DE3026373A1

DE3026373A1 - Vorrichtung mit zahnstange und zahnrad zur senkrechten verschiebung einer neutronen absorbierenden anordnung in einem reaktorkern

Info

Publication number: DE3026373A1
Application number: DE19803026373
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1979-07-11
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE3026373C2; FR2461334A1; US4369161A; FR2461334B1

Description

FRAMATOME
924oo Courbevoie, Frankreich

Vorrichtung mit Zahnstange und Zahnrad zur senkrechten-Verschiebung einer Neutronen absorbierenden Anordnung

in einem Reaktorkern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Kernreaktoren erfolgen die Leistungsregelung und die Notabschaltung des Kernreaktors im allgemeinen durch Einführen " von Kontrollstaben in den Innenraum des Reaktorkerns. Diese Kontrollstäbe bestehen aus Rohren, die ein Neutronen stark
absorbierendes Material einschliessen.

Die Leistungsregelung erfolgt durch allmähliches Verschieben

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der Kbntrollstäbe zur Vergrösserung von deren Einführung in den Reaktorkern, wenn die Leistung vermindert werden soll, oder dagegen durch Verschiebungen im Hinblick auf eine Verminderung der Einführung der Kontrollstäbe, wenn die Leistung erhöht werden soll.

Diese Verschiebungen der ausgehend vom Oberteil des Reaktorkerns senkrecht eingeführten Kontrollstäbe erfolgen im ersteren Fall nach unten und im letzteren Fall nach oben.

Für den Fall, dass die Notabschaltung ausgelöst wird, wird ein Herabfallen der Kontrollstäbe unter ihrem Eigengewicht bis zu ihrer maximalen Eingriffstellung im Reaktorkern herbeigeführt.

Die Verschiebungen der Kontrollstäbe erfolgen im allgemeinen durch Vorrichtungen im Oberteil des Kernreaktors, die mit einer Kontrollstange in Eingriff stehen, die die Kontrollstäbe nach oben in eine vom Reaktorkern entfernte Zone verlängert. Es wurde bereits in Betracht gezogen, mit den Kontrollstangen in Längsrichtung hierzu angeordnete Zahnstangen zu verbinden, die entweder in die Kontrollstange unmittelbar eingearbeitet oder daran befestigt sind, zur Bewegung der Kontrollstäbe durch Drehen eines Zahnrads , das mit der mit dem Kontrollstab verbundenen Zahnstange in Eingriff steht.

Diese Vorrichtungen mit Zahnrad und Zahnstange können im Verlauf der Steuerung des Kernreaktors genaue Bewegungen der Kontrollstäbe ausführen, wenn das Zahnrad genau gesteuert angetrieben wird. Die Kontrollstäbe können auch in einer genauen Stellung ausgehend von dem Augenblick stillgesetzt werden, in dem das Zahnrad drehfest gehalten werden kann. Dies setzt einen geeigneten Motorantrieb des die Zahnstange antreibenden Zahnrads voraus, wobei die das Zahnrad antreibende Einrichtung mit einer Steuerung verbunden ist, die eine Ausführung der Verschiebungen der Kontrollstäbe in der einen und anderen Richtung in Bewegungen mit genau definierter

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Amplitude ermöglicht.

Zum Auslösen der Notabschaltung muss jedoch die Zahnstange von ihrem Antrieb gelöst werden, um das Herabfallen der Kontrollstäbe durch ihr Eigengewicht nicht zu behindern.

Zur Ermöglichung dieser Notabschaltungen wurden Vorrichtungen zum schrittweisen Antreiben des Zahnrads vorgeschlagen, die eine stellungsmässige Festlegung und eine Freigabe des Zahnrads im Augenblick der Notabschaltung ermöglichen.

Derartige mit Klinken arbeitende Vorrichtungen sind jedoch komplex, wobei ihr Betrieb völlig diskontinuierlich erfolgt.

Es wurden ebenfalls Eingriffs- und Freigabesysteme für das Zahnrad vorgeschlagen, die eine Freigabe der Zahnstange im Augenblick der Notabschaltung ermöglichen. Derartige Vorrichtungen setzen jedoch eine bewegliche Lagerung des Zahnrads voraus, was die Vorrichtung verkompliziert und ihren Betrieb weniger sicher macht.

Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung dieser Nachteile und die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die genaue Bewegungen der Kontrollstäbe ermöglicht in Verbindung mit einer Stillsetzung der Kontrollstäbe in genau definierten Stellungen und einem Herabfallen der Kontrollstäbe für die Notabschaltung des Kernreaktors, gesteuert durch eine einfache Vorrichtung, die das Aussereingriffbringen des Zahnrads und der Zahnstange vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranoprüche.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt der Vorrichtung mit Zahnrad und Zahnstange zur Verschiebung der Kontrollstäbe ;

Fig. 2 einen Schnitt A-A von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein zylindrisches Gehäuse 1, das eine Vorrichtung zur Verschiebung von Eontrollstäben uraschliesst, die mit senkrechter Achse am Oberteil eines Eeaktorbehälters angeordnet ist. Das Gehäuse von kräftiger Dicke widersteht dem Druck und steht über sein Unterteil mit dem Innenraum des Reaktorbehälters in Verbindung.

Das Gehäuse 1 ist an seinem in Fig. Λ nicht dargestellten Oberteil dicht abgeschlossen.

Eine in Achsrichtung des Gehäuses 1, das heisst mit ihrer Achse senkrecht, angeordnete Kontrollstange 2 ist an ihrem in Fig. 1 nicht dargestellten Unterteil mit dem Oberteil eines Kontrollstabs vereinigt, der bei seinen senkrechten Bewegungen mit der Kontrollstange fest verbunden ist.

Auf einem Teil des Kontrollstange ist in Längsrichtung eine Zahnstange 3 eingearbeitet.

Mit der Zahnstange steht ein Zahnrad 5 in Eingriff, dessen Achse zur Achse der Kontrollstange senkrecht ist.

Die Zahnstange nimmt eine solche Länge der Kontrollstange ein, dass das Zahnrad 5 die Kontrollstange mittels der mit ihr im Eingriff stehenden Zahnstange nach oben bis zu der Stellung der Kontrollstange verschieben kann, die der maximalen Ausziehstellung des Kontrollstabs entspricht.

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Die Zahnstange ist an der Kontr^llstpnge nach, oben auf einer ausreichenden Länge derart ausgearbeitet, dass das Zahnrad mit der Zahnstange in Eingriff bleibt, wenn sich der Kontrollstab in seiner maximalen Einfahrstellung befindet, z. B. bei einer Notabschaltung.

Das Zahnrad 5 bleibt unabhängig von der senkrechten Stellung der Kontrollstange 2 ständig in Eingriff mit der Zahnstange 3·

Gemäss Fig. 1 und 2 ist das Zahnrad 5 auf einer Welle lose gelagert, die ihrerseits in einem Träger 8 für die Verschiebevorrichtung des Kontrollstabs zum Beispiel durch zwei Wälzlager 9 und 10 drehbar gelagert ist.

Das Zahnrad 5 ist auf der Welle 7 durch Wälzlager 11 und 12 lose gelagert, deren Innenringe mit der Welle 7 fest verbunden sind. Auf diese Weise behält das Zahnrad 5 eine feste Stellung gegenüber der Zahnstange 3, wobei die Welle 7 durch einen Anschlag 14 und die Rückseite eines Kegelzahnrads 15 axial festgelegt ist, wobei der Anschlag 14 und das Kegelzahnrad 15 mit der Welle 7 fest verbunden sind.

Das Kegelzahnrad 15 steht seinerseits in Eingriff mit einem Kegelzahnrad 16, das mit einer Welle 18 fest verbunden ist, die im Träger 8 drehbar gelagert und an ihren dem Kegelzahnrad 16 entgegengesetzten Ende mit einem Zahnrad 19 fest verbunden ist.

Das Zahnrad 19 ist drehfest mit einem Ring 20 verbunden, der mit dem Ausgang eines Untersetzungsgetriebes 21 verbunden ist, dessen Eingang mit dem angetriebenen Teil einer in Fig. 1 nicht gezeigten Magnetkupplung verbunden ist. Die Antriebsvorrichtung für den Antrieb der Welle 7 durch die Magnetkupplung des Untersetzungsgetriebes und die beschriebene Anordnung von Zahnrädern besteht aus einem ausserhalb des Gehäuses 1 gelegenen Dreiphasenmotor, der bei fehlender Speisung eine Stellungsfestlegung ausführt.

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Der Dreiphasenmotor für den Antrieb überträgt seine Drehbewegung auf den getriebenen Teil der Magnetkupplung über das Gehäuse 1, das daher völlig dicht und gegenüber der Aussenumgebung isoliert bleibt.

Wenn der Dreiphasenmotor in Drehung versetzt ist, überträgt sich die Drehbewegung auf die Welle 7₅ die solange in Bewegung bleibt, wie der Dreiphasenmotor gespeist wird, und die sich in ihrer Stellung festlegt, wenn der Dreiphasenmotor nicht mehr gespeist wird.

Gemäss Pig. 2 enthält die Welle 7 auf einem Teil ihrer Länge Nuten 24-, wobei eine als Antriebsrad 25 ausgebildete Mitnahmevorrichtung auf ihrer Innenbohrung entsprechende Nuten aufweist.

Das Antriebsrad 25 ist derart auf die Welle 7 gesetzt, dass es mit dieser drehfest verbunden, jedoch in axialer Sichtung verschiebbar ist.

Das Antriebsrad 25 ist derart auf die Welle 7 gesetzt, dass seine Vorderseite während der Vorwärtsverschiebung des Antriebsrads 25 mit der Rückseite 27 des Zahnrads 5 in Berührung kommt, deren axiale Stellung auf der Welle 7 feststeht.

Die Vorderseite .26 des Antriebsrads 25 und die Rückseite 27 des Zahnrads 5 haben entsprechende Klauen, die am Bewegungsende in Eingriff kommen.

Auf diese Weise sind die Welle 7? das Antriebsrad 25 und das Zahnrad 5 drehfest verbunden, wenn das Antriebsrad 25 sich gemäss Pig. 2 in seiner vorderen Stellung befindet.

Ein Lenker 30 ist über eine Achse 31 am Träger 8 der Verschiebevorrichtung für die Kontrollstäbe angelenkt, wobei eines seiner Enden am Unterteil einer Betätigungshülse 32 angelenkt ist, die zur Kontrollstange 2 koaxial ist und sich

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bis zum Oberteil der Kontrollvorrichtung fortsetzt.

Gemäss Fig. 1 wird die Betätigungshülse 32 in ihrer oberen Stellung durch eine nicht gezeigte Magnetspule gehalten, die am Oberteil der Vorrichtung angeordnet ist und auf ein mit dem Unterteil der Betätigungshülse 32 verbundenes magnetisches Teil wirkt.

Die Betätigungshülse 32 ist an ihrer Basis mit einem Betätigungsring 34- verbunden, an dem bei 35 einer der Arme des Winkelhebels oder Lenkers 30 angelenkt ist, dessen anderes Ende durch eine Betätigungsgabel gebildet wird, die über zwei Rollen 37 und 38 mit dem Antriebsrad 25 in Eingriff steht.

Die Betätigungshülse hält in ihrer in Fig. 1 dargestellten oberen Stellung das Antriebsrad 25 durch den Lenker 30 in der vorgeschobenen Stellung gemäss Fig. 1 und 2. In dieser Stellung ist die Verzahnung der Vorderseite des Antriebsrads 25 in Eingriff mit der Verzahnung der Rückseite des Zahnrads 5 der Zahnstange.

Solange die Magnetspule zum Halten der Betätigungshülse 32 in der oberen Stellung gespeist wird, stehen das Zahnrad 5 in mechanischer Verbindung mit dem Antriebsrad 25 und die Welle 7 itt mechanischer Verbindung mit der Drehantriebseinrichtung.

In dieser Stellung kann der Kontrollstab somit dadurch verschoben werden, dass eine gesteuerte Drehung des Zahnrads durch den Dreiphasenmotor und die gesamte beschriebene kinematische Kette erfolgt.

Ebenfalls kann der Kontrollstab in seiner Stellung gehalten werden, da der Dreiphasenmotor gegen Drehung verriegelt ist, wenn er nicht gespeist wird. Durch Steuerung der Speisung des Dreiphasenmotors kann somit jede Verschiebung und jedes

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Instellunghalten des Eontrollstabs erfolgen.

Wenn die Speisung der Haltespule in der oberen Stellung der Betätigungshülse 32 unterbrochen wird, fällt diese durch ihr Eigengewicht nach unten und nimmt den Lenker 30 drehend mit, so dass die Gabel 36 das Antriebsrad nach hinten mit nimmt und somit die Mitnahmezähne der Teile 5 und 25 ausser Eingriff stehen.

Das auf der Achse 7 lose gelagerte Zahnrad 5 hält dann die Zahnstange 3 und den Kontrollstab 2 nicht mehr in ihrer Stellung, der durch sein Eigengewicht herabfallen kann, bis er zusammen mit der mit ihm verbundenen Kontrollstange 2 in seine maximale Einsetzstellung im Reaktorkern gelangt.

Man kann somit die Notabschaltung des Kernreaktors durch Unterbrechen der Speisung der Magnetspule für das Halten der Betätigungshülse 32 in ihrer Stellung erzielen, was besonders einfach und schnell ist.

Die Kontrollstange 2 wird während aller ihrer Bewegungen durch Rollen 40 -und 41 geführt, die auf mit dem Träger 8 fest verbundenen Achsen lose gelagert sind.

Die Hauptvorteile der Erfindung liegen in der Yerwendung einer "Vorrichtung mit Zahnrad und Zahnstange zur Verschiebung eines Kontrollstabs in eineffl· Reaktor während dessen Steuerung in Verbindung mit dem Halten des Kontrollstabs in seiner Stellung, wobei das Auslösen einer Notabschaltung extrem sicher und einfach dadurch möglich ist, dass eine Betätigungshülse freigegeben wird, die unter ihrem Eigengewicht herabfällt.

Auf diese Weise ergeben sich alle Vorteile der Vorrichtung mit Zahnrad und Zahnstange, die Verschiebungen des Kontrollstabs mit einer kontinuierlichen Bewegung und ohne Stoss in Verbindung mit einer genauen Festlegung auf jeder Höhe des Hubs des Kontrollstabs ermöglicht, wobei diese Vorrichtung innerhalb

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des über dem Reaktor angeordneten Gehäuses einen geringen Platzbedarf hat.

Andererseits ist die Montage der Steuervorrichtung mit Zahnrad und Zahnstange innerhalb des über dem Reaktorbehälter befindlichen Gehäuses besonders einfach und benötigt keine genaue Drehpositionierung der Vorrichtung gegenüber dem Kontrollstab.

Andererseits bleibt das Zahnrad 5 nach einer Notabschaltung in Eingriff mit der Zahnstange 3, so dass zum Zurückstellen der Vorrichtung zur Verschiebung des Kontrollstabs in Betrieb sstellung genügt, die Betätigungshülso 32 durch Speisen der Magnetspule zurückzuführen und den Dreiphasenmotor für das Anheben des Kontrollstabs und jede weitere abschliessende Verschiebung zur Steuerung des Reaktors zu speisen.

Andererseits kann die Notabschaltung sehr leicht und sicher erfolgen. Zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung kann der Betätigungshülse 32 eine Rückstellfeder zugeordnet werden, die zur Verstärkung der Gewichtswirkung für die Rückführung der Betätigungshülse 32 in ihre untere Stellung dient.

Für den Fall, dass ein Antriebsmotor zum Drehen der Vorrichtung mit Zahnrad verwendet wird, der durch Unterbrechung seiner Speisung in Drehrichtung blockiert, erfolgt das Instellunghalten des Kontrollstabs ohne Energieverbrauch mit Ausnahme der Energie zur Speisung der Magnetspule zum Halten der Betätigungshülse in der oberen Stellung.

Wenn andererseits für das Durchqueren der Wand des Gehäuses des Mechanismus eine Magnetkupplung, z. B. eine Vorrichtung mit Permanentmagnet verwendet wird, die das Motordrehmoment durch das dichte Gehäuse 1 synchron und mit hohem Wirkungsgrad überträgt, wird somit eine automatische Begrenzung der

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auf den Kontrollstab ausgeübten Kräfte gewährleistet, da im Fall von zu hohen Kräften ein Lösen zwischen den treibenden und getriebenen Teilen der Magnetkupplung erfolgt.

Anstatt eines Dreiphasenmotors, der bei Strommangel ein Blockieren in seiner Stellung ausführt und für die Durchquerung des Gehäuses mit einer Magnetkupplung verbunden ist, kann jede Art von Motorbremse in Verbindung mit einem mechanischen Drehdurchtritt verwendet werden, die eine Übertragung der Bewegung auf den Innenraum des dichten Gehäuses ermöglicht.

Ebenfalls denkbar ist die Anwendung eines Schrittmotors mit versenktem Rotor (oder mit Spaltrohr) für den Motorantrieb der Antriebsvorrichtung für den Kontrollstab.

Schliesslich findet die Erfindung bei allen Kernreaktoren Anwendung, bei denen eine Leistungssteuerung und eine Notabschaltung durch senkrechte Verschiebung einer Neutronen absorbierenden Anordnung erfolgt, die mehr oder weniger tief in den Reaktorkern eingesetzt werden kann.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentanwälte

8.Q0.Q München 22 = Stejnsdorfstr. 10

11. Juli 198o

Ansprüche

1» Vorrichtung mit Zahnstange und Zahnrad zur senkrechten Verschiebung einer Neutronen absorbierenden Anordnung in einem Kernreaktor zur Leistungssteuerung und Notabschaltung des Kernreaktors,

- mit einem senkrechten Kontrollstab, dessen Unterteil mit der Neutronen absorbierenden Anordnung verbunden ist und dessen Oberteil eine in Längsrichtung des Kontrollstabs verlaufenden Zahnstange und ein von einer Antriebsvorrichtung angetriebenes Zahnrad aufweist, das mit der Zahnstange in Verbindung steht zur Verschiebung der Zahnstange und der Neutronen absorbierenden Anordnung in der einen und anderen Richtung,

dadurch gekennzeichnet ,

- dass das ständig mit der Zahnstange (3) in Eingriff stehende Zahnrad (5) auf einer Welle (7) drehbar gelagert ist, die mit der Antriebsvorrichtung zur Drehung des Zahnrads (5) verbanden und senkrecht zum Kontrollstab (2) angeordnet ist,

- dass eine mit der Welle (7) fest verbundene Mitnahmevorrichtung (25) auf der Welle (7) verschiebbar ist zwischen einer ausgekuppelten Stellung, in der die Mitnahmevorrichtung (25) und das Zahnrad (5) voneinander entfernt sind, und einer eingekuppelten Stellung, in der das Zahnrad (5) und die Mitnahmevorrichtung (25) in Berührung gebracht und durch eine mechanische Einrichtung verbunden sind, die die Drehung der Welle (7) auf das Zahnrad (5) überträgt, und

- dass die Verschiebebewegung der Mitnahmevorrichtung (25) in axialer Richtung der Welle (7) durch einen Lenker (30) gesteuert wird, der mit einem senkrecht verschiebbaren Betätigungsorgan (32) verbunden ist,

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das vom Oberteil der Vorrichtung aus bedienbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass das Betätigungsorgan für den Lenker (30) durch eine zum Kontrollstab (2) koaxiale Hülse (32) gebildet ist, die an ihrem Oberteil mit einem magnetischen Teil verbunden ist und von einer Magnetspule in der oberen Stellung gehalten wird, in der der Lenker (30) die KLtnahmevorrichtung (25) in der eingekuppelten Stellung hält,

- wobei eine Stromunterbrechung der Magnetspule das Herabfallen der Hülse (32) und eine Verschiebung des Lenkers (30) sowie der Mitnahmevorrichtung (25) verursacht zur Erzielung der BOtabschaltung und des Herabfallens des Eontrollstabs (2) durch sein Eigengewicht.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- dass eine Rückstellfeder mit der steuernden Hülse (32) zu deren Rückstellung in die untere Stellung verbunden ist, in der der Lenker (30) die Mitnahmevorrichtung -(25)in die ausgekuppelte Stellung zurückführt.

4„ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet^

- dass die Antriebsvorrichtung aus einem Dreiphasenmotor besteht, der bei Stromausfall ILn seiner Stellung durch eine Bremse festgestellt wird, die sich ausserhalb eines dichten Gehäuses befindet, das mit dem Reaktorbahälter in Verbindung steht und den aus der Zahnstange (3) und dem Zahnrad (5) bestehenden Mechanismus umschliesst, und

- dass der Dreiphasenmotor zur Übertragung der Drehbewegung auf den Mechanismus (3, 5) mit einer einen Permanentmagnet aufweisenden Magnetkupplung (2) verbunden ist.

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