DE2619158C3 - Dreistufige Hemmvorrichtung zum Abbremsen eines Regelstabs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine dreistufige Hemmvorrichtung zum Abbremsen eines bei einer Notabschaltung in einen flüssigkeitsgekühlten Reaktorkern einfahrenden Regelstabs gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Es handelt sich also um eine Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit, mit der die Regelstäbe bei einer Notabschaltung in den Kernreaktor fallen, wobei ihre Fallgeschwindigkeit abgebremst, also gehemmt wird.

Die bekannten Regelstabantriebe haben Hemmvorrichtungen an der oberen Verlängerung des Regelstabantriebsgehäuses, um den Fall der Regelstäbe während einer Reaktorabschaltung zu bremsen. Das Fallen der Regelstäbe in den Reaktorkern sind im allgemeinen oberhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet, an dem der Regelstabantrieb befestigt ist, und gewährleisten eine einwandfreie Abbremsung unter der Voraussetzung, daß das Regelstabantriebsgehäuse mit Flüssigkeit gefüllt ist

Sollte das Regelstabantriebsgehäuse einen niedrigen Flüssigkeitsstand haben, erfolgt eine »trockene« Notabschaltung und das Fallen des Regelstabs wird dann nicht einwandfrei gebremst, wodurch der mit der Leitspindel verbundene Regelstab zu schnell fällt und sowohl den Regelstabantrieb als auch den Kernreaktor beschädigt

Eine Hemmvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der das Reaktorkühlmedium als Bremsmedium für

ίο die Regelstäbe am Ende ihres Bewegungshubes benutzt wird, ist aus der US-PS 31 24 513 bekannt Dabei wird das Bremsmedium durch Öffnungen in einem gesonderten Führungsrohr geleitet, und das den Kolben umgebende Gehäuse weist zwei Wirkungsbereiche mit unterschiedlichem effektiven Querschnitt auf.

Aus der DE-OS 17 64441 ist ein Kontrollstab-Antriebssystem für einen Kernreaktor bekannt, bei dem der den Regelstab tragende Stab ein zylindrisches Glied mit erweitertem Durchmesser aufweist, das in einem konisch verjüngten Teil des Gehäuses abgebremst wird.

Diese bekannten Hemm- und Bremsvorrichtungen

weisen den Nachteil auf, entweder im oberen Teil des Regelstabantriebs angeordnet zu sein und somit oberhalb des Reaktordruckbehälters zu liegen, so daß ein »trockener« Notabschalt-Zustand bestehen kann, der ein unwirksames Abbremsen bewirkt und infolgedessen eine Beschädigung des Reaktors hervorruft Darüberhinaus ist es notwendig, die Wirksamkeit der Abbremsung in einzelnen Stufen vorzusehen. Außerdem muß eine Drehung während des Fallens vermieden werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Hemmvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der unter Ausnutzung der Kühlflüssigkeit des Kernreaktors als Bremsmedium und durch besondere Gestaltung des die Leitspindel umgebenden Gehäuses und des mit ihr verbundenen Kolbens eine günstige Bremswirkung für den Regelstab erzielt und eine »trockene« Notabschaltung sicher vermieden wird.

•to Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen baulichen Besonderheiten gelöst.

Weitere Einzelheiten der Hemmvorrichtung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Hemmvorrichtung umfaßt ein hohlzylindrisches Gehäuse, in dem sich ein Kolben mit der Leitspindel des Regelstabantriebs bewegt Das Gehäuse ist mit dem dem Reaktordruckbehälter zugewandten Montageende des Regelstabantriebes

so derart verbunden, daß sich das Regelstabanschlußende der Leitspindel durch das Gehäuse hindurch bewegen kann. Das dem Regelstab am nächsten gelegene Ende des Gehäuses ist verschlossen und bildet einen Hemmzylinder, der ein kleineres Spiel für den Kolben zuläßt als die übrigen Teile. Der Kolben ist auf der Leitspindel montiert, um sich mit derselben zu bewegen, jedoch nur in dem von dem Gehäuse umschlossenen Bereich. Wenn sich der Kolben in dem Gehäuse mit der Leitspindel bewegt, wird seine Geschwindigkeit dadurch gebremst, daß er Flüssigkeit aus dem Gehäuse heraus um den Spielraum des Zylinders herum drücken muß, da das Ende des Gehäuses verschlossen ist

Die Hemmvorrichtung ist so ausgebildet, daß drei einzelne Hemm-Bereiche entstehen. Der erste Bereich liegt am weitesten von dem Regelstab entfernt und hat eine Reihe von ringförmigen Öffnungen, um Flüssigkeit aus der Vorrichtung abzuziehen, wenn der Kolben in das Gehäuse einfährt. Der zweite Bereich liegt in der Nähe

des ersten Bereichs und hat keine ringförmigen Öffnungen, aber ein vorher festgelegtes Spiel um den Durchmesser des Kolbens herum. Wenn der Kolben sich durch den zweiten Bereich bewegt, drückt er Flüssigkeit zurück um das Spiel zwischen dem Kolben und dem zweiten Bereich herum und in den ersten Bereich hinein, von dem aus die Flüssigkeit durch die ringförmigen Öffnungen abgezogen wird. Der dritte Bereich liegt in der Nähe des zweiten Bereichs und hat um den Durchmesser des Kolbens herum ein kleineres Spiel als dir zweite Bereich. Der dritte Bereich besitzt keine ringförmigen Öffnungen. Wenn sich der Kolben durch den dritten Bereich hindurch bewegt, wird Flüssigkeit mit größerer Schwierigkeit durch das kleinere Spiel zurück um den Kolben herum und in den zweiten sowie ersten Bereich hinein gedrückt, wodurch die Bewegung der Leitspindel und des damit verbundenen Regelstabs gebremst wird.

Um zu gewährleisten, daß der Regelstabantrieb kein Drehmoment auf den daran angeschlossenen Regelstab ausübt, ist innerhalb der Hemmvorrichtung eine Drehmomenthemmvorrichtung angeordnet. Diese Drehmomenthemmvorrichtung schließt eine Führung ein, die in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und zu einem Vorsprung paßt, der auf dem Kolben ausgebildet ist, um sich innerhalb der Führung zu bewegen und den Kolben auf eine Längsbewegung entlang der Führung zu begrenzen. Die Führung nimmt jedes Drehmoment auf, das von der Leitspindel ausgeübt wird.

Die Hemmvorrichtung gemäß der Erfindung veist also drei verschiedene Hemmgrade auf, die aufeinander folgen und an Größe zunehmen, um eine schnelle Einführung des Regelstabs zu erlauben, dabei aber doch zu gewährleisten, daß der Kolben einwandfrei gebremst wird, bevor der Regelstab voll eingeführt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

F i g. 1A und i B diametrale Längsschnittansichten, die so dargestellt sind, daß sie aufeinander folgend in axialer Ausrichtung aneinander gelegt werden müssen, um eine Darstellung eines Regelstabantriebs zu ergeben, wobei der Regelstabantrieb an einem Kernreaktorbehälter montiert ist.

F ig. 2 eine erweiterte Ansicht der Hemm vorrichtung nach F i g. 1 mit einem Kolben in voll ausgefahrener Lage.

F i g. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 der Fig.2, die die Drehmomenthemmvorrichtung der Hemmvorrichtung zeigt.

Die F i g. 1A und 1B zeigen einen Regelstabantrieb 10, der ein rohrförmiges Gehäuse 12 hat, das aus einer Vielzahl von aneinanderliegenden Abschnitten besteht, die dicht zusammengeschweißt sind. Das offene Ende 11 (Fig. 18) des Regelstabantriebgehäuses 12 isi so eingerichtet, daß es in stehender Lage dicht an einen Behälter 13 eines Wasser enthaltenden Reaktors angeschweißt werden kann. Der mittlere Abschnitt des Regelstabantriebgehäuses 12 enthält ein Paar Hebelarme 14 und 16, von denen jeder eine Rollenmutter 18 trägt Jede Rollenmutter 18 kann mit ihren jeweiligen Hebelarmen 14 und 16 in und außer Eingriff mit einer axialen Schraubwelle oder Leitspindel 20 geschwenkt werden. Die Leitspindel 20 verläuft nach unten durch das Ende des Regelstabantriebgehäuses 12 in den Reaktorbehälter 13, wo sie mit einem nicht dargestellten Regelstab des Reaktors in einer an sich bekannten Weise gekoppelt ist

Die Hebelarme 14 und 16, die die Rollenmuttern 18 tragen, sind aus einem Stück mit Armen 22 bzw. 24 ausgebildet die von diesen nach oben in einen Motorabschnitt 26 des Regelstabantriebgehäuses 12 verlaufen und zusammen mit den Armen 14 und 16 Hebel bilden, die auf Stiften 28 schwenkbar sind. Die Stifte 28 sind auf einem Rotortragkörper 30 des Regelstabantriebgehäuses 12 befestigt Die Arme 22

ίο und 24 bilden Segmente eines Induktionsmotorläufers in an sich bekannter Weise, so daß, wenn die Statorwicklungen 32 der Reihenfolge nach durch einen Mehrphasenstrom an Spannung gelegt werden, die Rollen 18 in Eingriff mit der Leitspindel 20 geschwenkt werden und die Leitspindel 20 veranlassen, sich in einer linearen Richtung zu bewegen. Genauer gesagt: die Rollen 18 laufen planetenförmig um und treiben dabei linear die sich nicht drehende Leitspindel 20 an sowie dadurch den mit ihr verbundenen Regelstab. Die Leitspindel 20 ist auch in einer festen, stationären Lage haltbar, indem man einen nichtdrehenden Feldstrom in den Statorwicklungen 32 aufrechterhält Dadurch können die Rollen 18 mit dem Gewinde 34 der Leitspindel 20 in Eingriff bleiben. Wenn das Feld im Stator 32 vollständig zusammenbricht, werden die Rollen 18 außer Eingriff mit dem Gewinde 34 durch eine nicht dargestellte Umlegefeder gebracht, wodurch die Leitspindel 20 und der damit verbundene Regelstab schnell in den Reaktorkern unter Schwerkraft und Federdruck fallen können, um den Reaktor abzuschalten. Dies wird gewöhnlich mit »Notabschaltung« bezeichnet

Das Regelstabantriebgehäuse 12 steht unter dem Druck des Kernreaktorbehälters 13, weil er dicht damit verbunden ist Da die Drücke in einem Kernreaktor in der Größenordnung von 140 bar liegen können, kann natürlich bei einem Bruch des Gehäuses 12 ein gefährlicher Zustand entstehen. Die Leitspindel 20 würde dann aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Gehäuse 12 aus dem Gehäuse 12 herausgeschossen. Um zu vermeiden, daß die Leitspindel 20 aus dem Gehäuse 12 bei einem solchen Bruch herausgeschossen wird, befindet sich innerhalb des Gehäuses 12 eine Blockiervorrichtung 52. Diese Blockiervorrichtung 52 kann mit dem Gewinde 34 der Leitspindel 20 in Eingriff treten, wenn die Statorwicklungen 32 spannungslos werden. Selbst wenn ein solcher Eingriff hergestellt ist, wird die Blockiervorrichtung 52 es der Leitspindel 20 ermöglichen, mit ihr eine Ratschenwirkung einzugehen und noch eine Notabschaltung zu erlauben. Sollte jedoch die Leitspindel 20 anfangen, sich in einer entgegengesetzten Richtung zu bewegen, und dadurch anzuzeigen, daß sie den Versuch unternimmt, aus dem Gehäuse herauszutreten, dann wird die Blockiervorrichtung 52 sich mit der Leitspindel 20 bewegen, um die Leitspindel 20 gegen die Innenwand des Gehäuses 12 zu drücken und zu verhüten, daß die Leitspindel 20 aus dem Gehäuse 12 heraustritt.

Bei der Notabschaltung, bei der die Leitspindel 20 schnell in den Reaktor eingeführt werden muß, ist eine Vorrichtung erforderlich, die die Leitspindel 20 bremst, um zu vermeiden, daß sie auf das Ende des Regeistabantriebs 10 unter dem vollen Schwung des Falls auftrifft und den Antrieb 10 beschädigt. Zu diesem Zweck wird eine Hemmvorrichtung 54 auf das auf der Seit: des Reaktorbehälters 13 gelegene Ende des Gehäuses 12 gesetzt, um innerhalb des wassergefüllten Behälters 13 zu liegen, wenn der Regelstabantrieb 10 darauf montiert ist.

Diese besondere Anordnung der Hemmvorrichtung 54 gewährleistet, daß sie immer innerhalb des mit Flüssigkeit gefüllten Behälters 13 liegt und deshalb auch mit Wasser gefüllt ist, wodurch eine trockene Notabschaltung, bei der die Hemmvorrichtung 54 unwirksam sein würde, äußerst unwahrscheinlich wird.

Wieambesun aus den Fig. IB und 2 zu erkennen ist, schließt die Hemmvorrichtung 54 ein hohlzylinderförmiges Gehäuse 56 ein, welches an einem Stutzenteil 58 des Gehäuses 12 durch Schrauben 60 (F i g. 1 A) befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende der Hemmvorrichtung 54 ist durch eine untere Endkappe 62 verschlossen, durch die die Leitspindel 20 gleitend verläuft.

Das Gehäuse 56 ist so ausgebildet, daß es drei verschiedene Bereiche 66, 68 und 70 hat, von denen jeder eine vorher festgelegte Hemmwirkung in Verbindung mit einem Hemmkolben 64 ausübt, der so an der Leitspindel 20 befestigt ist, daß er innerhalb des Gehäuses 56 liegt.

Der erste Bereich 66 des Gehäuses 56 erlaubt ein großes Spiel für den Kolben 64 im Bereich von 1 mm bis 1,3 mm um den Außendurchmesser des Kolbenteils 72 herum und hat eine Reihe von ringförmigen öffnungen 67, durch die vor dem Kolben 64 befindliches Wasser herausgedrückt wird, wenn der Kolben 64 sich durch diesen ersten Bereich 66 hindurch bewegt. So ergibt der erste Bereich 66 eine minimale Hemmwirkung, um es zu ermöglichen, daß der Regelstab schnell in den Reaktor zur Einleitung der Abschaltung eingeführt wird.

Nachdem einmal der Regelstab in den Reaktor eingeführt ist, wird eine verstärkte Hemmwirkung durch den zweiten Bereich 68 eingeleitet. Der zweite Bereich 68 hat das gleiche Spiel für den Kolben 64 wie der erste Bereich 66, ist aber frei von öffnungen. Somit muß das Wasser, das sich vor dem Kolben 64 befindet, um den Kolben 64 herum zurück in den ersten Bereich 66 gedruckt werden, wo es abgezogen wird, wenn sich der Kolben 64 durch diesen zweiten Bereich 68 hindurch bewegt

Wenn der Kolben 64 in den dritten Bereich 70 eintritt, muß daran gedacht werden, den Kolben 64 zwangsläufig anzuhaken. Zu diesem Zweck besitzt der dritte bereich 70 ein vermindertes Spiel für den Kolben, d. h. ein Spiel in der Größenordnung von 0,3 mm bis 0,4 mm um den Durchmesser des Kolbens 64 herum; auch befinden sich in diesem Bereich keine Öffnungen. Wenn somit der Kolben 64 durch diesen Bereich 70 iahrt, wird das Wasser um den Kolben 64 zurück in den zweiten 68 und den ersten Bereich 66 gedrückt, um mit erhöhter Schwierigkeit daraus abgezogen zu werden und zwangsläufig den Kolben bis zum Halt zu hemmen.

Der Kolben 64 ist so konstruiert, daß der Wasserfluß um ihn herum vergrößert wird, und schließt einen konischen Teil 74 ein, der aus dem Kolben 64 ausgebildet ist und sich zu einem engen Halsstück 76 verjüngt. Es wurde festgestellt, daß der konische Teil 74 weniger Widerstand dem um den Kolben 64 herum zurückströmenden Wasser bietet als ein scharfer, senkrechter Rücksprung zum Halsstück 76; dadurch wird eine reibungslosere Dämpfungwirkung erzielt.

Das entgegengesetzte Ende des Halsstücks 76 hat einen Fortsatz mit erweitertem Durchmesser 77 und mit einer Reihe von Zähnen 78, die in Nuten 80 gleiten, um eine Drehmomenthemmung für die Leitspindel 20 zu bilden, wie es am besten der F i g. 3 zu entnehmen ist Diese Drehmomenthemmvorrichtung hindert die Leitspindel 20 daran, sich zu drehen, wenn sie während einer Notabschaltung von der linearen Antriebsvorrichtung losgelassen wird.

Um eine sichere Befestigung des Kolbens 64 an der Leitspindel 20 zu erreichen, ist er so ausgebildet, daß er innen eine Bohrung 82 hat, durch die ein innerer Stab 84 der Leitspindel 20 läuft, um beide Enden 88 und 89 der Leitspindel 20 zu verbinden. Der innere Stab 84 ist durch eine Schraube 86 mit dem regelstabseitigen Ende 88 der Leitspindel 20 verbunden. Das regelstabseitige Ende 88 der Leitspindel 20 ist weiterhin so ausgebildet, daß es in

ίο eine vergrößerte Ringöffnung 90 drückt, die in dem unteren Ende des Kolbens 64 ausgebildet ist. Das obere Ende 89 der Leitspindel 20 ist so ausgebildet, daß es eine Reihe von Zähnen 92 hat, die in Nuten 94 (Fig. IB) eingreifen, welche in dem Ende des Kolbens 64 ausgebildet sind, an welchem sich die Zähne 78 befinden. Somit ist der Kolben 64 zwischen den beiden Enden 88 und 89 der Leitspindel 20 gehalten.

Wenn im Betrieb die Leitspindel aus ihrer in Fig. 2 dargestellten Lage getrieben wird, um den Regelstab

:<i aus dem Kernreaktor herauszuziehen, dann wird der Kolben 64 veranlaßt, sich gegen eine Feder 96 zu bewegen, wodurch dieselbe zusammengedrückt wird und Energie speichert. Durch die volle Zurückziehung des Regelstabs bewegt sich der Kolben 64 nach oben in den ersten Bereich 66 unterhalb der öffnung 69, die als eine Entlüftung für Medium oberhalb des Kolbens 64 wirkt, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Bei dieser Notabschaltung gibt das Gewinde 34 der Leitspindel 20 diese von den Rollen 18 frei und die Leitspindel 20 beginnt, sich in ihrer Lage gemäß der Darstellung in Fig. 2 unter der Schwerkraft und der Kraft der Feder 96 zu bewegen. Die Bewegung des Kolbens 64 durch den ersten Bereich 66 ist verhältnismäßig uneingeschränkt, da die Kraft der Feder 96 am größten ist und

die öffnungen 67 es erlauben, daß das sich vor dem Kolben 64 befindliche Wasser leicht aus der Hemmvorrichtung durch die öffnungen 67 austritt Die öffnung 69 verhindert, daß eine Saugkraft oberhalb des Kolbens 64 entwickelt wird. Wenn der Kolbenteil 72 in den zweiten Bereich 68 eintritt, wird das Wasser, das sich vor dem Kolben befindet, aus Mangel an öffnungen gezwungen, um den Koibenteil 72 herum und durch den Spielraum zwischen dem Kolbenteil 72 und dem Gehäuse 56 zurück in das Halsstück 76 zu strömen und von da in den ersten Bereich 66, wo es durch die Öffnungen 67 austritt Dies verursacht eine bedeutende Bremsung des Kolbens 64. Wenn der Kolben 64 in den dritten Bereich 70 mit vermindertem Spielraum eintritt, dann wird das vor ihm befindliche Wasser um ihn herum mit größerer

so Schwierigkeit — wegen des verminderten Spiels — zurückgedrückt Die Kraft der Feder 96 ist auch dicht am Minimalwert. Somit wird der Kolben 64 dadurch vollständig gebremst, um sich allmählich in seine in Fig.2 dargestellte Lage zu bewegen, ohne den Regelstabantrieb 10 zu beschädigen.

Wenn der Kolben 64 durch den Regelstabantrieb 10 hochgezogen wird, dann fließt Wasser in die Hemmvorrichtung 54, um den Raum vor dem Kolben 64 durch das Spiel zwischen dem Kolben 64 und dem Gehäuse 56 zu füllen. Es ist darauf hinzuweisen, daß etwas Wasser auch zwischen der Endkappe 62 und der Hemmvorrichtung 54 aufgrund des minimalen Spiels fließt das zwischen der Leitspindel 20 und einer Leitspindelführung 98 in der Endkappe 62 vorgesehen ist Dieses Spiel liegt in der Größenordnung von 0,25 bis 03 mm um den Durchmesser des Leitspindelgehäuses 20 herum und ist vorgesehen, um den Widerstand gegen die Leitspindelbewegung auf ein Geringstmaß herabzusetzen, also nicht um

als eine öffnung zu dienen, durch die Wasser in die Hemmvorrichtung 54 strömt bzw. aus dieser von einer Notabschaltstellung nach oben fährt, ein leerer Raum vorübergehend unter dem Kolben aufgrund des engen Spiels im Bereich 70 bildet. Dieser leere Raum wird sich jedoch schnell durch Leckage füllen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dreistufige Hemmvorrichtung zum Abbremsen eines bei einer Notabschaltung in einen flüssigkeitsgekühlten Reaktorkern einfahrenden Regelstabes am Ende seines Bewegungshubes, die eine Leitspindel aufweist, die an einem Ende an dem Regelstabantrieb angeschlossen ist und an ihrem anderen Ende den Regelstab trägt und die ferner einen Kolben aufweist, der in der Nähe des am Regelstab angeschlossenen Endes der Leitspindel angebracht und mit dieser in einem die Leitspindel und den Kolben umgebenden hohlzylinderförmigen Gehäuse bewegbar ist, wobei das Gehäuse in den mit Flüssigkeit gefüllten Teil des Reaktordruckbehälters so weit hineinragt, daß die Kühlflüssigkeit des Kernreaktors in dieses eindringt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (56) in drei Bereiche unterteilt ist, von denen der erste beim Einfahren des Regelstabes von dem Kolben (64) durchlaufene Bereich (66) in der Gehäusewandung ringförmig angeordnete Offnungen (67), der zweite Bereich (68) den gleichen inneren Durchmesser bzw. dasselbe Spiel für den Kolben (64) wie der erste Bereich (66) und der dritte Bereich (70) einen kleineren inneren Durchmesser wie der zweite Bereiche bzw. ein demgegenüber verringertes Spiel für den Kolben (64) aufweisen, wobei der Kolben (64) zwei durch ein enges Halsstück (76) miteinander verbundene Teile (72, 77) aufweist, von denen der in Fallrichtung gesehen untere Teil (72) sich konisch (74) in das Halsstück (76) verjüngt.

2. Hemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (64) an seinem oberen Teil (77) zahnartige Vorsprünge (78) aufweist, die in Nuten (80) gleiten, die in Längsrichtung in dem ersten (66) und zweiten Bereich (68) des Gehäuses (56) angeordnet sind.

3. Hemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (64) eine Bohrung aufweist, durch die ein im Inneren der Leitspindel (20) angeordneter Stab (84) verläuft.

4. Hemmvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitspindel (20) eine Reihe von Zähnen (92) aufweist, die in Nuten (94) einrasten, die am oberen Teil (77) des Kolbens (64) angeordnet sind.