-
Beschreibung
-
zum Patentgesuch "Einrichtung zum Anheben einer Vielzahl von Steuerstäben
eines Kernreaktors" Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Anheben einer Vielzahl
von sich vertikal erstreckenden Steuerstäben aus einem Kernreaktor gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
-
Beim Betrieb von Kernkraftwerken ist es üblich, jährlich wenigstens
ein Drittel der Brennstoffeinheiten in einem Kernreaktorkern zu entfernen und zu
ersetzen. Dies wird zwangsläufig durchgeführt, wenn der Reaktor abgeschaltet ist.
Diese Brennstoffergänzung führt daher zu einem beträchtlichen Betriebsausfall, da
nicht nur kein Strom für den eigenen Bedarf und für andere Verbraucher erzeugt wird,
sondern vielmehr sogar die Notwendigkeit besteht, Fremdstrom für den eigenen Verwendungszweck
zu kaufen.
-
Um die Kernbrennstoffeinheiten aus dem Kern entfernen und ersetzen
zu können, ist es notwendig, alle Hindernisse oberhalb des Kerns einschließlich
des Reaktordruckkesseldeckels, der Steuerstabantriebseinrichtungen und anderer darüber
befindlicher Trägereinrichtungen und auch die Schutzummantelungen und Rohranordnungen,
die in einigen Reaktoren vorhanden sind, zu entfernen. Hebeeinrichtungen dienen
gewöhnlich
zum Entfernen dieser Einrichtungen. Zusätzlich umfaßt
das übliche Verfahren das Entfernen aller Steuerstäbe aus dem Kern vor der Brennstoffergänzung
nach dem Borieren des Kühlungsmittels in dem Kern, um einen kritischen Zustand zu
vermeiden. Je länger diese einzelnen Schritte dauern, desto länger ist der Ausfall
bei der Brennstoffergänzung und desto größer sind die Einnahmeverluste.
-
Es besteht daher ein Bedarf nach Einrichtungen, mit denen diese Schritte
so schnell wie möglich und fehlerfrei vorgenommen werden können. Bisher war es üblich,
daß ein Bedienungsmann jeden der Kontrollstäbe einzeln handhabte und entweder die
Kontrollstäbe nacheinander entfernte oder einzeln jeden Kontrollstab an einer Befestigungseinrichtung
an der Bodenplatte einer Hebeeinrichtung befestigte.
-
Dies ist nicht nur arbeitsintensiv und zeitaufwendig, sondern führt
auch darzu, daß das Personal in dem Kraftwerk einer beträchtlichen radioaktiven
Strahlung ausgesetzt wird, was wünschenswerterweise minimalisiert bzw. falls möglich
völlig ausgeschaltet werden sollte.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der die Steuerstäbe automatisch aus dem Kern entfernt
werden können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des
Anspruchs 1 gelöst.
-
Eine derartige Einrichtung ermöglicht es, die Einrichtung abzusenken,
bis jeder Kontrollstab in seine entsprechende Verriegelungseinrichtung eingesetzt
ist, an welcher Punkt jeder Kontrollstab automatisch durch die entsprechende Verriegelungseinrichtung
ergriffen wird, wonach die Einrichtung bezüglich des Kerns angehoben wird, wodurch
alle Steuerstäbe aus dem Kern entfernt werden.
-
Diese vereinfachte Entfernung der Steuerstangen wird durch Selbstverriegelungseinrichtungen
ermöglicht, die einfach und durch Fernbedienung nach Durchführung des Heraushebens
der
Steuerstäbe entriegelt werden können. Jeder der Verriegelungseinrichtungen kann
aus einem Paar von konzentrischen Zylindern bestehen, von denen einer lösbar an
der Oberseite der Grundplatte der Einrichtung zum Anheben durch einen Flansch befestigt
sein kann, während sich der andere von dem ersten abwärts erstreckt. Die Zylinder
sind dann relativ gegeneinander beweglich und können an ihren unteren Enden durch
eine Vielzahl von angelenkten Verriegelungsteilen überbrückt sein, die jeweils mit
jedem der Zylinder schwenkbar verbunden sind. Die Verriegelungsteile können schwenkbar
aus einer Eingriffsstellung mit einem Kopf am oberen Teil des Steuerstabes beweglich
sein. Eine Relativbewegung zwischen dem Zylinderpaar bewirkt, daß die Zylinder die
Verriegelungsteile aus ihrer sich radial einwärts erstreckenden Stellung in eine
angehobene radial zurückgezogene Stellung schwenken, in der die Steuerstäbe freigegeben
werden. Ferner können Mittel vorgesehen sein, um eine relative Bewegung zwischen
den Zylindern zu bewirken, wenn ein Entriegeln gewünscht wird.
-
Die Mittel können hydraulisch, pneumatisch, magnetisch, mechanisch
oder von irgendeiner anderen geeigneten Art sein, um ein Entriegeln über Fernbedienung
zu bewirken.
-
Wenn die Einrichtung mit den Verriegelungseinrichtungen über das
obere Ende der Steuerstäbe abgesenkt wird, läuft das obere Ende des Steuerstabes
durch die Verriegelungsteile hindurch, so daß die Verriegelungsteile und der innere
Zylinder momentan vertikal stationär gehalten werden, während der äußere Zylinder
weiterhin abwärts bewegt wird. Hierdurch wird bewirkt, daß die Verriegelungsteile
in eine Schräglage geschwenkt werden, in der die innen liegenden Enden der Verriegelungsteile
radial auswärts bewegt sind, wodurch das Kopfende des Steuerstabes in Aufwärtsrichtung
hindurchtreten kann.
-
Nachdem der Kopf des Steuerstabs hindurchgetreten ist, bewegen sich
die Verriegelungsteile unter dem Einfluß der Schwerkraft wieder in ihre sich radial
einwärts erstreckende Verriegelungsstellung, wodurch der Steuerstab automatisch
ergriffen wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den beigefügten Abbildungen
dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht und teilweise weggebrochen ein Kernreaktorgefäß
mit den oberen Enden der Steuerstäbe und die Anordnung einer Einrichtung zum Ergreifen
und Anheben hiervon, Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Verriegelungseinrichtung
längs der Linie 2-2 von Fig. 1, teilweise weggebrochen, Fig. 3 bis 5 zeigen im Schnitt
eine Verriegelungseinrichtung der Einrichtung zum Anheben der Steuerstäbe in verschiedenen
Betriebszuständen, Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 4.
-
Der Kernreaktor 10 gemäß Fig. 1 besteht aus einem Reaktorkern 12,
der gestrichelt dargestellt ist, in einem Druckgefäß, von dem der Deckel entfernt
wurde. Bekannterweise werden die meisten Kernreaktoren durch neutronenabsorbierende
Steuerstäbe gesteuert, die entsprechend in den Kern eingeführt bzw.
-
herausgeführt werden. Die Steuerstäbe 22 sind gewöhnlich zu einer
Gruppe zusammengefaßt, eine sogenannte Steuerstabanordnung 20, wozu ein verbindendes
Tragkreuz 24 verwendet wird.
-
Bei wenigstens einer Ausführungsform eines Kernreaktors dringen die
einzelnen Steuerstäbe 22 in den Kern durch Führungsrohre 38 der einzelnen Brennstoffanordnungen
ein und werden über dem Reaktorkern gegenüber durch auf sie ausgeübte Kräfte durch
das quer hierzu schließende Kühlmittel, denen sie sonst ausgesetzt wären, durch
eine Röhrenanordnung 14 geschützt, die aus einer oberen und einer unteren Rohrplatte
dur besteht, die durch dazwischen angeordnete Rohre verbunden sind, durch die die
einzelnen Steuerstäbe 22 verlaufen Normalerweise besitzt die Steuerstabanprdnung
20 ferner einen Ansatz 28, der in einem oberen Kopf 26 endet, der von einer (nicht
dargestellten) Antriebseinrichtung für die Steuerstäbe 22 ergriffen
werden
kann. Erfindungsgemäß wird unter einem "Steuerstab" nicht nur ein einzelnes Steuerstabelement
22, sondern auch eine Gruppe hiervon, die durch ein Kreuz 24 mit einem daran befindlichen
Ansatz 28 verbunden sind, verstanden, d.h. daß hierunter alle Steuerstabanordnungen
verstanden werden, die nach Abkupplung der Steuerstabantriebseinrichtung verbleiben
und entfernt werden müssen.
-
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, erfordert der Zugang zu den einzelnen
Brennstoffeinheiten, die den Kern 12 des Reaktors ausmachen, das vollständige Entfernen
der Rohranordnung 20. Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 30, die zu diesem Zweck vorgesehen
ist und aus einer Platte 32 besteht, die an Trägerstreben 34 aufgehängt ist und
mit diesen in vertikaler Richtung bewegt wird. Die Platte 32 umfaßt eine Vielzahl
von kreisförmigen Öffnungen 36 (s. Fig. 3 und 5), durch die die Steuerstabverriegelungseinrichtungen
40 gleitend eingesetzt sind.
-
Die Verriegelungseinrichtungen 40 bestehen jeweils aus einem Paar
von sich abwärts erstreckenden konzentrischen Zylindern 50 bzw. 60, wobei der Zylinder
50 den Zylinder 60 umgibt. Der Zylinder 50 besitzt einen oberen Flansch 58, der
größer als der Durchmesser der Öffnung 36 in der Platte 32 und an der Platte 32
mit Hilfe von Bundbolzen 42 befestigt ist. Der Zylinder 60 umfaßt einen oberen Flansch
68, dessen Durchmesser größer als die größte Öffnung 36 in der Platte 32 und der
Durchmesser des Flansches 58 des Zylinders 50 ist. Der Flansch 68 besitzt eine Vielzahl
von Positionieröffnungen 62, durch die sich die Bundbolzen 42 erstrecken.
-
Auf diese Weise orientieren die Bundbolzen 42 den Zylinder 60 und
den Flansch 68 gegenüber dem Zylinder 50 und dem Flansch 58. Die Bundbolzen 42 ermöglichen
es ferner, dem Zylinder 60 und seinem Flansch 68, sich axial auf- und abwärts zu
bewegen, wobei die oberste axiale Position durch die Kopfhöhe der Bundbolzen 42
bestimmt wird.
-
Der Zylinder 50 besitzt ferner an seinem unteren Ende einen sich
einwärts erstreckenden Ring 51, der den Durchmesser des inneren Durchgangs 80 des
unteren Teils des Zylinders 50 zu einem Durchmesser verengt, der wenig größer als
der Durchmesser des sich aufwärts erstreckenden Teils der Steuerstange 22 ist. Der
Ring 51 besitzt eine nach einwärts und auswärts abgeschrägte Fläche 48, die zur
Führung des Kopfes 26 des Ansatzes 22 in den inneren Durchgang 80 der Verriegelungseinrichtung
40 dient. Der Ring 51 besitzt ferner eine nach oben gerichtete Schulter 52 zum Abstützen
von Verriegelungsteilen 70 in horizontaler Position für die Steuerstange.
-
Der Zylinder 50 besitzt ferner eine Vielzahl von am Umfang mit Abstand
zueinader angeordneten Öffnungen 56, die sich durch die Zylinderwand erstrecken
und in denen ein längliches Verriegelungsteil 70 mit einem Ende aufgenommen ist.
Das Verriegelungsteil 70 ist schwenkbar an dem Zylinder 50 mit Hilfe eines Paßstifte
72 angelenkt, der in einem zylindrischen Durchgang 54 in dem Zylinder 50 befestigt
ist (vgl. Fig. 6). Auf diese Weise kann das Verriegelungsteil 70 aus einer im wesentlichen
horizontalen Stellung, in der sich das freie Ende seitlich in den Zylindrischen
Durchgang 80 erstreckt, in eine vertikal aufwärts gerichtete seitlich zurückgezogene
Position geschwenkt werden, in der das freie Ende des Verriegelungsteils 70 aus
dem zylindrischen Durchgang 80 entfernt ist.
-
Der Zylinder 60 innerhalb des Zylinders 50 besitzt an seinem unteren
Ende einen verringerten Durchmesser, so daß er in den verengten Teil des Zylinders
50 horizontal benachbart zur Stellung der Paßstifte 72 paßt. Die Zylinder 60 besitzen
ebenfalls Öffnungen oder Verriegelungsschlitze 66, durch die sich ein Verriegelungsteil
70 in das Innere des zylindrischen Durchgangs 80 der Verriegelungseinrichtung 40
erstrecken kann. Entsprechend dem Zylinder 50 umfaßt der
Zylinder
60 ebenfalls eine Vielzahl von Befestigungstiften 74 in Bohrungen 64, die zum Schwenken
und zum gleitenden Eingriff mit dem zweiten Ende des Verriegelungsteils 70 dienen.
Der gleitende Eingriff wird über ein Langloch 76 im Bereich des innen liegenden
Endes des Verriegelungsteils 70 bewirkt Hierdurch bewirkt eine vertikale Aufwärtsbewegung
des Zylinders 60, daß das innere Ende des Verriegelungsteils 70 durch den Stift
74 in dem Langloch 76 angehoben und derart verschwenkt wird, daß das innere Ende
des Verriegelungsteils 70 aus seiner horizontalen, sich einwärts in den zylindrischen
Durchgang 80 erstreckenden Stellung in eine halbvertikale zurückgezogene Stellung
gebracht wird.
-
Wenn die Platte 32 in eine Stellung zum Ineingriffbringen mit den
Steuerstäben 22 abgesenkt wird, werden die Köpfe 26 der Steuerstäbe 22 durch die
abgeschrägte Fläche 48 in dem inneren Durchgang 80 der Verriegelungseinrichtung
40 geführt. Beim weiteren Absenken kommt der obere Teil des Kopfes 26 in Kontakt
mit der Unterseite der sich in den Durchgang 89 80 erstreckenden Verriegelungsteile
70, so daß die Verriegelungsteile 70 gezwungen werden, aufwärts und aus dem Durchgang
80 herauszuschwenken, so daß der Kopf 26 hindurchtreten kann. Die Bewegung der Verriegelungsteile
70 in dieser Wiise bewirkt, daß der innere Zylinder 60 zeitweilig stationär bleibt,
während sich der äußere Zylinder 50 weiter abwärts bewegt. Nachdem der Kopf 26 vollständig
an den Verriegelungsteilen 70 vorbeigelaufen ist, bewirkt das Gewicht des inneren
Zylinders 60, daß dieser zusammen mit den Verriegelungsteilen 70 in ihre untere
horizontale Stellung zurückfallen, in der die Verriegelungsteile 70 sich erneut
in den Durchgang 80 hineinerstrecken, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Ein nachfolgendes
Anheben der Einrichtung 30 bewegt die aufwärts gerichteten Lagerflächen 78 der sich
horizontal erstreckenden Verriegelungsteile 70 in Eingriff mit der unteren Eingriffsfläche
des Kopfes 26.
In dieser Stellung, in der die Steuerstange ergriffen
ist, wird das Verriegelungsteil 70 durch die aufwärts gerichtete Schulter 52 des
Rings 51 abgestützt, so daß eine weitere Aufwärtsbewegung der Einrichtung 30 bewirkt,
daß der Steuerstab 22 angehoben wird.
-
Nachdem der Steuerstab 22 ergriffen und zum Entfernen aus dem Reaktorkern
angehoben ist, ist es manchmal wünschenswert, einen einzelnen Steuerstab zur Inspektion
und/oder zum Ersetzen aus der Einrichtung 30 zu entnehmen.Ferner ist es zusätzlich,
nachdem die Brennstoffergänzung stattgefunden hat, und die Steuer stäbe erneut in
den Reaktorkern eingesetzt wurden, notwendig, die Verriegelungseinrichtungen 40
von den Steuerstäben zu entriegeln, so daß die Einrichtung 30 entfernt werden kann,
während die Steuerstäbe in ihren Stellungen verbleiben, in der sie in den Reaktorkern
eingeführt sind.
-
Diese beiden Funktionen werden durch eine Einrichtung ermöglicht,
die es erlaubt, den Zylinder 60 relativ vertikal zu dem Zylinder 50 zu bewegen,
wodurch das Verriegelungsteil 70 aus seiner sich seitlich einwärts erstreckenden
Stellung in seine seitlich zurückgezogene Stellung zum Freigeben des Steuerstabes
geschwenkt wird. Während irgendwelche geeigneten Einrichtungen zur Erzielung der
Relativbewegung zwischen den Zylindern 50 und 60 vorgesehen sein können, besitzt
eine bevorzugte Ausführungsfrom einen aufblasbaren Ringschlauch 44, der um den Flansch
58 herum und zwischen der Platte 32 und dem Flansch 68 angeordnet ist. Der Ringschlauch
44 kann wahlweise durch ein Einlaßrohr 46 aufgeblasen werden, durch das Druckluft
einführbar ist. Bei dieser Ausführungsform können sämtliche verriegelungseinrichtungen
40 gleichzeitig entriegelt werden, indem gleichzeitig alle entsprechenden Ringschläuche
44 aufgeblasen werden. Alternativ kann irgendein Verriegelungsmechanismus 44 durch
selektives Aufblasen des entsprechenden Ringschlauches 44 entriegelt werden.
-
Eine derartige Einrichtung 30 besitzt somit selbstverriegelnde Verriegelungseinrichtungen
40 zum automatischen Verriegeln der Steuerstangen mit der Einrichtung 30, wenn diese
abgesenkt wird. Die Selbstverriegelung wird durch die Schwerkraft alleine bewirkt,
so daß keine zusätzlichen äußeren Leistungsquellen erforderlich sind. Ferner sind
die Verriegelungsteile derart angeordnet undbemessen, daß sie den Steuerstab in
der Verriegelungseinrichtung 40 selbst zentrieren, so daß die Möglichkeit eines
Klemmens oder Beschädigens der Verriegelungsteile 70 während der Betätigung vermieden
wird. Die Verriegelungseinrichtung 40 kann in einer verriegelten oder in einer unverriegelten
Position durch Verwendung einer einfachen Sicherungseinrichtung, eine Kniehebelzwingen-
oder Gleitbolzenanordnung gesichert werden. Schließlich kann ein einfacher Schalter
oder eine mechanische Anzeige vorgesehen sein, um eine positive Anzeige für den
verriegelten oder unverriegelten Zustand der Verriegelungseinrichtung zu liefern.
-
Leer seite