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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blockierung einer Regelstab- Verlängerungswelle gegen Verdrehen während des Kuppelns oder Lösens einer Leitspindel in einem abgeschalteten Kernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
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Beim Betrieb eines Kernreaktors ist es erforderlich, die Brennstäbe periodisch aus dem Reaktorkern zur Neubeschickung, Wartung oder Kontrolle zu entfernen. Dementsprechend ist es notwendig, den Reaktordeckel zusammen mit den auf diesem montierten Regelstabantriebsaggregaten auszubauen. Nach dem Ausbau des Behälterdeckels müssen auch die Reaktoreinbauten oberhalb des Reaktorkerns entfernt werden, um die Brennelemente freizulegen, die dann aus ihren Lagerungen innerhalb des Reaktorkerns herausgezogen werden können. Natürlich muß der Reaktor in abgeschaltetem Zustand sein; dieser Zustand wird dadurch aufrechterhalten, daß jedes der Regelstabbündel vollständig in die Brennelement-Kanäle oder die Führungsrohre, die dazu vorgesehen sind, eingefahren wird. Dazu ist es notwendig, Mittel vorzusehen, um die vollständig eingefahrenen Regelstäbe von ihren jeweiligen Antriebsaggregaten während des Ausbaus des Reaktordeckels zu lösen, um zu vermeiden, daß ein Regelstab zufällig aus seinem Brennelement während des Ausbaus des Deckels herausgezogen wird.
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Während bei den üblichen Druckwasserreaktoren dieser Ausbau verhältnismäßig einfach ist, weil lediglich eine lösbare Verbindung oder Kupplung zwischen jedem der Regelstabbündel und den entsprechenden Antriebsaggregaten benötigt wird, ist ein solcher Ausbau bei Schiffsreaktoren komplizierter. Der vergrößerte Raum oberhalb des Kerns dieser Reaktorbauart macht es erforderlich, daß die Regelstäbe an ihren Regelstabantrieben durch außergewöhnlich lange Regelstab-Verlängerungswellen angeschlossen werden müssen.
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Dadurch entstehen besondere Probleme hinsichtlich der Ausrichtung und der radioaktiven Einwirkung sowie zusätzliche Raum- und Lagerprobleme. So sind beispielsweise bei 60 Regelstabantrieben, die je mit mindestens einem Regelstab, im allgemeinen aber mit einem Regelstabbündel, das eine Anzahl von miteinander verbundenen Stäben umfaßt, gekoppelt sind, die Lagerung, Manövrierfähigkeit und Handhabung des Reaktordeckels und der Regelstab-Verlängerungswellen zumindest beschwerlich. Außerdem ist bei dem erneuten Aufsetzen des Deckels die Ausrichtung der außergewöhnlich langen Verlängerungswellen zu den Regelstabbündeln, die sehr weit von dem Reaktordeckel oder dem oberen Teil des Reaktorbehälters entfernt sind, extrem schwierig.
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Deshalb ist bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art entwickelt worden (GB-PS 11 31 076), bei der zur Blockierung einer Regelstab-Verlängerungswelle gegen Verdrehen während des Kuppeln oder Lösens einer Leitspindel eine Blockiervorrichtung vorgesehen ist. Dabei ist konstruktiv die Verlängerungswelle axial in einem Führungsrohr angeordnet und weist in ihrem unteren Ende ein geschlitztes Rohr auf, das federnde Finger bildet, die in einem ringförmigen Sitz am rohrförmigen Teil eines Regelstabbündel-Trägers einrasten können. Diese Rastverbindung ist durch eine federbelastete Verriegelungsbuchse derart gesichert, daß ein selbsttätiges Lösen der Verlängerungswelle von dem Regelstabbündel-Träger nicht möglich ist.
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Es handelt sich bei dieser Konstruktion jedoch um eine Steckkupplung, also nicht um eine bajonettartige Kupplung. Das Problem, eine Drehung der Verlängerungswelle zu blockieren, um ein Lösen der Kupplung mit den daran befestigten Regelstabbündeln sicher zu verhindern, stellt sich dabei nicht. Zwar sind am oberen Ende der Verlängerungswelle Riegelleisten angebracht, die mit in Längsrichtung des rohrförmigen Gehäuses angeordneten Schlitzen zusammenwirken. Durch diese Konstruktion kann die Verlängerungswelle gegenüber dem Gehäuse nicht verdreht werden; sie braucht auch nicht gedreht zu werden, da die untere Kupplung nicht bajonettartig, sondern nur axial betätigt werden muß. Zum Lösen ist das Einführen eines speziellen Werkzeuges durch die hohle Verlängerungswelle bis zur unteren Kupplung erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine mechanische sichere Verbindung zwischen Regelstab-Verlängerungswelle und Regelstabbündel ohne Verwendung einer Steckkupplung zu schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale.
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Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte bajonettartige Kupplung zwischen der Regelstab-Verlängerungswelle und dem Regelstabbündel kann wegen ihrer Robustheit mechanisch kaum überbeansprucht werden. Damit wird die bei der bekannten Vorrichtung (GB-PS 11 31 076) bestehende Gefahr, daß Teile der Federfinger-Spreizkonstruktion abbrechen und demzufolge das Risiko eines Ausfalls der Kupplung erhöhen, abgewendet. Zudem verhindert die spezielle Ausbildung der Blockiervorrichtung zuverlässig ein Lösen der bajonettartigen Kupplung infolge Verdrehens der Regelstab-Verlängerungswelle während des Kuppelns oder Lösens der Leitspindel.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 eine Vorderansicht eines Kernreaktor-Druckbehälters im Längsschnitt,
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Fig. 2 eine Ansicht eines Teiles des Regelstabsystems im Teil-Längsschnitt mit einer Blockiervorrichtung,
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Fig. 3 eine Ansicht eines Teiles einer Blockiervorrichtung nach Fig. 2 in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 2, der Klarheit wegen teilweise geschnitten,
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Fig. 4 eine Teilansicht der Blockiervorrichtung gemäß Fig. 3 in Richtung der Pfeile 4-4,
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Fig. 5 eine ähnliche Ansicht der Blockiervorrichtung gemäß Fig. 3, jedoch in gelöstem Zustand der Blockiervorrichtung, und
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Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Teiles der Blockiervorrichtung.
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Der Fig. 1 kann man entnehmen, daß ein Kernreaktor 10 einen im allgemeinen zylindrischen und langgestreckten, den Reaktorkern 14 umschliessenden Druckbehälter 12 umfaßt, der einen Deckel 13 aufweist, einen ringförmigen Wärmetauscher 16 für das Sekundärkühlmittel, ein Regelstabsystem 18 sowie sonstige zugehörige Einrichtungen zur Erwärmung eines umlaufenden Primärkühlmittels. Dieses Primärkühlmittel fließt bei dieser Reaktorkonstruktion nicht aus dem Druckbehälter 12 zur Erwärmung des Sekundärkühlmittels heraus, wie es bei den üblichen Druckbehältern der Fall ist, weil der Sekundär-Kühlmitteltauscher 16 innerhalb des Druckbehälters 12 angeordnet ist. Um den großen Sekundär-Kühlmitteltauscher 16 im Druckbehälter 12 unterzubringen und um einen Strömungsweg für das Primärkühlmittel zu schaffen, ist der Druckbehälter 12 bei dieser Reaktorbauart dementsprechend etwas langgestreckter als bei einem typischen Druckwasser-Landreaktor mit einem Kern gleicher Größe.
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Der Reaktorkern 14, der eine Anzahl von Brennstäben, die in Brennelementen 15 zusammengefaßt sind, umschließt (nur ein derartiges Brennelement 15 ist in Fig. 1 dargestelt), ist mittig und axial nach unten verlagert innerhalb des Behältes 12 angeordnet. Der Kern 14 und die Innenwand 22 des Behälters 12 bilden einen ringförmigen Strömungsweg 20, um das Primärkühlmittel aufzunehmen, das aus dem Wärmetauscher 16 heraus in der durch einen Pfeil 24 angezeigten Richtung zum Kern 14 durch eine gelochte Kerntragkonstruktion 23 strömt. Ein vertikal angeordneter zylindrischer Mantel 26 ist oberhalb des Kerns 14 fluchtend zu diesem angeordnet und bildet eine obere Fülllkammer 28 , die das erwärmte Primärkühlmittel, das durch den Kern 14 in Richtung der Pfeile 25 unter der Wirkung der Pumpe 27 aufwärts steigt, zu dem Wärmetauscher 16 leitet, der radial um die Füllkammer 28 herum angeordnet ist. Außerdem schließt die Füllkammer 28 Führungsrohre 30 (von denen nur eines dargestellt ist), Führungsvorrichtungen 32 (von denen ebenfalls nur eine dargestellt ist), und Roste 42 A, 42 B und 42 C ein, die einen Durchtritt für das Regelstabsystem 18 bilden. Die Führungsvorrichtung 32, die aus einem Mantel 33 und gelochten Führungen 33 A besteht, stellt die korrekte Führung jedes Regelstabes 34 in jedem Regelstabbündel 35 sicher, durch die der Betrieb des Reaktors geregelt wird.
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Wie es den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist und wie es später eingehend beschrieben wird, ist jedes Regelstabsystem 18 eine einzeln von oben zu betätigende Vorrichtung, die aus dem Regelstabbündel 35 besteht, in dem eine Anzahl untereinander verbundener Regelstäbe 34 zusammengefaßt sind, die wiederum an einem nicht dargestellten Regelstabantrieb durch eine nicht-drehende Regelstabantriebs-Leitspindel 36 gekuppelt werden können, die ihrerseits durch einen Stutzen 38 verläuft und die mit einer Regelstab- Verlängerungswelle 40 zu kuppeln ist. Jeder der Regelstäbe 34 des Regelstabbündels 35 - in Fig. 1 als vollständig aus dem Brennelement 15 herausgezogen dargestellt - wird außerdem durch ein nicht dargestelltes oberes Endstück des Brennelementes 15 in innerhalb des Kerns befindliche Führungsrohre (nicht dargestellt) eingesteckt, so daß auf der gesamten Länge eine Führung der Regelstäbe 34 sichergestellt wird, und zwar über Führungsrohre 30, die Roste 42 A, 42B und 42 C, die Führungsvorrichtung 32 und die im Kern befindlichen Führungsrohre.
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Wie es im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, weist das Regelstabsystem 18 eine Regelstabantriebs-Leitspindel 36 auf, die durch eine obere Kupplung 44 an das obere Ende der Welle 40 gekuppelt wird, die ihrerseits durch eine ähnliche untere Kupplung 46 mit dem Regelstabbündel 35 gekuppelt wird. Jede der Kupplungen 44 und 46 besitzt ein Aufnahmeteil 48 bzw. 50 und ein entsprechendes Steckteil 52 bzw. 54 zum Anschluß an das Regelstabbündel 35.
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Außerdem ist dargestellt, daß die Welle 40 durch das Führungsrohr 30 verläuft, das mit dem oberen Füllkammerrost 42 A verbunden ist. In der Nähe dieses Rostes 42 A arbeitet mit der Welle 40 eine Hemmvorichtung 56 zusammen, weiterhin eine Blockiervorrichtung 60, die einen Teil des Regelstabsystems ergreift, um die Drehung dieses Teils zu verhindern. Im einzelnen verläuft die Welle 40 axial durch die Blockiervorrichtung 60 und weist in Längsrichtung der Welle 40 ausgerichtete, radial verlaufende Riegelleisten 66 auf, die mit der Blockiervorrichtung 60 zusammenwirken. Diese Riegelleisten sind in je einer Nut 66 A des Aufnahmeteils 48 der oberen Kupplung 44 durch eine Schweißnaht W befestigt.
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Die Blockiervorrichtung 60 ist außerdem ein zylindrisches ortsfestes Gehäuse 76 auf, das oben mit einer ringförmigen Kappe 76 A verschlossen ist, durch die die Welle 40 gleitend verläuft. Ein Sperring 70 ist gleitend innerhalb des Gehäuses 76 angeordnet, d. h. er wird vertikal durch eine Schraubenfeder 78 belastet. Der Sperring 70 wirkt arretierend mit der Welle 40 und dem Gehäuse 76 zusammen. Außerdem ist die Blockiervorrichtung 60 abbaubar mit dem Rost 42 A durch einen Flansch 62 verbunden, der seinerseits mit einem entsprechenden Flansch 64 verbunden ist, der in dieser Fig. 2 als Teil der Hemmvorrichtung 56 dargestellt ist, welche fest auf dem Rost 42 A angeordnet ist.
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Der Sperring 70, den man deutlicher in Fig. 6 erkennen kann, besitzt eine Innenfläche 70 A und eine Außenfläche 70 B. Er weist Nuten 68 auf, die an der Ringöffnung nach außen aus der Innenfläche 70 A heraus ausgebildet sind und die den Riegelleisten 66 der Welle 40 entsprechen. Außerdem sind am Sperring 70 Ansätze 72 angebracht, die nach außen von der Außenfläche 70 B abstehen und die bei dieser Ausführungsform direkt gegenüber den Nuten 68 angeordnet sind (ohne jedoch notwendigerweise auf eine solche Anordnung begrenzt zu sein) und in je einen entsprechenden Längsschlitz 74 eingreifen, die in dem ortsfesten Gehäuse 76 ausgebildet sind. Die Nuten 68 und Schlitze 74 erlauben eine geführte translatorische Auf- und Abwärtsbewegung der erfaßten Welle 40 bzw. des Sperringes 70, wobei sie die Drehung der Welle 40 um ihre Längsachse während des Kuppelns oder Lösens des Regelstabbündels 35 verhindern. Im Betrieb verhindert die Blockiervorrichtung 60 das zufällige Lösen des Regelstabbündels 35 von der Regelstab-Verlängerungswelle 40 auf die folgende Weise:
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Während der Inbetriebnahme sind die Brennelemente 15, von denen jedes eine Anzahl Regelstäbe 34 umfaßt, die in den im Reaktorkern 14 befindlichen Führungsrohren 30 angeordnet sind, innerhalb des Behälters 12 angeordnet und bilden den Kern oder die Neubeschickung desselben. Beim Zusammenbau des Kerns 14 sind Teile der oberen Füllkammer 28, d. h. der Mantel 26, Führungsrohre 30, Führungsvorrichtung 32, Roste 42 A, 42 B, 42 C sowie die zugehörigen und darin ausgerichteten Regelstab-Verlängerungswellen 40 vertikal oberhalb des Reaktorkerns 14 angeordnet; jede der Regelstab-Verlängerungswellen 40 ist vertikal zu einem zugehörigen Regelstabbündel 35 angeordnet und, genauer gesagt, das untere Steckteil 54 durchdringt das untere Aufnahmeteil 50. Die Kupplung der Regelstab-Verlängerungswelle 40 an das Regelstabbündel 35 erfolgt dadurch, daß man die Welle 40 nach unten drückt und dann um ihre Längsachse dreht, d. h. eine bajonettartige Kupplungsbewegung ausführt. Es ist festzuhalten, daß die Kupplung der Welle 40 an das Regelstabbündel 35 zugleich die Welle 40 gegen eine weitere Drehung am unteren Ende der Welle 40 blockiert. In anderen Worten: Ein Drehen der Welle 40 bringt die Ansätze 55 des unteren Steckteils 54 zunächst mit den entsprechenden Nuten 53 des Innenteils 48 derart in Verbindung, daß sie gleitend in Eingriff kommen. Dadurch, daß die Welle 40 dann abwärts gedrückt wird, gleiten die Ansätze 55 des unteren Steckteils 54 durch die Nuten 53 im Aufnahmeteil 48 und zugleich werden auch die Riegelleisten 66 gegen den Sperring 70 gedrückt (siehe Fig. 5), wodurch die Schraubenfeder 78 zusammengedrückt wird und Ansätze 72 des Sperrings 70 in den Schlitzen 74 abwärts gedrückt werden. Die untere Kupplung 46 wird dann durch eine weitere Drehung der Regelstab-Verlängerungswelle 40 arretiert, wodurch die Ansätze 55 und Nuten 53 gelöst und zugleich die Regelleisten 66 mit den Nuten 68 ausgerichtet werden. Diese Bewegung setzt den gedrückten Sperring 70 frei, wodurch die Schraubenfeder 78 den Sperring 70 mit den Ansätzen 72 in den Schlitzen 74 gleiten und auf der Welle 40 nach oben bewegen kann. Folglich arretiert dieser Vorgang die Welle 40 in dem Sperrring 70, der seinerseits an dem Gehäuse 76 arretiert ist, wodurch eine Drehbewegung der Welle 40 verhindert wird, während gleichzeitig eine geführte Vertikalbewegung derselben möglich wird. Somit findet sich das in Fig. 2 gezeigte Teil des Regelstabsystems in seiner untersten Stellung und wird sich nur nach oben aus dem Brennelement 15 und dder Blockiervorrichtung 60 herausbewegen.
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Die Inbetriebsetzung umfaßt dann den weiteren Schritt, den Deckel 13 einschließlich der Leitspindel 36 nach unten auf den Behälter 12 zu setzen und die obere Kupplung 44 durch die gleichartige bajonettartige Bewegung, wie sie in Verbindung mit der unteren Kupplung 46 erläutert wurde, in Eingriff zu bringen, wodurch die Leitspindeln 36 nunmehr an dem Regelstabantrieb befestigt sind. Nachdem einmal der Deckel 13 an dem Behälter 12 befestigt ist und nachdem die Leitspindel 36 mit dem Antrieb verbunden ist, leitet die translatorische Vertikalbewegung der Regelstäbe aus dem Kern heraus die weitere Inbetriebsetzung ein und es wird in üblicher Weise eine weitere Bewegung der Stärke in den Kern hinein und aus dem Kern heraus in Übereinstimmung mit der Reaktorfunktion durch die Blockiervorrichtung ermöglicht.
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Im Betrieb wird der Vorgang einer Reaktorabschaltung zum Zwecke z. B. einer Neubeschickung in der umgekehrten Reihenfolge abgewickelt. Dabei werden die Regelstäbe 34 vollständig in den Reaktorkern 14 eingefahren, um den Reaktor abzuschalten, und entsprechend greifen die Riegelleisten 66 in die Nuten 68 ein. Die Leitspindeln 36 werden vom Antrieb getrennt, gedreht und von der Welle 40 gelöst; wiederum wird die relative Drehung der Welle 40 gegenüber den Regelstäben 34 durch die Blockiervorrichtung 60 verhindert. Der Deckel 13 und die Leitspindel 36 werden ausgebaut. Um die Füllkammerteile 28 auszubauen ohne die Regelstäbe 34 von ihren Brennelementen 15 zu entfernen, ist es erforderlich, daß die Welle 40 von den Regelstäben 34 abgekuppelt wird. Dieses geschieht dadurch, daß der Sperrring 70 in eine Stellung gedrückt wird, in der es möglich ist, die Welle 40 zu drehen, die Ansätze 55 und die Nuten 53 auszurichten und die Welle 40 von dem Regelstabbündel 35 abzuziehen. Die Fülkammerteile 28 können dann ausgebaut werden und die Neubeschickung des Reaktorkerns 14 kann eingeleitet werden.