DE2732903A1 - Regelstab-ausstosshemmvorrichtung fuer einen atom-kernreaktor - Google Patents

Description

PATENTANWALT

20» Juli 1977 Anw.-Akte: 27.131

PATENTANMELDUNG Angelder: The Babcock & Vilcox Company

161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017 -USA-

Titeil Regelstab-Ausstoflhemmvorrichtung für einen AtOB-Ke rnreaktor

Die Erfindung betrifft eine Regelstab-Ausstoßhemmvorrichtung für einen Atom-Kernreaktor der zur Hemmung eines unerwünschten Ausstosse· des Regeletabs aus dem Kernreaktor dient.

Die bekannten Regelstabantriebe für Kernreaktoren bestehen aus abgeschlossenen Druckbehältern, die dicht an dem Kernreaktor angeschlossen sind, um die Regelstäbe des Reaktors BU verbinden und um die gesteuerte Bewegung der Stäbe innerhalb des Reaktors zu erlauben. Das Gehäuse, welches die Antriebsvorrichtung enthält, wird auf dem gleichen Druck gehalten wie der Kernreaktor. Sollte ein Bruch im Gehäuse des Regelstabantriebs vorkommen, dann ktlnnte die Leitspindel der Antriebsvorrichtung zusammen mit dem daran angeschlossenen Regelstab aus dem Gehäuse durch die Druckdifferenz ausgestoßen werden, die zwischen dem Gehäuse und der Umgebung gesohaffen ist.

709885/07It

Anw.-Akte: 27.131

Die bekannten Regelstabantriebe ergeben eine verhältnismäßig langsame Bewegung der Regeletäbe während der nomalen Regelstabbetätigung, wobei der Antrieb den Regelstab erfaßt, um zu vemeiden, daß der Regelstab ausgestoßen wird. Es körnen gewisse Situationen vor, in denen es erwünscht ist, eine Notabschaltung vorzunehmen oder schnell den Regelstab in den Kernreaktor einzufahren, um den Reaktor abzuschalten. Eine ioiohe Notabschaltung erfolgt gewöhnlich dadurch, daß das Antriebseleiient von dem Regel stab gelöst wird und daß der Regelstab in den Reaktor fallen kann. Somit könnte der Regelstab während eines Notabschaltzustands leicht ausgestoßen werden, wenn ein Bruch in dem Gehäuse vorkommen sollte. Eine ähnliche Situation besteht, wenn der Reaktor abgeschaltet wird oder wenn zu irgendeinem Zeitpunkt der Antrieb von dem Regelstab gelöst wird. Selbst wenn der Regelstab mit dem Angriff in Eingriff steht, so könnte, wenn ein Bruch vorkommt, der den Regelstab dem vollen Druck des Reaktors aussetzen würde, der Eingriff zwischen der Leitspindel und dem Angriff unterbrochen oder gelöst werden, so daß ein Ausstoß dennoch stattfinden kann. Es ist deshalb sehr wünechenwert, den Ausstoß des Regelstabs soweit wie möglich zu hemmen, um die den Regelstab ausstoßenden Kräfte aufzunehmen und einen zu einer Katastrophe führenden Ausstoß zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Ausstoßhemmsystem zu schaffen, welches die bei den bekannten Vorrichtungen eintretenden obengenannten Probleme lust und weitere Vorteile im Betrieb ein·· Reaktors bietet.

Diese Aufgabe wird bei einer Ausstoßhemmvorrichtung, die an einer Regelstabvorrichtung eines Kernreaktors angebaut ist dadurch gelöst, daß die Kolbenvorrichtung eine Öffnung besitzt, die es erlaubt, daß Medium steuerbar in die Kolbenvorrichtung strömt. Die Steuerung der öffnung erfolgt

709885/07·· ₃

Anw.-Akte: 27.131

-'s

durch ein Kugelventil, das druckbetätigt wird, um den Mediumsfluß durch die öffnung zum Kolben entweder zu öffnen oder zu schließen. Während der normalen Regelstabbetätigung erlaubt es die lose Kolbenabdichtung, daß genügend Medium um die Abdichtung herum strömt, so daß die normalerweise langsame Aufwärt·- und Abwärtsbewegung des Regelstabs ungehemmt bleibt, ganz gleichgültig, ob das Kugelventil sich im offenen oder geschlossenen Zustand befindet. Die Kolbenöffnung ist so angeordnet, daß Gewahr dafür gegeben ist, daß sich während eines Notabschaitzustands das Kugelventil öffnet, wodurch Medium strömen kann, um schnell in die Kolbenvorrichtung zu fließen und eine Hemmung des schnellen Regelstabfalls zu verhindern. Sollte jedoch ein schneller Ausstoß des Regelstabs eingeleitet werden, dann wird das Kugelventil die Kolbenöffnung schließen, wodurch das Medium um die Kolbendichtungen herum verdrängt wird. Oa die Dichtungsspiele vorher festgelegt worden sind, um zu erlauben, daß nur eine kleine Menge Medium um sie herum strömt, wird die Kolbenvorrichtung so wirken, daß sie den schnellen Ausstoß des Regelstabs puffert oder hemmt.

Durch diese Maßnahmen wird ein Ausstoßhemmsystem geschaffen, welches den Regelstabausstoß hemmt, jedoch die normalen Regelstabbewegungen, die durch den Regelstabantrieb bewirkt werden, nicht stört.

Weitere Maßnahmen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

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

g. 1 eine Querschnittsansicht einer Regelstab-Verbindungsvorrichtung mit Ausvtoßhemmeinrichtung,

70986S/0789

Anw.-Akte: 27.131

-•-

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Kugelventilvorrichtung nach Figur 1.

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Kugelventilvorrichtung nach Figur 2, entlang des Schnitts 3-3.

Figur 1 zeigt den unteren Teil einer Regelstabantriebe-Verbindungsvorrichtung 10. Das Ende 11 der Vorrichtung IO ist eingerichtet, um abdichtend, z. B. durch Schweißen, in einer stehenden Lago an einem Reaktorbehälter 12 eines wasserführenden Reaktors befestigt zu werden, wodurch die Regelstabantriebsvorrichtung 10 dicht mit dem Reaktorbehälter 12 verbunden wird. Eine Leitspindel 14 erstreckt sich nach unten durch das offene Ende 11 der Vorrichtung 10 in den Reaktorbehälter hinein, wo sie mit einem nicht dargestellten Regelstab des Reaktors in einer den Fachleuten bekannten Weise verbunden wird, damit der Regelstab durch die Bewegung der Leitspindel 14 verstellt wird.

Die Leitspindel 14 wird in dem Reaktor durch bekannte Amtriebe aufwärts und abwärts bewegt, wie z. B. Planeten-Rollen-Mutter-Antriebe, bei denen ein Stator den Eingriff und die Planetenbewegung von Rollen bewirkt, die auf Hebelarmen befestigt sind. Die Ausführung und die Arbeitsweise solcher Antriebe sind bekannt.

Der Reaktor und infolgedessen auch der Regelstabantrieb stehen unter Überdruck, d. h. der Regelstabantrieb steht unter dem Überdruck des Kernreaktors, weil er über das offene Ende 11 des Gehäuses dicht mit diesem verbunden ist. Da die Drücke in einem Kernreaktor in der Größenordnung von 150 kg/cm liegen können, kann natürlich ein gefaährlioher

709805/0789

Anw.-Akte: 27.131

Zustand entstehen, falls ein Bruch im Regelstab-Antriebsgehäuse eintreten sollte. Die Leitspindel 14 würde dann durch den Druckunterschied zwischen der Umgebung und dem Gehäuse aus dem Gehäuse herausgeschossen. Um zu vermeiden, daß die Leitspindel 14 schnell bei einem solchen Bruch aus dem Gehäuse ausgestoßen wird, ist eine Ausstoßhemmvorrichtung 16 an der Leitspindel 14 angebaut. Diese Ausstoßhemmvorrichtung l6 schließt eine Kolbenvorrichtung 18 ein, die eine dazu führende öffnung 20 hat, deren offener und geschlossener Zustand durch eine Kugelventilvorrichtung 22 gesteuert wird. Die Öffnung 20 und die Kugelventilvorrichtung 22 befinden sich in der Nähe des Oberteils der Kolbenvorrichtung 18, welche auf der Leitspindel Ik angeordnet ist, um zu gewährleisten, daß während der maximalen Regelstabausfahrt aus dem Reaktor die Kugelventilvorrichtung 22 sich oberhalb eines Kolbens 2k der Kolbenvorrichtung 18 befindet.

Die Kolbenvorrichtung 18 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 26, in dem der Kolben 2k so ausgebildet ist, daß er sich mit der Leitspindel Ik des RegelStabantriebs bewegt. Die Enden des Gehäuses 26 werden durch Dichtungen 28 abgeschlossen und bilden eine Ringkammer 30, deren Beaufschlagung durch die Kugelventilvorrichtung 22 gesteuert wird. Wenn der Kolben 2k sich in der Kolbenvorrichtung 18 mit der normalen angetriebenen Bewegung der Leitspindel 14 bewegt, dann bleibt die normale langsame Geschwindigkeit der Leitspindel 14 unbeeinträchtigt, da Flüssigkeit leicht um die lockere Freiraumfläche 32 strömt, die zwischen dem Kolben 24 und dem Zylinder 26 vorgesehen ist. Unabhängig davon, ob die öffnung 20 der Kuge1venti!vorrichtung 22 auf oder zu ist, besteht somit keine Differenz in der normalen Antriebsbe-

?09SftS/07M

Anw.-Akte: 27.131

- Sf-

tätigung der Leitspindel 14, solange die Bewegungegeschwindigkeit relativ langsam ist, wie es in dem normal angetriebenen Zustand der Fall ist.

Während eines "Notzustands", bei dem die Leitspindel 14 schnell in den Reaktor einfahren muß, wird jedoch die Kugelventilvorrichtung 22 geöffnet, um zu gewährleisten, daß die schnelle Einfahrt des Regelstabs nicht behindert wird. Die Anordnung der Kugelventilvorrichtung 22 bietet die Gewähr dafür, daß der Kolben 24 immer oberhalb derselben liegt, selbst bei maximaler Regelstabausfahrt. Wenn also ein "Notabschaltzustand" eingeleitet wird, dann wird die Leitspindel von der Langsamantriebsvorrichtung gelöst und ist frei, und fällt durch Schwerkraft in den Reaktor. Das Spiel 32 um den Kolben 24 herum ist ungenügend, um genügend Flüssigkeit um den Kolben herum zu verdrängen, damit ein ungehemmter Regelstabfall stattfindet, und ein Unterdruck wird in dem Bereich zwischen dem Kolben 24 und dem oberen Abschluß 28 erzeugt. Dieser Unterdruck führt dazu, daß eine Kugel 34 der Kugelventilvorrichtung 22 aus ihrer schließenden Stellung in eine Öffnende Stellung 36 fährt, wie es in Figur 2 durch punktierte und gestrichelte Linien angedeutet wird. In dieser Iffnenden Stellung kann Medium aus einer öffnung 38 am Ende der Kugelvent11vorrichtung in einen Käfigraum 40 strömen, der in der KugelventIlvorrichtung 22 ausgebildet ist, um die Kugel 34 zu halten. Der Käfigraum 40 wird durch eine Erweiterung der Enden 42 des Kugelventilvorrichtungsgehäuses 44 an einem Ende und durch ein Rippenprofil 46 gebildet, das in einem Einsatz ausgebildet ist, welcher innerhalb des Gehäuses 44 liegt. Das Rippenprofil 46 weist Öffnungen 50 auf, welche es erlauben, daß Medium aus der öffnung 38 leicht um die Kugel 34 herum Über die Öffnungen 50 In die öffnung: 20

- 7 709885/07«·

Anv.-Akte: 27.131

Strumen kann und von da in die Kammer 30. Wenn also die Kugel 34 Medium in die Kammer 30 strömen läßt, dann wird jede Hemmwirkung der Kolbenvorrichtung 18 aufgehoben so daß normale "Notabschaitzustände" unbeeinträchtigt bleiben. Die Öffnungen 38, 50 und 20 sind vorher so festgelegt, daß sie mehr als genügend Medium in die Kammer 30 strömen lassen, um einen normalen Schwerkraftfall der Uegelstabvorrichtung zu erlauben.

Dieser schnelle freie Fall des Regelstabs wird sich fortsetzen, bis der Kolben 24 das mit den Ausblaseöffnungen 39 versehene Ende des Zylinders 26 erreicht. Diese Öffnungen erlaubten eine ungehinderte Verdrängung des Mediums zwischen dem Kolben 24 und dem unteren Abschluß f8. Wenn der Kolben 2k sich über die Öffnungen 39 hinaus bewegt, wird eine Hemmwirkung durch das Medium eingeleitet, das zwischen dem Kolben 24 und dem unteren Abschluß 28 in dem Bereich kl eingeschlossen ist. Das Medium darin muß um den Kolben 2k herum verdrängt werden, wodurch der Endfall des Regelstabs in den Reaktor hinein verlangsamt wird.

Wenn ein Ausstoß der Leitspindel Ik durch einen Bruchzustand eingeleitet wird, dann werden die Leitspindel Ik und der Kolben 24 schnell zur Kugelventilvorrichtung 22 über die Öffnung 39 hinaus bewegt. Der Freiraum 32 würde in einem solchen Fall ungenügend sein, um das zwischen dem Kolben 2k und dem oberen Abschluß 28 eingeschlossene Medium um den Freiraum 32 herum zu verdrängen, wodurch in der Kammer 30 Druck aufgebaut würde. Der Druckaufbau in der Kammer 30 führt dazu, daß die Kugel 34 sich in Richtung auf die öffnung 38 bewegt, wodurch die Öffnung 20 der Kolbenvorrichtung 18 gesperrt wird. Die Leitspindel kann sich jetzt nur dadurch bewegen, daß Medium um den Kolben 2k herum

7098*5/07*9

ivnw.-Akte: 27.131

durch die Öffnung 32 verdrängt wird. Da die Öffnung 32 vorher so festgelegt worden ist, daß sie nur eine normale, langsame Hegelstab-Antriebsbewegung erlaubt, wird der unkontrollierte schnelle Ausstoß der Leitspindel und des damit verbundenen Hegelstabs in wirksamer Weise auf normale Werte verlangsamt.

Diesen Darlegungen ist zu entnehmen, daß die erfindungsgemäße Kolbenvorrichtung 18 eine Hegelstab-Ausstoßhemmeinrichtung darstellt, die nur wirksam wird, wenn ein unerwünschter Ausstoß eines Regelstabs eingeleitet wird, während der normale Regelstabantrieb und "Notabschaitzustände" unberührt bleiben.

•»09885/078$

Claims (1)

1. Anw.-Akte: 27.131

   PATENTANSPRÜCHE :

   1.) Ausstoßhemmvorrichtung für einen Regelstabantrieb eines Kernreaktors mit ungehemmter Bewegung bei normalem Antrieb und bei Notabschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

   eine auf der Leitspindel (14) des Regelstabantriebs (1O) angeordnete und mit der Leitspindel verfahrbare Kolbenvorrichtung (18),

   ein Gehäuse, das teilweise die Leitspindel umgibt, in dem sich die Kolbenvorrichtung (18) bewegt und

   eine Ausstoßhemmvorrichtung (16).

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßhemmvorrichtung (16) ein in dem Gehäuse ausgebildetes rohrförmiges Teil einschließt, um einen vorher festgelegten Freiraum für die Kolbenvorrichtung zu schaffen, der die normale Antriebebewegung der Kolbenvorrichtung ermöglicht und eine Kugelventilvorrichtung (22), die mit dem rohrförmigen Teil verbunden ist und die Strömung von Medium zur Kolbenvorrichtung ermöglicht.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenvorrichtung (18) aus einen Kolben (24) besteht, der auf der Leitspindel (Ik) des Regelstabantriebs ausgebildet ist und einen vorher festgelegten Freiraum zwischen sich und dem Gehäuse aufweist.

   - II -

   709885/0763

   OWQTNAL

   Anw.-Akte: 27.131

   k. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Zylinder besteht, der geschlossene Enden und Öffnungen (20) an seinen gegenüberliegenden Enden aufweist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßhemmvorrichtung eine Kugelventilvorrichtung (22) aufweist, die an einer der Öffnungen (20) des Zylinders angeordnet ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet , daß die Kugelventilvorrichtung eine Kugel (34) besitzt, die in einer Käfigvorrichtung in Abhängigkeit vom Druck im Zylinder beweglich ist, und die Strömung von Medium zum Zylinder steuert.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kugel sich so bewegt, daß die Öffnung des Zylinders abgesperrt wird, wenn «in Ausstoß des Regelstabe versucht wird.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel sich bewegt und die ttffnung des Zylinders Offnet, wenn durch den Regelstabantrieb ein Notabschaltzustand eingeleitet wird.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die andere öffnung mit Abstand von dem Ende des Zylinders ·ο angeordnet ist, daß der Kolben gedämpft wird.

   70988 S/0789