DE2409181C3 - Steuerstabantrieb für einen Kernreaktor - Google Patents

Description

3. Steuerstabantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken federbelastete Stößel (25) sind, die mit einer tonnenförmig ausgebildeten Rolle (27) in das Gewinde (13) eingreifen.

4. Steuerstabantrieb nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff in das Gewinde (35) über Ritzel (36) erfolgt, deren Drehung in einer Richtung durch die Klinken (42) blockiert ist.

5. Steuerstabantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des ortsfesten Gewindes (35) und die Zähne der Ritzel (36) als symmetrisches Trapezgewinde ausgebildet sind.

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerstabantrieb für einen Kernreaktor, enthaltend einen am Reaktordruckbehälter befestigten Antrieb für die Axialverschiebung eines Steuerstabes, wobei mit dem Steuerstab verbundene Klinken mit ortsfest und achsenparallel zum Steuerstab angeordneten Zähnen derart in Eingriff stehen, daß eine Axialverschiebung des Steuerstabes nur in einer Richtung möglich ist.

Ein solcher Steuerstabantrieb ist bekannt (DT-OS 21 29 810). Hierbei erfolgt das Einfahren des Steuerstabes im Schnellschlußfalle (Scram) hydraulisch derart, daß der Scram-Druck eine mit dem Absorberteil des Steuerstabs verbundene Stange in Einschubrichtung bewegt, wobei die an der Stange sitzende Klinke an einer Zahnstange entlangratscht. Konzentrisch zu der als Hohlkolben ausgebildeten Stange ist eine Gewindespindel mit einer Wandermutter angeordnet. Durch Antrieb der Gewindespindel bewegt sich die Wandermutter in Einschub- oder Ausfahrrichtung, je nach Drehrichtung, und nimmt im normalen Regelfalle, unter Entklinkung, den Kolben auf- oder abwärts um den gewünschten Hub mit. Auch im Scram-Falle w<rd die Wandermutter auf diese Weise der Stange nachgeführt und übernimmt unter Entklinkung derselben die Lagesicherung. Abgesehen von der Zeit i-nmittelbar nach dem Schnellschlußvorgang wird die Position des Steuerstabes also durch die Wandermutter fixiert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerstabantrieb der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sowohl bei einem Schnellabschalten wie im Normalbetrieb das gleiche Mittel zur Lagersicherung

verwendet wird. „»,,..

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei dem Steuerstabantrieb der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Zähne in Form eines zur Achse koaxialen Gewindes angeordnet sind, so daß eine Axialbewegung des Steuerstabes in der anderen Richtung nur bei Rotation des Steuerstabes möglich ist. Die ,nit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß dieselben Klinken, die beim Einfahren des Steuerstabes über die Flanken des Gewindes ratschen, in der anderen Bewegungsrichtung (Ausfahrrichtung) den Steuerstab direkt blockieren, ohne daß noch Zwischenelemente wie Wandermuttern, Spindeln und Fortsätze an der Wandermutter zu ihrer Verdrehungssicherung vorgesehen sein müßten. Da kein Übergang der Sicherheitsfunktion von einer Klinke auf eine Wandermutter bzw. Spindel erfolgt, brauchen auch für diesen Übergang keine Klinken entriegelt zu werden. Die Rotation zum Ausfahren des Steuerstabes wird von einem geeigneten Antrieb bewirkt. Derartige Drehantriebe sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Klinken federbelastete Stößel mit einer dem Gewinde angepaßten Neigung gegenüber der Steuerstabachse. Gemäß einer Weiterbildung dtr Erfindung sind die Klinken federbelastete Stößel, die mit einer tonnenförmlg ausgebildeten Rolle in das Gewinde eingreifen. Unter Stößel wird ein im wesentlichen quer zur Steuerstabachse verlaufender mechanisch fester Bauteil verstanden, der in seiner Längsrichtung entgegen der Wirkung einer Feder beweglich ist, die diesen Bauteil normalerweise in Eingriff mit dem Gewinde hält. Gibt man dem Stößel eine Neigung gegenüber der Längsachse des Steuerstabes, die dem Flankenwinkel des vorzugsweise mit einem Sägezahnprofil ausgeführten Gewindes entspricht, so kann der Stößel als relativ leichter Bauteil ausgeführt werden und dennoch starke Kräfte aushalten, ohne daß eine Bewegung oder Verformung gegeben ist. Durch die Rolle wird der Verschleiß bei Steuerstabbewegungen verringert, was deshalb von Bedeutung ist, weil der Steuerstab für die im Normalbetrieb erforderliche Regelung der Reaktorleistung häufig verstellt werden

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform erfolgt der Eingriff in das Gewinde über Ritzel, deren Drehung in einer Richtung durch die Klinken blockiert ist. Diese Ritzel können eine normale Verzahnung haben, so daß auch das die Stange umgebende Gewinde mit üblichen, vorzugsweise genormten Verzahnungen auszuführen ist. Insbesondere können die Zähne des ortsfesten Gewindes und die Zähne der Ritzel als symmetrisches Trapezgewinde ausgebildet sein.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung drei Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schemaiisch einen gasgekühlten Brutreaktor, wobei die Zuordnung des Steuerstabantriebs anhand eines einzelnen Steuerstabes angedeutet ist,

Fig.2 und 3 im wesentlich größeren Maßstab das Detail der Verklinkung bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines Steuerstabantriebes im Längs- und Querschnitt,

Fig.4 und 5 in entsprechender Darstellungsweise zu F i g. 2 und 3 das Detail der Verklinkung für das zweite Ausführungsbeispiel eines Steuerstabantriebes und

Fig.6 und 7 die Einzelheit der Verklinkung für das dritte Ausführungsbeispiel eines Steuerstabantriebes in

entsprechender Darstcllungswcisc zu F i g. 2 und 3.

In Fig-1 ist schematisch ein gasgckühlter Brutreak tor gekennzeichnet, dessen Reaktordruckbehältcr 1 in bekannter Weise als Spannbetonbehälter ausgeführt ist. Der Spannbetonbehälter umfaßt u.a. eintn Reaktor- kern 2. der aus einem inneren Spaltkern 3 und einem äußeren Brutmantel 4 besteht. Die darin erzeugte Wärmeleistung wird durch Gas, vorzugsweise Helium, abgeführt, das aus dem Inneren 5 des Reaktordruckbe hälters zu geeigneten Wärmetauschern, z. B. zu nicht weiter gezeichneten Dampferzeugern, geführt wird, die in den Reaktordruckbehälter eingebaut sein können.

Zum Regeln der Reaktorleistung und der Leistungsverteilung im Spa't- und im Brutkern 2 dienen Steuerstäbe 6, deren Antriebe in besonderen, auf dem Reaktordruckbehälter 1 sitzenden Druckbehältern 7 oberhalb des Reaktorkerns vorgesehen sind. Die Antriebe können elektrisch, elektromagnetisch oder als Druckmittelantrieb ausgeführt sein und z. H. mit einer Hydraulikflüssigkeit arbeiten. Sie sind, die vereinfacht angedeutet ist, über eine Stange 8 mit dem in der Figur stärker gezeichneten Absorberteil 9 verbunden. Die Stange 8 ist durch einen Kanal 10 des Reaktordruckbehälters I geführt, weil der außerhalb des Reaktordruck behälters 1 sitzende Druckbehälter 7 des Antriebs mit dem Inneren 5 in Verbindung steht. Dies gilt auch für die anderen, im einzelnen nicht gezeichneten Stcuerstäbe und Antriebe.

In den F i g. 2 und 3 ist gezeigt, daß der Steuci stab 6 in einer Hülse 12 geführt ist, die z. B. zur Begrenzung des Kanals 10 in der Wand des Reaktordruckbehälters 1 sitzen kann. Die Hülse 12 kann aber auch ein Teil des Druckbehälters 7 des Antriebes sein. Sie weist ein Gewinde 13 mit dem dargestellten Sägezahnprofil mit rechtwinklig zueinander stehenden Flanken auf. In das Sägezahnprofil greift in der Sperrstellung das freie Ende 14 einer Blattfeder 15, die in einer Nut 16 des sonst zylindrischen Steuerstabes 6 angeordnet ist. Wie die F i g. 2 auf der linken Seite erkennen läßt, ist die Blattfeder 15 mit einem Schutzbereich 18 mit Hilfe einer Schraube 19 am Steuerstab 6 befestigt.

Beim geradlinigen Einfahren des Steuerstabes 6 in den Reaktorkern 2 kann die Kante 20 des freien Endes

14 über die Spitze des Gewindes 13 gleiten, wobei die Blattfeder 15 in der aus der rechten Seite der F i g. 2 ersichtlichen Weise ausgelenkt wird. Dagegen ist ein geradliniges Ausfahren des Steuerstabes nicht möglich, weil dabei die Oberseite 22 der Blattfeder 15 gegen den kurzen Schenkel 23 des im Profil dargestellten Sägezahngewindes anläuft. Damit bildet die Blattfeder

15 eine Klinke, die zum Ausfahren des Sfiuerstabes durch eine Drehbewegung in den Gewindegängen 13 bewegt werden muß, die. wie F i g. 3 zeigt, um den Umfang des Steuerstabes 6 verlaufen. Das freie Ende 14 der Klinke 15 wandert dabei schraubenl'nienförmig in den Gewindegängen, so daß eine langsame Ausfahrbewegung zustande kommt. Ein unbeabsichtigtes schnelles Austreiben des Steuerstabes 6 ist mit Sicherheit verhindert.

In der Figur ist nur eine Klinke 15 zu sehen. Aus Gründen einer gleichmäßigen Belastung, die ein Verkanten durch seitliche Kräfte verhindert, wird man mindestens drei Klinken 15 gleichmäßig um den Umfang des Steuerstabes 6 verteilen. Durch einen Höhenversatz der Klinken entsprechend der Steigung des Gewindes 13 kann ein gleichzeitiger Eingriff aller Klinken erreicht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.4 und 5 ist gezeigt, daß in der Hülse 12 mit dem Gewinde 13 mit Sägezahnprofil Klinken am Steuerstab 6 vorgesehen sind. Hier umfassen die Klinken einen Stößel 25, der in einem Gleitstein 26 geführt ist. Zu dem Stößel gehört eine Rolle 27, die mit einer Achse 28 in einem Führungskörper 29 abgestützt ist. Der Führungskörper 29 ist entgegen der Wirkung einer Druckfeder 30 auf einem Bolzen 31 verschiebbar, der in dem Gleitstein 26 mit einem Einsatz 32 befestigt ist. Deshalb nimmt der Stößel 25 normalerweise die in der Fig.4 gezeichnete Sperrstellung ein, in der die Rolle 27 an der zur Stößelachse parallelen Flanke des Gewindes 13 anliegt. Beim Einfahren wird der Stößel 25 dagegen mit geringen Kräften von der schiefen Ebene der anderen Gewindcflanke beiseite gedrückt.

Die Fig. 5 zeigt, daß die Rolle 27 tonnenförmig ausgebildet ist. um eine Anpassung an die Rundung des Grundes des Sägezahngewindes 13 zu ermöglichen und dadurch die zum Ausfahren erforderliche Drehbewegung in den Gängen des Gewindes 13 zu erleichtern.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach den Fi g. b und 7 ist die Hülse 12 mit einem symmetrischen Trapezgewinde 35 versehen, in das die Zähne eines Ritzels 36 eingreifen. Die Zähne sind im einzelnen nicht dargestellt, sondern durch den strichpunktierten Teilkreis 37 angedeutet. Das Ritzel 36 ist über eine Welle 38 fest mit dem Rad 39 verbunden, dessen sägezuhnförniig ausgebildete Oberfläche 40 mit einer Klinke 41 zusammenwirkt. Klinke 41 und Sägezahnfläehe 40 bilden zusammen eine Ratsche 42, die durch den federbelasteten Druckkörper 43 in Eingriff gehalten ist.

Die Ratsche 42 ermöglicht eine geradlinige und schnelle Einfahrbewegung des Steuerstabes 6, während die für eine Ausfahrbewegung in Richtung des Pfeils 44 erforderliche Gegendrehung des Ritzels 36 gesperrt ist. Deshalb wird für das Ausfahren eine Drehung des Steuerstabes 6 um seine Längsachse benötigt, bei der der Steuerstab mit den Zähnen des Ritzels 36 wie eine Schraube im Gewinde 35 gleitet.

Die zur Verklinkung dienende Ratsche 42 mit den Verschleißteilen 39 und 41 kann durch '.ösen der Welle 38, die mit Hilfe von Nadellagern 45 reibungs- und verschleißarm gelagert sein kann, in kurzer Zeit ersetzt werden. Die zu ersetzenden Teile sind klein und können einfach hergestellt werden. Der ständige Eingriff des Ritzels 36 mit seiner Verzahnung 37 in das Trapezgewinde 35 gewährleistet gleichzeitig einen abriebarmen Betrieb der weiteren Verklinkungsteile.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Steuerstabantrieb für einen Kernreaktor, enthaltend einen am Reaktordruckbehälter befestigten Antrieb für die Axialverschiebung eines Steuer-Stabes, wobei mit dem Steuerstab verbundene Klinken mit ortsfest und achsenparallel zum Steuerstab angeordneten Zähnen derart in Eingriff stehea daß eine Axialverschiebung des Steuerstabes nur in einer Richtung möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne in Form eines zur Achse koaxialen Gewindes (13) angeordnet sind,

so daß eine Axialbewegung des Steuerstabes (6) in der anderen Richtung nur bei Rotation des Steuerstabes (S) möglich ist. ¹S

2. Steuerstabantrieb nach Ansoruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken federbelastete Stößel (15, 25) mit einer dem Gewinde (13) angepaßten Neigung gegenüber der Steuerstabachse sind.