DE2229289A1

DE2229289A1 - Antriebssystem fuer regelstaebe

Info

Publication number: DE2229289A1
Application number: DE2229289A
Authority: DE
Inventors: Peter Fortescue
Original assignee: Gulf Oil Corp
Current assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1971-06-15
Filing date: 1972-06-15
Publication date: 1973-03-08
Also published as: GB1354051A; CH544381A; NL7208109A; SE7207819L; AU4341372A; CA949235A; FR2147935A1; BE784922A; US3741867A; BR7203885D0; ATA511172A; IT958336B

Description

PatentanvXlte Dipl.-Ing. F. Wiickmann,

Dipl.-Ing. KLWeickmann, D1PL.-PHYS. D*. K. Finck* D1PL.-ING. F. A-Weickmann, Difl.-Chem. B. Hubi*

I MÜNCHEN 16, DEN 2229289

POSTFACH 160120 IiAZW MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 9ί 3»21/22

File No. 30639-F

GULP OIL CORPORATION Pittsburgh, 439 Seventh Avenue, Pennsylvania, V.St.ν.Α.

Antriebssystem für Regelstäbe

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebρsystem für Regelstäbe eines Kernreaktors. Es wird insbesondere ein Antriebssystem beschrieben, das die Stellung eines Regelstabes bei normalem Betrieb steuert und das beim Notabschalten des Reaktors die Regelstäbe in den Reaktorkern einschiebt.

Die Verwendung von Regelstäben sum Regeln der Ausgangsleistung eines Kernreaktors und zum Notabschalten oder Abbremsen des Kernreaktors ist bekannt. Derartige Regelstäbe weisen normalerweise bewegliche längliche Zylinder auf, die ein Neutronen absorbierendes Material beinhalten. Im a3" gemeinen weisen Antriebssysteme für Regelstäbe einen umkehrbaren elektrischen oder hydraulischen Motorantrieb auf, der Betriebsjustierungen der relativen Lage des Regelstabes aum Reaktorkern dss Kernreaktors vornimmt. Im Antriebssystem für Regelstäbe können außerdem Vorkehrungen zum schnellen Einschieben des Regeis tabes in den Reaktorkern getroffen coin, die auf ein bestimmtes Signal hin den Reaktor im Notfall abschalten.

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Einige Antriebssystemarten für Regelstäbe verwenden die Schwerkraft beim Notabeehalten des Regelstabes. In manchen !'allen reicht jedoch die Gehverkraft'nicht aus, um den Regelstab beim Notabschalten geeignet und sicher einzuschieben. Demzufolge wurden verschiedene Ausführungsformen eines Antriebs des Regelstabes ausgeführt, der unter Notabschaltbediiigungen sicher abschaltet. Unter diesen Antrieben finden sich hydraulische und pneumatische Systeme.

Aus Sicherheitsgründen ist es wünschenswert, daß der Regelstab 'aus einer Arbeitsstellung heraus mit maximaler Geschwindigkeit beim Notabschalten eingeschoben wird. Zu hohe hervorgerufene Geschwindigkeit erschwert jedoch nur die Energieverteilungs- . Probleme, vergrößert die allgemeine Reibung und belastet jpührungsbauteile unnötig. Deshalb ist es wünschenswert, daß sich der Weg des Regelstabes beim Notabschalten aus einem anfänglichen minimalen Zögern und einem schnellen und gleichmäßigen Beschleunigen zusammensetzt, dem schließlich eine Verzögerung folgt. Die Beschleunigung ist so bestimmt, daß sich die erforderliche Geschv/indigkeit beim Einschieben sowie eine nicht so große Änderung der Verzögerung ergibt. Die Änderung der Verzögerung ergibt sich aus dem für die Verzögerung verfügbaren Abstand. In einem schnellen Reaktor genügt es, alle Regelstäbe um einige cm einzuschieben, um den Reaktor abzuschalten. Der Verzögerungsabstand kann deshalb, innerhalb vernünftiger Grenzen, entsprechend jeder gewünschten Änderung der Verzögerung gewählt werden.

Es wurden deshalb Antriebssysteme für Regelstäbe mit unterschiedlichen Antriebsarten, wie z.B. Antriebe mit Hydraulikkolben oder Motor-getriebenen Antriebsschrauben ausgeführt, die die Regelstäbe bei normalem Betrieb halten und genau einstellen. Mit diesen Antriebssystenon für normalen Betrieb wurden außerdem hydraulische oder pivjuncitieche Antriebasysteme kombiniert, die Notabschaltungen sicher durchführen. Derartige

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kombinierte Ant'riebssysteme arbeiteten jedoch niclit völlig zu-

Zum Beispiel erfordern hydraulische Systeme zuverlässige und dichte öldichtungen, die, falls sie über den gesamten .Arbeitsweg wirksam e^in sollen, ein beträchtliches Problem darstellen. Ein nur bei dor Verzögerung am Ende wirksamer unabhängiger 01-Etoßc.ü-arifer verringert das Dichtungsproblem, ist jedoch infolge der rchweren Stoßbelastung schwer zu konstruieren. Das Schäumen des Öls in jedem hydraulischen System ist ein weiteres Problem, insbesondere dann, wenn der Reaktor gasgekühlt ist, da einige Kühlgase bei gewissen Drücken in Öl hochlöslich sind.

Anöere Antriebssysteme, wie z.B. pneumatische oder reibungsgebremste Systeme, beinhalten ebenfalls Probleme. Pneumatische Systeme müssen z.B. sorgfältig konstruiert werden, um bei allen während des Reaktorbetriebs auftretenden Druckbedingungen kritische Dämpfung zu erreichen. Der Ausfall der geeigneten Betriebsdrücke in einem pneumatischen System kann zu schweren Rückprallen des Regeistabes nach dem Notabschalten führen. Reibungsgedämpfte Systeme sind ebenso uninteressant, da ihr Verhalten nicht voraussagbar ist und da es schwierig ist, jederzeit einen vollständigen Hub sicherzustellen,' insbesondere dann, wenn aus einer teilweise eingeschobenen Stellung heraus abgeschaltet werden soll.

Die Erfindung hat deswegen die Aufgabe, ein verbessertes Antriebssystem für Regelstäbe in einem Kernreaktor vorzusehen. Das Antriebssystem für Regelstäbe soll genaue Justierung ermöglichen, einen sicheren Antrieb für Notabschaltungen vorsehen und eine zufriedenstellende Verzögerung des Regelstabes am Ende cl«,-r Bewegung beim Notabcchalten bewirken. Die Erfindung, soll ein in hohem Maße zuverlässiges Antriebssystem für Regelstäbe f-,oli-).rfon, üot: den I'.egelctab beim Notabechalten anfänglich miiii- Va 1 vtrzüf.ort, dann schnell beschleunigt und am Schluß abbremst.

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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Befestigungs- und Justiereinrichtung, die einen Regelstab justierbar in einem Reaktorkern befestigt, durch 'eine Kupplung, die den Regelstab mit der Befestigungs- und Justiereinrichtung koppelt und die einen Kopplungsriegel aufweist, der auf ein Notabschaltsignal hin den Regelstab von der Befestigungs- und Justiereinrichtung abkoppelt, durch eine Zwischenstange, die den Regelstab am Kopplungsriegel befestigt und die sich bei Abkopplung durch den Kopplungsriegel zusammen mit dem Regelstab um einen bestimmten Abstand in Richtung des Reaktorkerns bewegt, durch ein um eine Achse der Zwischenstange drehbar befestigtes Schwungrad mit wenigstens einer Nocke und durch wenigstens eine die Nocke führende Nockenlaufbahn auf der Zwischenstange, wobei die Nockenlaufbahn so ausgebildet ist, daß sie gegen Ende der Bewegung der Zwischenstange um den bestimmten Abstand über die Nocke ein Drehmoment auf das Schwungrad ausübt und die Zwischenstange und den Regelstab durch Absorption deren kinetischer Energie abbremst.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben werden.

Pig. 1 ist eine Seitenschnittansicht, die einen Teil eines Kernreaktors mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem für Regelstäbe zeigt;.

Pig. 2 ist eine vergrößerte-Teilansicht eines Abschnitts des Antriebssystems für Regelstäbe aus Pig. 1;

Pig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und der Zeit über einem Gesamtweg eines Abschalthubes des Regelstabes zeigt;

Pig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung der Geschwindigkeit und der kinetischen Energie über dem Gesamtweg des Abßchalthubes für den Regelstab zeigt;

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Pig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung einer beim Eremsen auf Nocken des erfindungsgeinäßen Systems wirkenden Kraft zeigt;·

Pig. 6 ist eine graphische· Darstellung, die die Größe einer durch ITockenlaufbahnen und Nocken der gezeigten Ausführungsform beim Bremsen hervorgerufenen Drehung zeigt;

Pig. 7 ist eine Projektion, die die Form der in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Nockenlaufbahnen zeigt, und

Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht der Enden der Noekenlaufbahnen aus Fig.. 7. .

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für Regelstäbe in Verbindung mit einer Ausführungsform eines Reaktors, der einen eine Vielzahl Spaltstoffgehäusegruppen (nicht dargestellt) umfassenden Reaktorkern aufweist. Die Spaltstoffgehäuse gruppen enthalten geeignete Spaltstoffstäbe (nicht dargestellt) und sind in einem Reaktorgefäß (nicht dargestellt) aus Spannbeton enthalten und befestigt. Die Spaltstoffgehäusegruppe hat in der Mitte einen Innenkanal, der das Einschieben und Herausziehen eines Regelstabes 12 aus dem Reaktorkern und damit eine Steuerung seiner Reaktivität ermöglicht. Einen Reaktor dieser allgemeinen Bauart zeigt und beschreibt die US-Patentschrift Nr. 3 423 388 des selben Anmelders.

Obwohl die obenstehend beschriebene Reaktorstruktur unter gewissen Umständen vorteilhaft ist, können andere Reaktorstrukturen die Erfindung ebenso vorteilhaft verwenden. Die beschriebene Reaktorstruktur ist als spezielle Reaktorstruktur nur ein Beispiel einer Verwendungsmöglichkeit der Erfindung.

Das Reaktotgefäß (nicht dargestellt) aus Spannbeton hat einen Durchbruch, der an seinem oberen Ende mit einem Druckgehäuse 21

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aus einem geeigneten Material wie z.B. rostfreiem Stahl versehen ist. In den Zeichnungen ist nur ein Teil des Druckgehäuses 21 dargestellt. Ein unterer Teil des Druckgehäuses 21 ist nicht dargestellt und wird vom Reaktordruckgefäß getragen. Der Regelstab 12 läßt sich durch den nicht dargestellten Durchbruch im Reaktorgefäß .in den Reaktorkern bewegen. Pig. 1 zeigt den Regelstab 12 ganz aus dem Reaktorkern herausgezogen. Ein ähnlicher Reaktortyp mit einem Antriebssystem für Regelstäbe ist im US-Patent Nr. 3 448 006 des selben Anmelders beschrieben.

Der Regelstab 12 ist über einen Stab 16 mit einer Befestigungsund Justiereinrichtung 11 gekoppelt. Der Stab 16 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einem einzigen Stab, der mit einem geeigneten Kopplungsstück 23 an einem oberen Ende des Regelstabes 12 befestigt ist und der sich axial im Durchbruch des Reaktorgefäßes erstreckt. Ein oberes Ende des Stabes 16 ist an einem weiter untenstehend beschriebenen Riegel 15 befestigt. Das obere Ende des Stabes 16 weist außerdem einen ringförmigen Kragen 25 auf, von dem in 120°-Abständen Führungsräder 27 (nur ein Führungsrad 27 ist dargestellt) ausgehen. Die Pührungsräder 27 bewegen sich in axialen Schlitzen 29 (nur ein axialer Schlitz 29 ist dargestellt) in der Wand eines entfernbaren Gehäuses 31. Das entfernbare Gehäuse 31 wird im DruckgehäuBe 21 durch ein geeignetes Tragteil 33 gehalten, das ein Teil einer Befestigung der nicht dargestellten Spaltstoffgehäusegruppe ist. Ein .oberes Ende des entfernbaren Gehäuses 31 trägt, wie untenstehend noch näher erläutert wird, die Befestigungs- und Justiereinrichtung 11. Die gesamte Einheit des entfernbaren Gehäuses 31 und der Befestigungs- und Justiereinrichtung 11 läßt sich mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung, die das l'ragteil 33 sichert und trägt, aus der Führungsröhre des Durchbruches entfernen. Eine entsprechende Vorrichtung ist im oben erwähnten US-Patent Nr. 3 448 006 genauer beschrieben.

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Der dargestellte magnetisch betätigte Riegel 15, der den Stab 16 mit der Bcfestigunge- und Justiereinrichtung 11 verbindet, weist zv;ei trennbare Teile 35· und 39 auf. Der Riegel.15 v/eist außerdem eine Magnetspuleneinheit 42 auf, die über eine geeignete elektrische· Verbindung, wie z.B. eine aufgewickelte elektrische Litze 40 erregt wird. Bei Erregung der Magnetspuleneinheit 42 halten die Magnetkräfte die Teile 35 und 39 sicher zusammen. Oer Regelstab 12 ist damit bei erregtem magnetischen Riegel 15 über den Stab 16 fest mit der Befestigungs- und Justiereinrichtung 11 gekoppelt. Ein oberes Ende der Magnetspulenein-'heit 42 trägt drei Führungsrollen 43 (von denen nur eine dargestellt ist), die sich in den vertikalen Schlitzen 29 (nur einer davon ist dargestellt) bewegen. Die 3?ührungsräder 27 und die Eührungsrollen 43 verhindern eine Drehung der Magnetspuleneinheit 42 und des Stabes 16.

Um den Regelstab 12 bei normalem Reaktorbetrieb in vorbestimmter Weise in vertikaler Richtung zu bewegen und einzustellen, weist die Befestigungs- und Justiereinrichtung 11 einen Schraubenantrieb auf. Der Schraubenantrieb weist eine Antriebsschraube 44 auf, die an ihrem unteren Ende in einem Kragen 45 gelagert ist. Der Kragen 45 ist am oberen Ende der Magnetspuleneinheit 42 angebracht und kann sich aufgrund der Führungsräder ■27 und der Pührungsrollen 43 nicht drehen. Ein oberes Ende der Antriebsschraube 44 ist an einem Stab 46 befestigt. Der Stab 46' ermöglicht die Betätigung der das Tragteil 33 befestigenden und stützenden Einrichtung (nicht dargestellt) und das Zurückziehen der Spaltstoffgehäusegruppe (nicht dargestellt) und des Antriebssystems des Regelstabes aus dem Reaktor.

Eine Kugelmutter 51 ist mit der Antriebsschraube 44 verschraubt. Dio Kugelraut ter 51 ist an ihrem oberen Ende mit einem Antriebskrager; 53 vergehen, der gegenüber der Antriebsschraube 44 frei V.·:'■.·.-.glich ifjt. Eine Anxriebf?hiilf;o 55 ist im entfernbaren Gehäuse 31 in La^ean 57, 5B und 59 gelagert und geeignet mit dem ent-

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fernbaren Gehäuse 31 verbunden. An der Antriebshülse 55 hängt ein Antriebsring 56, der am Antriebskragen 53 befestigt ist. Der Antriebskragen 53 wird deswegen von der Antriebshülse 55 gehalten und gedreht. Ein im entfernbaren Gehäuse 31 mit Bolzen 63 befestigter Motor 61 treibt die Antriebshülse 55 an. Solange der Motor 61 eingeschaltet ist, dreht sich die Antriebshülse 55 und bewegt über den sich drehenden Antriebskragen 53 die Kugelmutter 51. Entsprechend der Drehrichtung des Motors 61 verschiebt sich die Antriebsschraube 44 in vertikaler Richtung.

Die Antriebshülse 55 ist an einem oberen Ende mit einem Hohlzahnrad 65 versehen. Das Hohlzahnrad 65 steht mit zwei Zahnrädern 67 und 68 in Eingriff, die an nach unten verlaufenden Achsen 69 und 70 je eines Winkelstellungsgebers 71 und 72 befestigt sind. Die Winkelstellungsgeber 71 und 72' sind an Stützen 73 und 74 angebracht, die von der Wand des entfernbaren Gehäuses 31 nach innen ragen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Wand des entfernbaren Gehäuses 31 ini Bereich der Winkelstellungsgeber 71 und 72 aufgebrochen. Die Winkelstellungsgeber 71 und 72 geben Ausgangssignale ab, die eine Winkelstellung der Antriebshülse 55 und damit eine vertikale Stellung des Regelstabes 12 anzeigen.

Beim ITotabschalten öffnet der magnetische Riegel und läßt den Regelstab 12 und den tragenden Stab 16 fallen; der Regelstab 12' wird damit in den Reaktorkern eingeschoben. Das erfindungsgemäße Antriebssystem des Regelstabes bewirkt, daß der Regelstab 12 am Ende der Notabschaltbewegung abgebremst wird, indem die Energie der fallenden Stäbe und seiner zugehörigen Elemente in eine Drehung des Schwungrades 17 umgesetzt wird.

Der stützende Stab 16 weist einen Abschnitt 77 mit vergrößertem Durchmesser auf, in den zwei sich diametral gegenüberliegende llockenlaufbahnen 19 eingearbeitet sind. Das im wesentlichen röhrenförmige Schwungrad 17 ist in zwei in axialer Richtung getrennten Lagern 79 und 81 gelagert. Die Lager 79 und 81 sind im

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entfernbaren Gehäuse 31 untergebracht. Ein Außenring des Lagers 79 ist mit Hilfe·geeigneter, nicht dargestellter Einrichtungen auf einem leichten ringförniige'n Vorsprung 83 auf der Innenwand des entfernbaren Gehäuses 31 angebracht. Entsprechend ist auch ein Außenring des lagers 81 auf der Innenfläche des entfernbaren Gehäuses 31 durch eine geeignete nicht dargestellte Einrichtung angebracht. Ein Innenring jedes Lagers 79 und 81 ist durch geeignete nicht dargestellte Einrichtungen in ringförmigen Aussparungen des Schwungrades 17 befestigt.

Das Schwungrad 17 ist mit zwei Hocken 18 versehen, die radial nach innen vorspringen und in und von den Nockenlaufbahnen 19 am tragenden Stab 16 geführt werden. Die Nockenlaufbahnen 19 verlaufen den größeren Teil ihrer Länge im wesentlichen parallel zur Achse des stützenden Stabes 16 und sind in der Nähe des oberen Endes gekrümmt. Aus Gründen, die weiter unten genauer erläutert werden, hat der stützende Stab 16 an seinem oberen Ende den Durchmesser der Nockenlaufbahnen 19. Damit sind die Nocken 18 und der stützende Stab 16 im Bereich oberhalb der Nockenlaufbahnen 19 frei beweglich. Bei normalem Betrieb des Reaktors justiert der Motor 61 die Lage der Regelstäbe 12 und die Nocken 18 bewegen sich in den parallelen geraden Abschnitten der Nockenlaufbahnen 19.

In Notsituationen des Reaktorbetriebs, in denen der Reaktor plötzlich abgeschaltet werden muß, werden die Regelstäbe 12 auf ein von einer geeigneten nicht dargestellten Notabschaltsignalquelle abgegebenes Signal hin schnell eingeschoben. Als Notabschaltsignalquelle eignen sich ein oder mehrere verschiedene Detektoren, die den Reaktor ständig auf Anzeichen nicht normaler Betriebszustände überprüfen. Für diesen Zweck geeignete Detektoren sind bekannt. Ein abgegebenes Notsignal schaltet über geeignete nicht dargestellte Schalter den magnetischen Riegel 15 ab. Da die Haltekraft zwischen den Teilen 35 und 39 des Riegels 15 fehlt, kann sich der Stab 16 frei nach unten und vom Riegel

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weg bewegen. In der dargestellten Ausführungsform wird der Regelstab 12 bei der Hotabschaltung durch die Schwerkraft als Antriebskraft in den Reaktorkern eingeführt. Zv/ei nicht dargestellte im Genau ce der Magnetspuleneinheit 42 untergebrachte Scliraubenfedem liefen einen Anfangsimpuls als abwärts gerichtete Vorspannungskraft auf das Teil 39. Bei Freigabe des Riegels 15 unterstützen die Spiralfedern die Schwerkraft und beschleunigen den Regelstab 12 anfänglich in Richtung auf den Reaktorkern.

Ist der magnetische Riegel 15 bei Hotabschaltung freigegeben, so beschleunigt der Regelstab 12 und wird, in den nicht dargestellten Reaktorkern getrieben. Es ist wünschensv/ert, daß der im allgemeinen recht schwere Regelstab 12 und seine angefügten Elemente so abgebremst werden, daß hohe Aufprallkräfte auf die verschiedenen Bauelemente vermieden werden. Die geraden Abschnitte der Nockenlaufbahnen 19 sind in ihrer Länge so gewählt, daß der Regelstab 12 anfänglich im gewünschten Ausmaß eindringt. Die Nocken 18 erreichen dann die gekrümmten Abschnitte der Nockenlaufbahnen, die, aufgrund der eine Drehung des stützenden Stabes 16 verhindernden Führungsräder 27, eine Kraft auf die Nocken 18 und damit ein Drehmoment auf das Schwungrad 17 ausüben. Die Krümmung der Nockenlaufbahnen 19 ist vorzugsweise so gewählt, daß sich eine konstante Gesamtkraft auf die Nocken 18 ergibt. Wie untenstehend noch ausführlicher erläutert wird, ist dieses Ergebnis am genauesten durch eine lineare Änderung mit der Entfernung zu. erreichen.

Damit sich das Schwungrad 17 nach dem !Totabschalben frei dreh .l· und die Bremsenergie durch Reibungsverluste vernichten kann, enden die llockenlaufbahnen 19 kurz vor Beendigung,der Bewegung des Rfcgelstabes 12 und des stützenden Stabes 16 in einem Abstand, der die freie Bewegung der Hocken 10 gestattet. Mo ·■(■-l-a t..Lvc;n Lagen der Ii )o.i enlaüfbahnen und eier Hocken 18 am End f.-der Notabschaltung; nino. au ο Fig. 2 zu ersehen. .Das Schv/un^r.-i i \'l absorbiert vor dem Ende der Nockenlau u;iu'iien 19 vorzugsv/Θit. s,>

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nicht weniger als 90 fi der Energie des fallenden Regelstabes 12 und des stützenden Stabes 16. Um jedoch geeignet freigeben zu können, soll vorzugsweise nicht mehr als 95 $ der Energie absorbiert v/erden. Größerer Entzug an Energie bedeutet, daß sich die Hockenlaufbahn 19 noch weiter krümmen muß und sich demzufolge stärker der Horizontalen nähert. Bevor Schwierigkeiten bei der Freigabe der Nocken 18 aus den Nockenlaufbahnen auftreten, ist deshalb eine praktische Grenze erreicht. Haben die Nocken 18 die Enden der Nockenlaufbahnen 19 verlassen, so ermöglicht der freie Raum zwischen dem Stab 16 und den Nocken eine ungehinderte Bewegung zwischen den Nocken 18 und dem stützenden Stab 16, während sich der Stab 16 entlang des verbleibenden Abstands bewegt. Um die restliche Energie zu absorbieren, nimmt eine geeignete Stoßdämpferhülse 91 .(Fig. 1) eine Unterkante des KopplungsStücks 23 auf. Die Stoßdämpferhülse kann aus einem Stahldrahtgitter gebildet sein, das die Energie schwingungsfrei absorbiert. . _;f.

Die Figuren 3 bis 8 zeigen verschiedene Bedingungen, die in einem erfindungs gemäß en Antrieb ss3^rs tem für Regelstäbe auftreten und verschiedene spezielle -Parameter haben. Das spezielle hier beschriebene System ist nur ein Beispiel und die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt. Das speziell beschriebene System hat eine gesamte Hublänge von 91,5 cm und wird über eine Entfernung von 9,15 cm durch eine anfängliche Federhilfskraft gleich dem Gewicht des Regelstabes unterstützt. Das Schwungrad 17 hat das gleiche Gewicht wie der Regelstab 12 und weist einen Drehradius von 4,8 cm auf. Die maximale Verzögerung des Systems beträgt 4,55 g. Unter der Voraussetzung, daß sich die Verzögerung mit dem Abstand'linear ändert, d.h. um eine konstante Kraft auf die Nocken 18 auszuüben, wird eine Bremshublänge von 36,4 cm benötigt.

In Fig. 3 sind die Stabgeschwindigkeit, die Zeit und Geschwindj rkultoprofilc- dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß sich die Zeit mit dem Bremsweg fast linear ändert, mit Ausnahme einer

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leichten llichtlinearität an jedem Ende. Ein erster Teil des Hubv/eges stellt den Weg dar, entlang dem die Federkraft zusätzlich zur Schwerkraft wirkt. Ein mittlerer Abschnitt gibt den Weg des freien PaIlG an und ein letzter Abschnitt stellt den Bremsweg dor, der wie oben erwähnt 36,4 cm beträgt. Wie ersichtlich beträgt die gesamte Einführzeit etwa 0,4 Sekunden einschließlich der Bremszeit, die für Verwendung in einem schnellen Reaktor ausreichend kurz ist. Es wird in weniger als 0,25 Sekunden zur Hälfte eingeschoben und die maximale Geschwindigkeit ist auf 3,65 m/sec beschränkt. Die anfängliche Beschleunigung ist konstant und infolge der Federunterstützung auf einem hohen Wert, fällt dann während des freien Palis auf einen etwas niedrigeren Wert und nimmt entlang des Bremsweges linear ab. Die Geschwin.digkeit nimmt im anfänglich federunterstützten Abschnitt rasch zu, nimmt dann weniger rasch bis zu einem Maximum zu Beginn des Bremsvorganges weiter zu und nimmt' beim Bremsen rasch ab.

Die Pig. 4 zeigt die Änderung der Geschwindigkeit und der kinetischen Energie des Stabes während des Bremshubes, d.h. während der letzten 36,4 cm. Das Diagramm zeigt den Bremsv/eg als Bruchteil der gesamten gespeicherten Energie vor dem Freigeben des Stabes. V/ie oben erv/ähnt, endet die ITockenlaufbahn 19 geeigneterweise bevor die gesamte Energie auf das Schwungrad 17 übergegangen ist. Es verbleibt damit eine genügend große Translationsgeschwindigkeit, _<die es den Nocken 18 am Ende der Hublänge ermöglicht, aus den Nockenlaufbahnen 19 zu gleiten. Dies ist etwa zwischen 0,1 und 0,5 Anteilen der kinetischen Energie der Pail.

Pig. 5 seigt die Kraft auf die Nocken 18 und ihre Auswirkung. Hieraus ist ersichtlich, daß die durch die Gesamtkraft dargestellte Auswirkung bis zumetwa 6-fachen Startgewicht deutlich konstant ißt. Hieraus lassen sich die Bauforderungen der Nocken 18 schnell berechnen.

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Pig. 6 zeigt die theoretische"Schraubenlinie der Nocken 18, die durch den senkrechten Weg als Punktion der erforderlichen Drehung dargestellt ist.

In Pig. 7 sind die Nockenlaufbahnen 19 von der Zylinderoberfläche des Stabes 16 für einen Radius 3,8 'cm in eine Ebene projeziert dargestellt. Die Rollen der Nocken 18 haben einen Durchmesser von 2,54 ein und die Nockenlaufbahnen 19 enden, nachdem 90 i<> der Startenergie abgegeben ist. Die Nockenlaufbahnen 19 weisen am Ende eine leichte Abschrägung auf. Damit wird den Nocken 18 das Rückführen in die Nockenlaufbahnen 19 erleichtert, wenn der Regelstab 12 aus der Notabschaltstellung zurückgezogen werden soll. Zu diesem Zweck wird der Motor 61 eingeschaltet und das Teil 35 auf das Teil 39 abgesenkt, bis der Riegel 15 einrastet. Dann wird die Magnetspuleneinheit 42 eingeschaltet und das Teil 35 und damit der Stab 16 und der Regelstab 12 angehoben. Die Verwendung von Nylon- oder Teflonrollen geeigneter Form verringern die Abnützung der Nocken 18. Einzelheiten der Nocken 18 sind nicht dargestellt oder beschrieben, da sie her- · köminlich ausgebildet sind.

Pig. 8 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Enden der Nockenlauf bahnen 19. Die in Pig. 8 gezeigten Nockenlaufbahnen 19 sind so lang, daß sie 95 $ der Energie des Regelstabes 12 und des stützenden Stabes 16 vernichten. Der abgeschrägte Teil am Ende der Hockenlaufbahnen 19 ist in Pig. 8 deutlich zu sehen. Die Pigur zeigt außerdem den Weg der Nocken18 relativ zu den Nockenlaufbahnen 19 sowohl während des Pührens als auch nach dem Verlassen der Nockenlaufbahnen. Der letztere Teil der Bewegung der Nocken 18 ist bei Vernachlässigung weiterer freier Beschleunigung einfach tangential zur normalen Nockenlaufbahn am Punkt, an dem sie endet. Damit die Nocken 18 genügend AuslaufSpielraum haben, und die Spitze der nächstnachfolgenden Nockenlaufbahn 19 nicht berühren, stellt die Bedingung, daß maximal 95 ψ der Energie vernichtet werden können, eine praktische Grenze dar.

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Da auf der Rückseite der inneren Wände jeder Nockenlaufbahn im Bereich ihres Endes ein abgeschrägter Abschnitt vorgesehen ist, können die Nocken 18 unabhängig von der Ausgangsstellung des Schwungrades 17 leicht in ihre Nockenlaufbahnen 19 eingeführt werden. Es gibt eine Ausnahme, und die tritt dann -auf, \iewi das Schwungrad 17 in einer "toten Zone mit theoretischer Nullbreite anhält. Dies kann auf einfache Weise durch Einbau eines nicht dargestellten Permanentmagneten in das Schwungrad 17 oder in die umgebenden Bereiche vermieden werden. Der Permanentmagnet verhindert, daß das Schwungrad 17 in einer boten Zone anhält.

Wie aus dem obenstehenden ersichtlich ist, ergibt sich gemäß der Erfindung ein verbessertes Antriebssystem für Regelstäbe eines Kernreaktors, das das Einführen der Regelstäbe beim plötzlichen Bremsen des Kernreaktors erleichtert. Das spezielle System eignet sich gut zur Verwendung in schnellen Reaktoren, die extrem kurze Regelstabeinschiebzeiten bei ITotabschaltbedingungen benötigen. Der Schraubenantrieb mib Kugelmutter ermöglicht bei normalem.Betrieb genauere Steuerung der Stabstellung.

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Claims

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Patentansprüche

1 «/ Ar, trieb s sy ζ te.:; für .Regelstäbe eines Kernreaktors,
gekennzeichnet durch

eine Befeütifjungs- und Justiereinricütung (11), die einen
Regeletab (12) justierbar in einem Reaktorkern befestigt,

durch eine Kupplung (14), die den Regelstab (12) mit der Befestigunge— und Justiereinrichtung (11) koppelt und die einen Kopplungsriegel (15) aufweist, der auf ein Notabschaltsignal hin den Regelstab (12) von der Befestigungs- und Justiereinrichtung (11) abkoppelt,

durch eine Zwischenstange (16), die den Regelstab (12) am
Kopplungsriegel (15) befestigt und die sich bei Abkopplung
durch den Kopplungsriegel (15) zusammen mit dem Regelstab (12) um einen bestimmten Abstand in Richtung des Reaktorkerns bevegt, _ .

durch ein um eine Achse der Zv/ischenstange (16) drehbar befestigtes Schwungrad (17) mit wenigstens einer Hocke (18),

durch venigstens eine die Hocke (18) führende Hockenlaufbahn (19) auf der Zwiechenstange (16), wobei die Hockenlaufbahn (19) so ausgebildet ist, daß sie gegen Ende der Bewegung der Zv/ischenstange (16) um den bestimmten Abstand über die
Hocke ("18) ein Drehmoment auf das Schwungrad (17) ausübt und die Zwischenctange (16) und den Regelstab (12) durch Absorption deren kinetischer Energie abbremst.
2. Antriobrxyute/r; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <■::■ -':. '"'in jTockenlaui'hahn (19) in einer 3intfernung vor dem Ende i-g der Zv/ischenstange (16) endet, in der das Schwung-

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rad (17) höchotens 95 ^cp der kinetischen Energie der Zwischenstange (16) und des Regelstabes (12) absorbiert hat und daß sich das Schwungrad (17) dann/frei drehen kann.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenlaufbahn (19) in einer Entfernung vor dem Ende der Bewegung der Zwischenstange (16) endet, in der das Schvmngrad (17) wenigstens 90 $£ der kinetischen Energie der ZwiGehenstange (16) und des Regelstabes (12) absorbiert hat.
4. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stoßdämpfer (91) die nach der Absorption durch das Schwungrad (17) verbleibende kinetische Energie der Zwischenstange (16) und des Regelstäbes (12) absorbiert.
5. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstange (16) zv/ei sich gegenüberliegende Nockenlaufbahnen (19) aufweist und daß das Scluamgrad (17) mit zwei durch jeweils eine der Nockenlaufbalinen (19) geführte Nocken (18) versehen ist.
6. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenlaufbahnen (19) über einen größeren Teil ihrer Länge im wesentlichen parallel zur Achse der Zwiechenstange (16) verlaufen und nahe ihrer einer Ausgangsstellung der Nocken (18) entgegengesetzten Enden mit gekrümmten Abschnitten versehen sind.
7. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwisehenstange (16) am Ende dor Nocken] ar, Laluien (19) einen Durchmesser aufweist, der die Jjocken (13) frrinibl und danit eine freie Bewegung der Nook on (ΐί^:) um! df;-? ."icliwiiü-radcs (17) ermöglicht.

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8. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenlaufbahnen (19) am Ende sich erweiternde Abschnitte aufweisen, die beim Zurückziehen des Regelstabes (1?) leichteres Wiedereinführen der Nocken (18) in clio Uo c kenlauf bahnen (19) ermöglichen.
9. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ftockenlaufbahnen (19) so ausgebildet sind, daß sie eine im wesentlichen konstante Kraft auf die Nocken (18) ausüben.
10. Antriebssystem nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine feststehende Führungseinrichtung im parallel zur Achse der Zwischenstange (16) verlaufenden Abschnitt der Nockenlaufbahnen (19) eine Drehung der Zwischenstange (16) bei ihrer axialen Be\vegung verhindert.

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