DE2653368A1

DE2653368A1 - Stossdaempfer

Info

Publication number: DE2653368A1
Application number: DE19762653368
Authority: DE
Inventors: Joseph James Housman
Original assignee: General Atomics Corp
Current assignee: General Atomics Corp
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1977-06-02
Also published as: GB1551158A; JPS607128B2; US4104118A; JPS5297082A; FR2333167A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Case G 1056 GEW * München 86, den

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

GENERAL ATOMIC COMPANY, 10955 John Jay Hopkins Drive, San Diego, California / USA

Stoßdämpfer

Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer zum Absorbieren von Stoßbelastungen in einer aggressiven Umgebung am Ende eines Blindkanals.

Es sind gewisse Arten von Stoßdämpfern entwickelt worden, die dazu dienen, die Energie eines fallenden Körpers beim Auftreffen zu absorbieren, damit eine übermäßige Beschädigung des Körpers verhindert wird. Ein Beispiel einer derartigen Einrichtung ist der Typ eines Stoßdämpfers, der am Ende eines Blindkanals im Kernaufbau eines Kernreaktors zum Absorbieren der Energie eines fallenden Regelstabes während der Notabschaltung des Reaktorkerns verwendet wird. Typische Stoßdämpfer nach dem Stande der Technik, wie sie in Kernreaktorstrukturen verwendet werden, sind aus Metall hergestellt und absorbieren Stoßenergie durch plastische Verformung dünnwandiger Metallbauteile.

In einer aggressiven Umgebung, wie z.B. im Kern eines Kernreaktors oder in der Nähe eines solchen Kerns,

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kann Strahlung hohen Niveaus oder das Vorhandensein von bestimmten Chemikalien eine Verminderung der stoßdämpfenden Qualitäten bzw. Eigenschaften typischer Stoßdämpfer, die nach dem Stande der Technik hergestellt sind, bewirken. Beispielsweise erfahren viele Metalle eine Versprödung, nachdem sie während längerer Zeitdauern Strahlung ausgesetzt waren. Als Ergebnis dieser Verhältnisse wurde oft ein häufiges Ersetzen der Stoßdämpfer erforderlich, was Zeitverluste aufgrund des Reaktorabschaltens zur Folge hatte.

Demgemäß soll mit der Erfindung ein Stoßdämpfer für die Verwendung in einer aggressiven bzw. schädigenden Umgebung zur Verfügung gestellt werden, der in dieser Umgebung keine bzw. keine wesentliche Verminderung seiner Funktionsfähigkeit bzw. keine Verschlechterung erfährt.

Gemäß der Erfindung weist ein Stoßdämpfer zum Absorbieren von Stoßbelastungen in einer schädigenden bzw. aggressiven Umgebung am Ende eines Blindkanals wenigstens ein Stoßdämpfungselement auf, das eine Querabmessung besitzt, die ausreicht, um einen wesentlichen Teil der Querschnittsfläche des blinden Endteils des Kanals einzunehmen, und das eine Längsabmessungen besitzt, die ausreicht, um sich axial in dem Kanal um einen vorbestimmten Abstand bzw. eine vorbestimmte Entfernung zu erstrecken, wobei das Element aus einem porösen, spröden Material ist, das in der schädigenden bzw. aggressiven Umgebung im wesentlichen nicht verschlechterungsfähig ist, und wobei in dem Element ein Poren- bzw. Leervolumen vorgesehen ist, das in seiner Größe und Konfiguration einem vorbestimmten Niveau von Energieabsorption durch das Element bei dessen Zerdrücken aufgrund von Stoßbelastung entspricht.

Der vorgenannte Stoßdämpfer ist besonders dazu geeignet, am Ende eines Regel- oder Schnellabschaltstab-Blindkanals im Kernaufbau eines Kernreaktors zum Zwecke des Ab-

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sorbierens der Stoßbelastung eines fallenden Regel- oder Schnellabschaltstabes verwendet zu werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine vollständige Querschnittsansicht eines Teils eines Kernaufbaus eines Kernreaktors, in dem ein Stoßdämpfer gemäß der Erfindung vorgesehen ist, und diese Figur veranschaulicht den unteren Teil eines Regelstabs, der in dem Reaktorkern benutzt wird; und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Stoßdämpferelements, das in dem Stoßdämpfer der Fig. 1 vorgesehen ist.

In der Ausführungsform der Fig. 1 weist der Stoßdämpfer wenigstens ein Stoßdämpfungselement 11 auf, das eine Querabmessung besitzt, die ausreicht, damit das Stoßdämpferelement einen wesentlichen Teil der Querschnittsfläche eines Regelstab-Blindkanals 15 einnimmt, in welchem dieses Stoßdämpfungselement verwendet wird. Die Längsabmessung des Elements reicht aus, daß es sich um einen vorbestimmten Abstand bzw. eine vorbestimmte Entfernung axial in dem Kanal 15 erstreckt. Das Element weist ein poröses, sprödes Material auf bzw. besteht aus einem solchen Material, und zwar ist dieses Material im wesentlichen nicht verschlechterungsfähig in der schädigenden bzw. aggressiven Umgebung, in der es verwendet wird. In dem Element ist ein Hohlraum oder Porenvolumen vorgesehen, dessen Größe und Konfiguration einem vorbestimmten Niveau an Energieabsorption durch das Element bei dessen Zerdrücken während einer Stoßbelastung entspricht.

Der Stoßdämpfer weist zusätzlich zu dem Element 11 auch Elemente 12, 13 und 14 auf. Diese Elemente sind am Boden

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des Blindkanals 15 in einer Kernstruktur eines Reaktors, die allgemein mit 17 bezeichnet ist, in einem Stapel angeordnet.

Wie an sich bekannt, kann sich der Regelstabkanal 16 durch den Kernaufbau 17 des Reaktors erstrecken, und zwar einschließlich desjenigen Teils desselben, der wenigstens teilweise aus spaltbarem Material besteht. Der Regelstab 19 weist einen langgestreckten bzw. längsverlaufenden Graphitaufbau auf, der eine Reihe von flexibel verbundenen Elementen umfassen kann. Der Regelstab 19 endet in einem Ring 21 von etwas vergrößertem Durchmesser, und dieser Ring dient dazu, den Regelstab in dem Kanal 15 zu führen; weiterhin endet der Regelstab in einer kegelstumpfförmigen Nase 23, die in einem flachen Ende 25 von kreisförmigem Umriß ausläuft. Andere geeignete Konfigurationen des Regelstabs, und insbesondere von dessen Ende, können ebenfalls verwendet werden, solange es diese Konfigurationen ermöglichen, die Energie des fallenden Regelstabs auf den Stoßdämpfer am Boden des Blindkanals zu übertragen und zu verteilen.

Die Elemente' 11, 12 und 13 haben identischen Aufbau, so daß nur das Element 11 in Fig. 2 dargestellt ist. Das Element 11 besitzt eine im wesentlichen zylindrische Konfiguration, es hat zwei entgegengesetzte und parallele Endoberflächen 27 und 29 von kreisförmigem Umriß. Der Kanal 15 hat einen kreisförmigen Querschnitt, und die Achse des zylindrischen Elements 11 fällt mit der Achse des Kanals 15 zusammen. Für den Fall, daß der Kanal 15 einen Durchmesser von ungefähr 10 cm hat, wurde gefunden, daß ein diametraler Abstand bzw. Spalt von etwa 2,5 mm zufriedenstellende Ergebnisse erbringt.

Die axiale Abmessung des Elements 11 ist so gewählt, daß sie mit den Energieabsorptionseigenschaften dieses Elements übereinstimmt, wie weiter unten in näheren Einzelheiten erläutert ist, und zwar so, daß sie dem erforderlichen Energieabsorptionsniveau entspricht, wie es zum Anhalten des fal-

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lenden Regelstabs 19 in der gewünschten Weise erforderlich ist. In einem Regelstabkanal 15 von etwa 10 cm Durchmesser wurden zufriedenstellende Ergebnisse mit axialen Abmessungen von etwa 7,5 cm für jedes der Elemente 11, 12 und 13 erzielt.

In jedem der Elemente 11, 12 und 13 ist ein Leerbzw. Hohlvolumen vorgesehen. Das Hohlvolumen wird durch ein mittiges Loch 31 vorgesehen, das in der Achse jedes Elements vorgesehen bzw. gebohrt ist und im vorliegenden Beispielsfall etwa 5 cm Durchmesser hat. Das Loch 31 in jedem Element wird von zwei Reihen von Löchern 33 mit kleinerem Durchmesser umgeben. Diese Löcher können beispielsweise einen Durchmesser von etwa 0,635 cm haben, und die Löcher in jeder Reihe können in Abständen von etwa 10° voneinander vorgesehen sein. Die sich ergebenden Löcher 33 bilden ein Hohlvolumen, das, wenn es zu dem vom mittigen Loch 31 gebildeten Hohlvolumen addiert wird, beispielsweise von etwa 30% bis etwa 70% des Gesamtvolumens umfassen kann, welches von dem Element 11 in dem Kanal 15 eingenommen wird. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden insbesondere dann erzielt, wenn dieses Volumen etwa 55% betrug.

Das Element 14 bleibt ohne Hohlvolumen, damit es als Stößel zum Übertragen von Energie auf die Elemente 11, 12 und 13 wirkt, d.h. daß das Element 14 im wesentlichen kein Leervolumen hat. Das Element 14 hat die gleiche äußere Konfiguration wie die Elemente 11, 12 und 13, und es ist in dem Stapel von Elementen so angeordnet, daß es am weitesten vom Blindende des Kanals 15 entfernt ist. Die feste Natur des Elements 14 wirkt außerdem als Kolben, der verhindert, daß Staub und Bruchteile der zerdrückten Zylinder bzw. Stoßdämpferelemente, wie sie bei einer Stoßbelastung entstehen, in den Regelstabkanal 15 und weiterhin in irgendwelche Kühlmittellöcher bzw. -kanäle eintreten können, so daß eine Blockierung der KUhlmittelströmung durch den Reaktorkern aufgrund derartigen Staubs oder derartiger

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Bruchteile verhindert wird.

Die Art des Materials, aus dem die Elemente 11 bis aufgebaut sind, hängt natürlich von der Betriebsumgebung ab, in der sie verwendet werden. In Abhängigkeit von der Anwendung kann das Material ein kohlenstoffhaltiges bzw. -artiges Material, ein keramisches Material oder ein feuerfestes Oxidmaterial sein. Wenn Stoßbelastungen in dem Fall absorbiert werden sollen, in dem ein Reaktorregelstab in einen Graphit-moderierten Kern eines Kernreaktors herabfallen gelassen wird, dann ist es zu bevorzugen, kohlenstoffhaltiges bzw. -artiges Material, wie z.B. Kohlenstoff oder Graphit, zu benutzen. Erfolgreiche Ergebnisse wurden bei Verwendung von porösem Kohlenstoff erzielt, der vorzugsweise eine Porosität hatte, die im Bereich von etwa 30 bis etwa 70% Dichte lag. Das Element 14 kann die gleiche Porosität oder eine unterschiedliche Porosität haben, oder es kann die volle Dichte besitzen. Erfolreiche Ergebnisse wurden mit Elementen erzielt, die aus porösem Kohlenstoff mit einer Dichte von 45% hergestellt worden waren.

Wenn der Regelstab 19 durch den Kanal 15 fällt und auf das Element 14 aufschlägt, dann wird seine Stoßbelastung auf die Elemente 11, 12 und 13 übertragen. Das führt dazu, daß die Elemente 11, 12 und 13 brechen und zusammengedrückt werden, und wenn das geschieht, dann wird die Energie des fallenden Regelstabes absorbiert. In aktuellen Tests erwies es sich, daß Stoßdämpfer, die gemäß der Erfindung und nach den oben beschriebenen Richtlinien aufgebaut sind, in der Lage sind, Stoßbelastungen zu absorbieren, die Energieniveaubeträgen von 5400 Nm entsprechen.

Es ist infolgedessen ersichtlich, daß mit der Erfindung ein Stoßdämpfer zur Verfügung gestellt wird, der in der Lage ist, Stoßbelastungen hoher Energieniveaus zu absorbieren, und der weiterhin keiner Verschlechterung ausgesetzt ist, und

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zwar auch nicht während langer Zeitdauern in schädigenden bzw. aggressiven Umgebungen. Die Energieabsorption wird durch Zerbrechen und Kompression erzielt. Die Zerdrückungsfestigkeit, das Zusammenfallvolumen und die Stapelhöhe werden in Übereinstimmung mit der erforderlichen Energieabsorption gewählt.

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44.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

rl .) Stoßdämpfer zum Absorbieren von Stoßbelastungen in einer schädigenden bzw. aggressiven Umgebung am Ende eines Blindkanals, gekennzeichnet durch wenigstens ein Stoßdämpfungselement (11,12,13), das eine Querabmessung hat, die ausreicht, daß ein wesentlicher Teil der Querschnittsfläche des blinden Endteils des Kanals(15) eingenommen wird, und das eine Längsabmessung hat, die ausreicht, daß es sich axial in dem Kanal über einen vorbestimmten Abstand bzw. eine vorbestimmte Entfernung erstreckt, wobei das Element aus einem porösen, spröden Material ist, das in der schädigenden bzw. aggressiven Umgebung im wesentlichen nicht verschlechterungsfähig ist, und wobei in dem Element weiterhin ein Hohl- bzw. Leervolumen vorgesehen ist, das eine Größe und Konfiguration hat, die einem vorbestimmten Niveau an Energieabsorption durch das Element bei dessen Zusammendrücken aufgrund von Stoßbelastung entspricht.
2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (11,12,13) aus einem kohlenstoffartigen bzw. -haltigen Material, einem Keramikmaterial oder einem feuerfesten Oxid hergestellt ist.
3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Kohlenstoff hergestellt ist.
4. Stoßdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff porös ist und eine Dichte zwischen etwa 30% und etwa 70% hat.
5. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohl- bzw. Leervolumen des Elements (11,12, 13) zwischen etwa 30% und etwa 70% des Gesamtvolumens des Elements beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED
6. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (11,12,13) im wesentlichen
zylindrisch ist.
7. Stoßdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zylindrischen Element (11,12,13) eine Mehrzahl von Löchern (31,33) vorgesehen ist, die sich parallel zu dessen
Achse erstrecken und das Volumen für die Energieabsorption
durch das Element bei dessen Zusammendrücken aufgrund von
Stoßbelastung längs der Achse des Elements erbringen.
8. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von derartigen Elementen (11,12, 13), die einen Stapel in dem Kanal (15) bilden.
9. Stoßdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel von Elementen wenigstens ein Stößel-, Stempel-, Druckkolben-Element (14) oder dergl. aufweist, das im wesentlichen kein Hohl- bzw. Leervolumen hat.
10. Stoßdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stößel-, Kolben-, Stempel-Element oder dergl. am weitesten weg vom Blindende des Kanals (15) angeordnet ist.
11. Stoßdämpfer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel wenigstens drei Stoßdämpfungselemente (11,12,13) und ein Stößel-, Stempel-, Kolben-Element (14)
oder dergl. umfaßt.
12. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Regelstab- bzw. Schnellabschaltstab-Blindkanal (15) eines Kernaufbaus (17) eines Kernreaktors angeordnet ist.

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13. Stoßdämpfer, gekennzeichnet durch ein Stoßdämpfungselement gemäß Anspruch 1.

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