure vessel in the high-speed area of the reactor.

L e r s e i t e