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Regel- und Abschaltsorrichtung für Kernreaktoren Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Regel- und Abschaltvorrichtung für Kernreaktoren, insbesondere
Raumfahrtreaktoren, die auch als Vorrichtung zum Schnellabschalten verwendbar ist,
mit einem um eine exzentrische, parallel zu seiner Längsachse angeordnete Achse
drehbaren Reflektorelement. Es sind Kernreaktoren bekannt, bei denen der die Kernzone
.umgebende Reflektor zur Regelung des Reaktors benutZt wird, indem die Lage einzelner
Segmente dieses Reflektors, vorzugsweise durch deren drehungum die Längsachse, verändert
wird, sodaß eine wechselnde Neutronenleckrate entsteht, die die Reaktivität des
Reaktors beeinflußt. Diese Regelvorrichtung kann so gestaltet sein, daß sie auch
die bei Störfällen notwendige Schnellabschaltung des Reaktors bewirkt. Aus Sicherheitsgründen
ist es erwünscht, Reaktoren mit einer zweiten Abschaltvorrichtung zu versehen, die
bei Ausfall der ersten Abschaltvorrichtung eine sichere und schnelle Abschaltung
des Reaktors gewährleistet.
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Es ist bekannt, derartige Vorrichtungen durch Federkraft in ihre Abschaltstellung
zu beschleunigen, beispielsweise aus der D2-AS 1 278 617. Es ist auch bekannt, derartige
Beschleunigungsfedern
mit Hilfe von Elektromagneten vorzuspannen, so daß die Federn bein Stromloswerden
des Elektromagneten ausgelöst werden. Aus dem Bericht von V.l.Berta: "Snaptran Experimental
Measurement and Instrumentation" IDO-17205, herausgegeben von der Phillips Petroleum
Co. im Auftrage der~U.S.Atomic Energy Gomnission vom Januar 1967, auf Seite 16-19,
ist eine Regel- und Abschaltvorrichtung bekannt, teider einzelne Segmente des Reflektors
zu Regel- und Abschaltzwecken gedreht werden können. Die bekannten Regel- und Abschaltvorrichtungen
dieser Art weisen jedoch nur eine Abschaltvorrichtung auf, so daß eine sichere Abschaltung-des
Reaktors im Störfall nicht immer gewährleistet erscheint.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Rege-l-und Abschaltvorrichtung
für Kernreaktoren mit drehbaren Reflektorelementen, die zwei gemeinsam oder unabhängig
voneinander zu betätigende Abschaltniechanismen aufweist, wobei die Ausrichtung
des Reflektors in bezug auf den Reaktorkern durch dessen Größenänderungen infolge
thermischer Ausdehnung und/oder infolge des unter Neutronenbeschuß auftretenden
Schwellens von Reaktorbauteilen nicht beeinflußt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Reflektorelement
mittels einer zweiten, einzeln oder gemeinsam mit der ersten zu betätigenden Abschaltvorrichtung
um eine weitere, außerhalb seiner Drehvorrichtung gelegene Achse schwenkbar ist.
Dadurch wird erreicht, daß das Reflektorelement auch bei einer Störung des zur Regelung
und ersten Abschaltung benutzten Drehmechanismus aus dem Reflektorverband entfernt
wird und durch die dann auftretende erhöhte Neutronenleckrate der Kernspaltungsprozeß
im Reaktor sum Erliegen kommt.
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Gemäß der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Verbindung
zwischen Regel- und Abschaltvorrichtungen einerseits und dein zu bewegenden Reflektorelement
andererseits gelenkig ausgestaltet und die Ausrichtung des Letzteren im Bezug auf
den Reaktorkern unabhängig von radialen Größenänderungen der Xernumhüllung ist,
indem das Reflektorelement diesen GröBenänderungen durch Parallelverschiebung ausweichen
kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Regel- und erste Abschaltvorrichtung einen Motor aufweist, einen von diesem angetriebenen
Spindeltrieb, ein damit verbundenes, zum fPeil verzahntes Gestänge und ein durch
dieses betätigtes Umlenkgetrjeb mit fflrommel, auf die ein flexibles Element aufwickelbar
ist; ferner eine im Betriebszustand von einem ELektromagneten gespaente Feder, die
zum Beschleunigen eines Teiles des Gestänges in die Abschaltstellung verwendbar
ist. Hierdurch wird erreicht, daß die für den Normalbetrieb erforderliche Regelvorrichtung
auch als erste Abschaltvorrichtung verwendet werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
zweite Abschaltvorrichtung ein weiteres Gestänge aufweist, das durch eine weitere,
ebenfalls in Betriebszustand durch einen Elektromagneten gespannte Feder in die
Abschaltstellung beschleunigbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das
Gestänge der zweiten Abschaltvorrichtung gelenkig mit einem Ende eines Hebels verbunden
ist, der um einen in Bezug auf den Reaktor festen Punkt schwenkbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorges'chlager, daß der
Hebel an seinem anderen Ende,gelenkig mit der Haltevorrichtung des drehbaren Reflektorelementes
verbunden ist und mit Führungen und/oder Umlenkrollen für das flexible Element der
Regel- und ersten Abschaltvorrichtung versehen ist. Dies ermöglicht es dein Reflektorelement,
sich etwaigen radialen Größenänderungen des Reaktorkerns anzupassen, ohne daß die
Wirksamkeit der Regel- und Abschaltvorrichtungen beeinträchtigt würde.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das
flexible Element an seinem anderen Ende auf eine weitere Trommel aufwickelbar ist,
die zum Drehen des Reflektoreleinentes um seine Längsachse verwendbar ist0 Da beide
Abschaltvorrichtungen unabhängig von der Schwerkraft arbeiten, ist eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung besonders für Reaktoren geeignet, die-in der Raumfahrt Verwendung
finden.
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Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt Figur 1 einen längsaxialechnitt durch den oberen Deil
der Vorrichtung, soweit er sich in oder-über dem Reaktordeckel befindet0 Pigur 2
zeigt ebenfalls im Längsaxialschnitt den unteren weil der Vorrichtung, der sich
innerhalb des Reaktorgefässes befindet.
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Figur 3 zeigt den Reaktorkern mit dem ihn umgebenden Reflektor, den
dazugehörigen Teilen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie
A-S in der Figur 2.
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Die Figur 1 zeigt einen Reaktordeckel (1), in dem ein Deckel (2) gelagert
ist, der die erfindungsgemäße Vorrichtung aufnimmt. Diese besteht zum einen aus
einem Motor (3), der über ein Untersetzungsgetriebe (4) und eine Drehmomentkupplung
(5) eine Schraubenspindel (6) in Drehung versetzt, auf der eine Spindelmutter (7)
gleitet, die durch ilhrungen (8) am Mitdrehen gehindert ist. Die Spindelmutter (7)
teilt ihre axiale Bewegung über eine Zugstange (9) einem Elektromagneten (10) mit,
an dein in erregtem Zustande ein Anker (11) anliegt, durch den wiederum eine Schraubenfeder
(12) gespannt wird. Der Anker (11) ist seinerseits mit einer weiteren Zugstange
(13) verbunden, die an ihrem entgegengesetzten Ende als Zahnstange ausgebil,det
ist. tie Zahnstange (13) kämmt mit einem Ritzel (14), das auf einer Welle (15) befestigt
ist, die auch eine Trommel (17) zur Aufnahme von flexiblen Elementen (16) trägt,
beispielsweise von Ketten, Seilen oder ZugbändernO Das Auf- bzwo Abwickeln des flexiblen
Elementes (16) von der Trommel (17) erfolgt bei normalen Regelvorgängen durch den
motorischen Antrieb,, im Abschaltfálledurch die Kraft der Beder (12), die bei Stromloswerden
des Elektromagneten im Störfall freigegeben wird. Die Bewegung des flexiblen Elementes
(16) wird über eine Führung (18) und eine Umlenkrolle (19) an eine weitere Trommel
(20) geleitet, die dadurch in Drehbewegung versetzt wird (siehe Figur 2). Die Führung
(18) und die Umlenkrolle (19) sind an einem Hebel (21) angebracht, der vermittels
eines lagers (22) gelenkig mit einem Lagerbock (23) verbunden ist, der an der Unterseite
des Reaktordeckels (2) befestigt ist. Die Trommel O ist auf einer Welle (24) befestigt,
die über Arme (25) mit einem Reflektorelement (26) verbunden ist. Die Welle (24)
ist in einem Rohr (27) gelagert, das mit einer Traverse (28) fest verbunden isto
Der Hebel (21) ist mit einem Lager (29) gelenkig mit der Traverse (2.8) verbunden.
Das
Rohr (27) liegt bei Normalbetrieb an Zentrierringen ( an, die
mit dem schematisch angedeuteten Reaktorkern (31) verbunden sind. Der Hebel (21)
weist an seinem entgegengesetzten Ende ein weiteres Lager (32) auf, an dem eine
weitere Zugstange (33) gelenkig befestigt ist. Die Zugstange (33) der zweiten Abschaltvorrichtung
(siehe Figur 1) ist mit einem weiteren Anker (34) verbunden, der in Normalbetrieb
an einem weiteren Elektromagneten (35) anliegt und dadurch eine weitere Schraubenfeder
(36) spannt. Beim Stromloswerden des Elektromagneten (35) beschleunigt die Schraubenfeder
(36) die Zugstange (33) nach unten, wo-durch' der Hebel (21) um das Lager (20) gedrehtwird,
und das Reflektorelement (26) vom Reaktorkern (31) weggeschwenkt wird. Das Zurüekholen
des Ankers (34) aus der Abschaltstellung erfolgt durch einen weiteren Motor (37)
mit einem weiteren Untersetzungsgetriebe (38), eine damit verbundene weitere Schraubenspindel
(39) auf der eine weitere Spindelmutter (40) gleitet, die durch weitere Führungen
(41) am Drehen gehindert ist, und die über eine weitere Zugstange (42) mit dem Elektromagneten
(35) verbunden ist. Dieser nimmt im erregten Zustand den Anker (34) und über eine
weitere Schraubenfeder (43), die das feste Anliegen des Reflektorelementes (26)
am Reaktorkern (31) unabhängig von etwaigen radialen Größenänderungen des letzteren
gewährleistet, deren ührungsbuehse (44) mit. Zum Abbremsen der Bewegung der Zugstangen
(12 bzw0 30)vor Erreichen der Endlage, wenn sie durch die Schraubenfedern (12 bzw.36)
beschleunigt werden, dienen Dämpfungszylinder (45 bzw.46).
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Die Regel- und erste Abschaltvorrichtung ist in einem -Gehäuse (47),
die zweite Ab-schaltvorrichtungin einem weitern Gehäuse (48) gasdicht angeordnet.
Die bei einer Vorrichtung dieser Art an sich erforderlichen Dichtungen und weiteren
lager sind der flbersictlichkeit halber weggelassen.
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Die Figur 3 zeigt den Reaktorkern (31), der von mehreren, in diesem
Falle sechs beweglichen Reflektorelementen mit annähernd halbkreisförmigem Querschnitt
umgeben ist. Die Zwischenräume zwischen den beweglichen Reflektorelementen (26)
sind mit weiteren, festen Reflektorelementen (49) ausgefüllt0 Eine der zu jedem
beweglichen Reflektorelement (26) gehörenden Abschaltvorrichtungen ist gezeichnet,
wobei die Bezeichnungen der einzelnen Teile mit denen der Figur 2 übereinstimmen.
In gestrichelten Umrissen ist mit a die Lage des beweglichen Reflektorelementes
(26) angedeutet, die es nach Betätigen nur der ersten Abschaltvorrichtung einnimmt,
mit b2 diejenige nach Betätigen nur der zweiten Abschaltvorrichtùng undmit b1 die
Lage nach Betätigen beider Abschaltvorrichtungen.