DE2318218A1

DE2318218A1 - Vorrichtung zur regelung und schnellabschaltung von kernreaktoren

Info

Publication number: DE2318218A1
Application number: DE2318218A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Kostrzewa; Dietrich Mundt; Dieter Schilling
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1973-04-11
Filing date: 1973-04-11
Publication date: 1974-10-31
Also published as: JPS5733558B2; JPS50293A; GB1427692A; NL7404491A

Description

24.220.8

INTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg

Vorrichtung zur Regelung und Schnellabschaltung von

Kernreaktoren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung und Schnellabschaltung von Kernreaktoren mittels Stellstäben (stabförmiger Absorber), die zur Regelung durch einen Zahnstangenantrieb in den Kernverband verfahrbar, und zur Schnellabschaltung durch Federkraft in diesen beschleunigbar sind, wobei der Zahnstangenantrieb über ein Umlenkgetriebe motorisch betätigt wird, und Umlenkgetriebe und Zahnstange zur Schnellabschaltung voneinander trennbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für den Einsatz in Kernreaktoren auf Schiffen geeignet. Bei solchen Reaktoren, die entsprechend dem Seegang erheblichen Beschleunigungen ausgesetzt sind, genügt es nicht, die auch als Abschaltstäbe wirkenden Stellstäbe des Kernreaktors im Falle einer Schnellabschaltung nur durch die Schwerkraft beschleunigt in den Kernverband fallen zu lassen. Vielmehr ist es erforderlich, dem Stellstab eine zusätzliche Beschleunigung in dieser Richtung zu erteilen, wofür sich die Ausnutzung der Kraft einer gespannten Feder als besonders zweckmäßig erwiesen hat.

Es ist auch bekannt, das Ein- und Ausfahren der Stellstäbe vermittels eines Zahnstangenantrxebes vorzunehmen, und diesen Antrieb auszuschalten, wenn der Stellstab zum Zwecke der Schnellabschaltung des Kernreaktors beschleunigt in die Spaltzone eingefahren werden soll. Die bekannten Vorrichtungen dieser Art weisen den Nachteil auf, daß zumindest ein Teil des zum Antrieb der Zahnstange benötigten Umlenkgetriebes auch in diesem Falle mit der Zahnstange im Eingriff bleibt, so daß die. Gefahr eines Verklemmens der letzteren nicht völlig ausgeschlossen werden

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kann. Auch leidet das Umlenkgetriebe unter den großen bei Schnellabschaltung auf es einwirkenden Kräften. Es ist daher wünschenswert, den Stellstab von dem ihn bewegenden Antrieb im Abschaltfalle völlig zu trennen. Zu diesem Zweck ist bereits vorgeschlagen worden, den.sich nicht drehenden, mit einem Schraubgewinde versehenen Stellstab durch eine sich um ihn drehende Mutter anzutreiben, die der Länge nach teilbar ist und deren Teile im Abschaltfalle soweit auseinander gerückt' werden, daß die Schraubgewinde außer Eingriff kommen und der Stellstab frei nach unten fallen kann. Auch hier ist die Gefahr gegeben, daß die Federbelastung des Stellstabes und damit seines Schraubgewindes zu einem Verklemmen desselben gegenüber dem Muttergewinde oder zu dessen Beschädigung führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Regelung und Schnellabschaltung von Kernreaktoren, bei der im Absehaltfalle der Stellstab und der Zahnstangenantrieb für die Regelbewegungen bei jeder Stellung des ersteren völlig voneinander trennbar sind. Auch soll die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht ein- und ausbaubar sein und unter Verzicht auf komplizierte, schwierig herzustellende Teile zu fertigen sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß ein axial verschiebliehes Schaltelement vorhanden ist, das eine Steuerkulisse zur Betätigung eines Hebels aufweist, auf dem ein in die Zahnstange eingreifendes Element des Umlenkgetriebes schwenkbar angeordnet ist. Ist dieses Element, beispielsweise ein Zahnrad, auf einem beweglichem Hebel angeordnet, kann es ohne Schwierigkeit außer Eingriff mit der Zahnstange gebracht werden, so daß diese freigegeben wird und der damit verbundene Stellstab in die Spaltzone fallen bzw. in diese geschoben werden kann, ohne den Widerstand des Umlenkgetriebes überwinden zu müssen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Schaltelement entgegen der Kraft einer Feder durch einen

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bei Schnellabschaltung stromlos werdenden Elektromagneten in einer Stellung seines axialen Verschiebeweges gehalten wird, in der gemäß der Lage von Steuerkulisse und Hebel zueinander das Umlenkgetriebe und die Zahnstange miteinander in Eingriff stehen, und daß bei der Lage des Schaltelementes in einer anderen Stellung seines axialen Verschiebeweges gemäß der Lage von Steuerkulisse und Hebel zueinander das Umlenkgetriebe und die Zahnstange nicht miteinander im Eingriff stehen. Das Festhalten des Schaltelementes in der Stellung, die ein Bewegen des Stellstabes zu Regelzwecken ermöglicht, durch einen Elektromagneten ist aus Gründen der inhärenten Sicherheit von Vorteil, da sich ein Abschalten des Elektromagneten bei Störfällen im Reaktorbetrieb entweder von selbst ergibt oder aber sich ohne Schwierigkeit bewerkstelligen läßt, worauf das Schalteleeent ohne besondere weitere Maßnatuaen in eine andere Stellung übergeht, in der die Schnellabschaltung des Reaktors ausgelöst wird. Eine Feder vorzusehen, die der Kraft des Elektromagneten entgegenwirkt, empfiehlt sich, um die axiale Bewegung des Schaltelementes möglichst schnell zu bewirken und auch, um einen ausreichenden Kraftüberschuß zur Oberwindung von Reibungswiderständen beim Ausrücken des Umlenkgetriebes zur Verfügung zu haben.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein durch die Steuerkulisse betätigter, den Hebel zwangsläufig betätigender Hilfshebel vorhanden. Hierdurch wird erreicht, daß der erstere bei Bewegung des Schaltelementes in jede» Falle der Kontur der Steuerkulisse folgt. Dies wird bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß der Hebel durch die Kraft einer Feder an die Steuerkulisse gedrückt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Schaltelement die For» eines die Antriebswelle des Umlenkgetriebes konzentrisch umgebenden Rohres hat. Diese Ausführung des Schalteleeentes ergibt' eine besonders platzsparende Bauweise und hat zudem den Vorteil, daß keine exzentrisch wirkenden Momente in die Vorrichtung eingeleitet werden.

Für eine Vorrichtung axt einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale »it einem Antrieb des Umlenkgetriebes über eine Magnet-

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kupplung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Antriebswelle im Bereich der Kupplung in einem im Spalt zwischen den Kupplungsmagneten angeordneten Gehäuse geführt ist, das die Durchführung der Vorrichtung durch das Reaktorgefäß abdichtet. Die gas- und druckdichte Abdichtung des Reaktorgefäßes weist daher keine möglicherweise undicht werdenden Durchführungen auf und gestattet ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen den Abbau besonders wartungsbedürftiger Teile der Vorrichtung, beispielsweise des Antriebsmotors, die außerdem auf diese Weise weitgehend gegen ungünstige Einflüsse durch den Reaktorbetrieb geschützt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen die

Figuren 1 bis 6 fortlaufend von oben nach unten die gesamte Regel- und Abschaltvorrichtung,

Figur 7 das Umlenkgetriebe in vergrößertem Maßstab, Figur 8 dasselbe entsprechend der Ansicht A der Figur 7, und Figur 9 eine von der der Figur 8 verschiedene Ausführungsform.

Innerhalb eines nur teilweise gezeigten Reaktorgefäßes 1 (Fig. 4) sind eine Spaltzone 2 (Fig. 6) und ein Stützgerüst 3 (Fig. 4) angeordnet. In die Spaltzone 2 (Fig. 6) ist ein aus mehreren Einzelstäben bestehender Stellstab 4 zu Regel- und Absehaltζwecken verfahrbar. Auf dem Reaktorgefäß 1 ist ein aus verschiedenen Einzelteilen 5, 6 (Fig.3), 8 (Fig. 2) bestehendes Gehäuse angeordnet, oberhalb dessen ein Elektromotor 9 (Fig. 1) angebracht ist, der über eine Verbindungskupplung 10 und ein Untersetzungsgetriebe 11 eine Welle 12 antreibt. Die Welle 12 ist mit einem Gehäuse 13 (Fig. 2) verbunden, in dessen Innerem mehrere über den Umfang verteilte Permanentmagneten 14 angebracht sind. Diese sich drehenden Permanentmagneten versetzen weitere Permanentmagneten 15 in Drehung und damit eine Antriebswelle 16. Im Spalt zwischen den . Magneten 14 und 15 ist eine Dichthaube 17 angebracht, die mit dem Gehäuseteil 6 verbunden ist und das Innere des Kernreaktors gas- und druckdicht abschließt. Die Antriebswelle 16 setzt sich in einem Rohr 18 (Fig. 3) fort, in. dem ein weiteres Rohr 19 koaxial gleitet (Fig. 4). Das Rohr 19 ist an mindestens einer Seite mit einer

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Zahnstange 20 versehen und weist an seinem unteren Ende einen hydraulischen Dämpfkolben 21 auf (Fig. 5), mit dem ein weiteres Rohr 22 verbunden ist, das an seinem unteren Ende über eine Klauenkupplung 2 3 bekannter Bauart mit dem Stellstab 4 (Fig. 6) verbunden ist, wobei die Klauenkupplung 2 3 bewirkt, daß die erfind.ungsgemäße Vorrichtung zu Wartungszwecken von den in der Spaltzone 2 verbleibenden Stellstäben 4 getrennt und aus dem Reaktorgefäß 1 ausgebaut werden kann.

Um den Stellstab 4 zu Regelzwecken mehr oder weniger tief in die Spaltzone 2 einfahren zu können, teilt sich die Bewegung des Rohres 18 über ein Umlenkgetriebe 24 (Fig. 4) der Zahnstange 20 mit, die sich entsprechend dem Drehsinn, mit dem der Antrieb betrieben wird hebt oder senkt. Das UmJLenkgetriebe 2 4 besteht (Fig. 7,8 und 9) aus einem auf dem Rohr 18 befestigten Stirnrad 25, das über ein weiteres Stirnrad 26 ein Kegelrad 27 antreibt. Das hierdurch angetriebene weitere Kegelrad 2 8 seinerseits treibt über ein weiteres koaxiales Stirnrad 29 ein weiteres Stirnrad 30, das mit der Zahnstange 20 im Eingriff steht. Das Kegelrad 2 8 und die Stirnräder 29 und 30 sind auf einem Hebel 31 angeordnet, dessen Drehpunkt mit der Achse der Räder 28, 29 zusammenfällt, und der außerdem eine Leitrolle 32 aufweist. Ein Hilfshebel 33 mit dem Drehpunkt 34 und einer weiteren Leitrolle 35 an seinem einen Arm liegt mit seinem anderen Arm auf der Leitrolle 32 auf. Die Leitrollen 32, 35 liegen an einer Steuerkulisse 37, hier in Form einer einfachen Ausdrehung eines Schaltrohres 3 8 an. Das das Antriebsrohr 18 konzentrisch umgebende Schaltrohr 38 ist an seinem oberen Ende mit einem Magnetanker 39 (Fig. 3) verbunden, der in der dargestellten Lage an einem Elektromagneten 40 anliegt. Das Schaltrohr 38 weist eine Druckplatte 41 auf, auf der sich eine weitere Feder 42 abstützt, die an ihrem anderen Ende am Gehäuseteil 5 anliegt. Wird der Elektromagnet 40 stromlos, was sowohl absichtlich als auch infolge eines Störfalles geschehen kann, drückt die Feder 42 den vom Elektromagneten 40 abfallenden Magnetanker 39 und damit das Schaltrohr 38 nach unten. Dabei folgt (Fig. 7, 8) die Leitrolle 35 zwangsläufig der Kontur der Steuerkulisse 37, so daß der Hebel 33 in der Art gedreht wird, daß auch die Leitrolle 32 der Kontur 37 folgt und ihrerseits den Hebel 31 derart verdreht, daß das

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Stirnrad 30 und die Zahnstange 20 außer Eingriff gebracht werden, wodurch letztere freigegeben wird und mit dem an ihr hängenden Stellstab 4 in die Spaltzone 2 fallen kann. Bei der in der Fig. 9 gezeigten Ausführungsform folgt die Leitrolle 32 der Kontur der Steuerkulisse 37, indem der Hebel 31 durch eine weitere an einem Gehäuse 44 sich abstützende Feder 4-9 an das Schaltrohr 38 gedrückt wird. Die Fallbewegung des Stellstabes H wird durch zwei weitere Federn 43, 50 (Fig. 5) beschleunigt, die sich einerseits auf einer Druckplatte 47 und andererseits auf dem Gehäuse 44, das das Umlenkgetriebe 24 lagert und an dem Stützgerüst 3 befestigt ist, bzw. auf dem Dämpfkolben 21 abstützen. Die Druckplatte 47 und die Federn 43, 50 sind in einem weiteren, ebenfalls an dem Stützgerüst 3 befestigten Gehäuse 45 geführt. Die Federn 43, 50, hier Schraubenfedern, sind in einander entgegengesetztem Sinn gewickelt,' um die Bildung eines auf den Dämpfkolben 21 und damit auf die Rohre 19 und 22 einwirkenden Drehmomentes zu verhindern. Um eine allmähliche Verzögerung des Stellstabes 4 am Ende seines Falles in die Spaltzone 2 zu erreichen, ist zwischen Dämpfkolben 21 und Gehäuse 45 eine weitere Feder 46, beispielsweise eine Tellerfeder angeordnet. Das Gehäuse 45 ist zur Vermeidung eines Achsversatzes des Stellstabea. 4 in einer am Reaktorgefäß 1 befestigten Lochplatte 48 geführt. Die Betätigung der Klauenkupplung 2 3 erfolgt in bekannter Weise durch eine nur teilweise gezeigte Steuerstange 51. .

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Claims

We/Di 29.3.1973

SCHUTZANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Regelung und Schnellabschaltung von Kernreaktoren mittels Stellstäben, die zur Regelung durch einen Zahnstangenantrieb in den Kernverband verfahrbar, und zur Schnellabschaltung durch Federkraft in diesen beschleunigbar sind, wobei der Zahnstangenantrieb über ein Umlenkgetriebe motorisch betätigt wird, und Umlenkgetriebe und Zahnstange zur Schnellabschaltung voneinander trennbar sind, dadurch gekennzeichnet,

daß ein axial verschiebliches Schaltelement (38) vorhanden ist, das eine Steuerkulisse (37) zur Betätigung eines Hebels (31) aufweist, auf dem ein in die Zahnstange (20) eingreifendes Element (30) des Umlenkgetriebes schwenkbar angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Schaltelement (38) entgegen der Kraft einer Feder (42) durch einen bei Schnellabschaltung stromlos werdenden Elektromagneten (40) in einer Stellung seines' axialen Verschiebeweges gehalten wird, in der gemäß der Lage von Steuerkulisse (37) und Hebel (31) zueinander das Umlenkgetriebe (24) und die Zahnstange (20) miteinander im Eingriff stehen, und daß bei einer Lage des Schaltelementes (38) in einer anderen Stellung seines axialen Verschiebeweges gemäß der Lage von Steuerkulisse (37) und Hebel (31) zueinander das Umlenkgetriebe (24) und die Zahnstange (20) nicht miteinander im Eingriff stehen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ein durch die Steuerkulisse (37) betätigter, den Hebel (31) zwangsläufig betätigender Hilfshebel (33) vorhanden ist.

!. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß.der Hebel (31) durch die Kraft einer Feder (49) an die Steuerkulisse (37) gedrückt ist. '

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Schaltelement (38) die Form eines die Antriebswelle (18) des Umlenkgetriebes(24) konzentrisch umgebenden Rohres hat.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Antrieb über eine Magnetkupplung, dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebswelle (16) im Bereich der Kupplung in einem im Spalt zwischen den Kupplungsmagneten angeordneten Gehäuse (17) geführt ist, das die Durchführung der Vorrichtung durch das Reaktorgefäß (1) abdichtet.

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