DE3043711C2

DE3043711C2 -

Info

Publication number: DE3043711C2
Application number: DE3043711A
Authority: DE
Inventors: Gordon Lymm Cheshire Gb Thatcher; Daniel Fraser Bowden Altrincham Cheshire Gb Davidson
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1979-11-21
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1989-11-02
Also published as: FR2476254B1; US4487739A; IT1129882B; FR2476254A1; JPS6324175B2; JPS5686253A; DE3043711A1; IT8068779A0

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kolbenstoßdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung eines solchen Kolbenstoßdämpfers in einem mit einem Flüssigmetall gefüllten Kern reaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Ein solcher Kolbenstoßdämpfer für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geht aus der GB-PS 8 36 045 hervor und weist einen Zylinder, einen in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben sowie eine bei einer Be wegung des Kolbens in dem Zylinder durch eine Drosselstelle strömen de Flüssigkeit auf, in der Wirbelströme erzeugbar sind.

Bei der Verdrängung der Flüssigkeit mittels des Kolbens durch die Drosselstelle werden die auftretenden Stoßkräfte "absorbiert" und dadurch gedämpft.

Ein ähnlicher Kolbenstoßdämpfer geht aus der CH-PS 4 85 962 hervor und soll bei der Stabilisierung einer Ziellinie eingesetzt werden.

Aus der DE-OS 18 13 849 geht ein hydraulischer Kolbenstoßdämpfer hervor, bei dem thixotropes Material verwendet wird; zur kontinuier lichen Ablesung eines Meßgerätes kann die Dämpfungswirkung zeit-, kraft- oder stromabhängig so eingestellt werden, daß Störfrequenzen, artfremde Schwingungsüberlagerungen und Eigenresonanzen nicht das Meßergebnis verfälschen. Dabei erzeugen Permanentmagnete ein schwaches Magnetfeld, um bei Nicht-Erregung der verwendeten Spule eine inhomogene Gemischbildung zu verhindern.

Schließlich wird in der GB-PS 14 44 238 die Verwendung eines hydrau lischen Kolbenstoßdämpfers in einen mit einem Flüssigmetall gefüll ten Kernreaktor mit einem oberhalb des Reaktorkerns auslösbar aufge hängten Neutronen-Absorberstab beschrieben; solche Neutronen-Absor berstäbe werden bei Gefahr in den Reaktorkern eingeführt, um die rasche Abschaltung des Kernreaktors zu gewährleisten.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei den bisher üblichen hydraulischen Kolbenstoßdämpfern die Drosselstelle nur relativ schmal und damit nicht groß genug ist, um Verformungen des Stoßdämpfers, etwa durch Bestrahlung hervorgerufenes Aufquellen des Materials, zuzulassen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen hydrauli schen Kolbenstoßdämpfer der angegebenen Gattung zu schaffen, der einerseits eine relativ breite Drosselstelle hat, so daß auch starke Verformungen von Kolben und/oder Zylindern die Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigen, der jedoch andererseits auch starke Stöße ab fangen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Auführungsformen werden durch die Merkmale der Unter ansprüche 2 und 3 definiert.

Schließlich ist der Anspruch 4 noch auf die Verwendung eines solchen hydraulischen Kolbenstoßdämpfers in einem mit einem Flüssigmetall gefüllten Kernreaktor mit einem oberhalb des Reaktorkerns aufge hängten Neutronen-Absorberstab gerichtet, wobei der Kolbenstoß dämpfer zumindest teilweise unterhalb des Reaktorkerns in das Flüssigmetall zur Aufnahme des Neutronen-Absorberstabes bei dessen Auslösung eingebettet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der Verwendung einer "magneto-hydrodynamischen Bremse", d. h., eine Magnetanordnung erzeugt im Bereich der Drosselstelle ein Magnetfeld, das senkrecht zur Strömungsrichtung elektrische Wirbelströme in der Flüssigkeit hervorruft; diese elektrischen Wirbelströme erzeugen wiederum der Strömung der Flüssigkeit entgegenwirkende, sich in Folge des inhomo genen Magnetfeldes zum Ende des Kolben-Hubes hin vergrößernde Kräfte, die ebenfalls der Kolbenentwirkung entgegenwirken und damit eine "Stoßdämpferfunktion" übernehmen.

Wenn gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 2 die Magnetanordnung in gegenseitiger Verlängerung in dem Zylinder angeordnete Dauermagnete aufweist, deren gleichnamige Pole aneinanderstoßen, so entsteht eine hohe Magnetflußdichte, und die auf die Magnetkräfte zurückzuführende Dämpfungskraft nimmt mit Annäherung des Kolbens an die aneinander stoßenden Pole fortlaufend zu.

Durch das Zusammenwirken von hydraulischer Stoßdämpfung einerseits und magnetischer Stoßdämpfung andererseits arbeitet ein solcher hydraulischer Kolbenstoßdämpfer zu Beginn der Verdrängung der Flüs sigkeit mit relativ hoher hydraulischer Dämpfung, während in der Endphase der Verdrängung der Flüssigkeit die Dämpfung im wesentli chen auf der magnetischen Dämpfung beruht, die sich mit abnehmender hydraulischer Dämpfung ständig erhöht, so daß insgesamt die Abbrem sung des Kolbens bei seiner Bewegung in dem Zylinder bei der Ver drängung der Flüssigkeit im wesentlichen konstant bleibt.

Da bei diesem hydraulischen Kolbenstoßdämpfer die übliche hydrauli sche Dämpfung noch durch eine magnetische Dämpfung ergänzt wird, ist die sonst kritische Breite der Drosselstelle nicht mehr so proble matisch; die Drosselstelle kann also durch einen relativ großen Spalt gebildet werden, so daß eine Verformung von Zylinder und/oder Kolben, wie sie beispielsweise bei Bestrahlungen auftritt, die Funktionsfähigkeit dieses hydraulischen Kolbenstoßdämpfers nicht be einträchtigen kann.

Bei der Verwendung eines solchen Kolbenstoßdämpfers in einem mit einem Flüssigmetall gefüllten Kernreaktor mit einem oberhalb des Reaktorkerns auslösbar aufgehängten Neutronen-Absorberstab macht sich diese im wesentlichen konstante Dämpfungs-Kennlinie ebenfalls vorteilhaft bemerkbar, da die Neutronen-Absorberstäbe während ihres gesamten Falls gleichmäßig abgebremst werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht eines hydraulischen Kolbenstoß dämpfers, und

Fig. 2 eine Schnittansicht eines mit einem Flüssigmetall gefüllten Kernreaktors.

Ein in Fig. 1 dargestellter hydraulischer Kolbenstoßdämpfer weist einen senkrecht angeordneten Kolben 1 aus rostfreiem Stahl mit einem überkopfstehenden, becherförmigen unteren Endstück 2 auf. Die Um fangswand 3 des Endstücks 2 findet Aufnahme in einem ringförmigen Hohlraum 4 eines an seinem unteren Ende geschlossenen Zylinders 5, der aus ferritischem Stahl besteht und zwei zylindrische Dauer magnete 7 enthält, die senkrecht übereinander mit ihren gleichnami gen Polen SS aneinanderstoßend angeordnet sind. Der ringförmige Hohlraum 4 wird durch die Wandung des Zylinders und die zylindri schen Dauermagnete 7 begrenzt. Das becherförmige Endstück 2 des Kolbens 1 weist eine Entlüftungsöffnung 8 auf; das obere Ende 9 der Dauermagnete 7 ist zu einer Eintrittsführung für den Kolben ausge bildet. Innerhalb des Zylinders 5 sind die Dauermagnete 7 durch eine Buchse 10 zentriert.

Beim Gebrauch ist der Kolbenstoßdämpfer in eine elektrisch leitende Flüssigkeit versenkt. Wird nun der Kolben 1 etwa durch ein fallendes Gewicht nach unten in den ringförmigen Hohlraum 4 verschoben, so wird die innerhalb des Kolben-Endstücks 2 vorhandene Flüssigkeit über zwei durch die Wandung des Kolbens 1, den Zylinder 5 und die Dauermagnete 7 begrenzte, koaxiale Ringdurchlässe 4 a, 4 b verdrängt, die als Drosselstelle dienen.

Bei der Verdrängung der Flüssigkeit durch die Drosselstellen 4 a, 4 b wird Energie absorbiert und dadurch die Bewegung des Kolbens 1 und des auf ihm lastenden Gewichtes abgebremst. Bei der Durchströmung des von den Dauermagneten 7 erzeugten Magnetfeldes entstehen in der Flüssigkeit in einer senkrecht zur Strömungsrichtung liegenden Ebene verlaufende elektrische Wirbelströme, die ihrerseits eine der Strö mung der Flüssigkeit entgegenwirkende Kraft hervorrufen. Da sich die Flußdichte zum Ende des Hubs hin erhöht, nimmt die magnetische Wir kung stetig zu, so daß der Kolben und das auf ihm lastende Gewicht durch eine Kombination von hydraulischer und magnetischer Dämpfung abgebremst werden; dabei nimmt die hydraulische Dämpfung während des Hubs des Kolbens stetig ab, während die magnetische Dämpfung zu nimmt. Auf diese Weise ist eine nahezu konstante Abbremsung des Kolbens 1 erzielbar.

Ein in Fig. 2 dargestellter Kernreaktor weist einen Hauptbehälter 23 mit einem Kühlmittel 22 in Form von flüssigem Natrium auf, in welchem ein Reaktorkern 21 versenkt ist. Der Hauptbehälter 23 ist an der Decke eines Schutzbauwerks 24 aufgehängt und enthält jeweils mehrere Kühlmittelpumpen 25 und Wärmetauscher 26, von denen jeweils nur eine bzw. einer dargestellt ist. Der Reaktorkern 21 ruht auf einem Tragwerk 27 und ist zusammen mit den Wärmetauschern 26 in einem Innenbehälter 28 angeordnet, während sich die das Kühlmittel dem Tragwerk 27 zuführenden Pumpen außerhalb des Innenbehälters be finden. Durch die Decke des Schutzbauwerks hindurch sind Steuerstäbe 30 und Instrumentenleitungen 31 geführt.

Beim Betrieb des Reaktors saugen die Pumpen 25 relativ kühles Kühl mittel aus dem den Innenbehälter 28 umgebenden Raum an und fördern es nach oben über das Tragwerk 27 in Wärmetauscherbeziehung damit durch den Reaktorkern 21. Anschließend durchströmt das Kühlmittel die Wärmetauscher 26 und gelangt dabei wieder in den Hauptbehälter. Von außerhalb des Schutzbauwerks wird ein sekundäres Kühlmittel in Wärmetauscherbeziehung zu dem Reaktor-Kühlmittel durch die Wärme tauscher 26 hindurch und anschließend zu einem (nicht gezeigten) Dampferzeuger zugeleitet.

Von ein Neutronen absorbierendes Material enthaltenden Absorber stäben 30 sind einige variabel in den Reaktorkern 21 einführbar, um eine stetige Kernreaktion aufrecht zu erhalten. Andere Stäbe, so genannte Abschaltstäbe, sind normalerweise außerhalb des Reaktor kerns 21 fixiert und werden in Notfällen schnell in den Reaktorkern 21 eingeführt, um den Reaktor schlagartig abzuschalten.

Innerhalb des Reaktors angeordnete Kolbenstoßdämpfer gemäß Fig. 1 dienen dazu, die Bewegungsenergie der sehr schnell in den Reaktorkern eingeführten Abschaltstäbe zu absorbieren.

Die Zylinder 5 der Kolbenstoßdämpfer sind unterhalb des Reaktorkerns 21 im Kühlmittel versenkt, und die Kolben 1 werden durch die unteren Enden der Abschaltstäbe gebildet. Diese Kolbenstoßdämpfer sind für die Verwendung in einem Kernreaktor besonders geeignet, da der Zwischenraum zwischen dem Kolben und den Wandungen des ringförmigen Hohlraums 4 groß genug gehalten werden kann, um durch Bestrahlung hervorgerufene Verformungen der Drosselstelle zuzulassen.

Claims

1. Hydraulischer Kolbenstoßdämpfer

a) mit einem Zylinder,
b) mit einem in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, und
c) mit einer bei einer Bewegung des Kolbens in dem Zylinder durch eine Drosselstelle strömenden Flüssigkeit, in der Wirbelströme erzeugbar sind,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

d) eine Magnetanordnung (7) erzeugt im Bereich der Drosselstelle (4 a, 4 b) ein Magnetfeld,
e) das senkrecht zur Strömungsrichtung elektrische Wirbelströme in der Flüssigkeit hervorruft,
f) die der Strömung der Flüssigkeit entgegenwirkende, sich in Folge des inhomogenen Magnetfeldes zum Ende des Kolben-Hubes hin ver größernde Kräfte erzeugen.

2. Kolbenstoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

g) die Magnetanordnung (7) in gegenseitiger Verlängerung in dem Zylinder (5) angeordnete Dauermagnete (7) aufweist, deren gleichnamige Pole (SS) aneinanderstoßen.

3. Kolbenstoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß

h) der Kolben (1) becherförmig ausgebildet ist, und daß
i) vom Zylinder (5) die Drosselstelle (4) begrenzt ist,
j) die durch die Wandung (3) des becherförmigen Kolbens (1) in zwei koaxiale Ringkanäle (4 a, 4 b) unterteilt ist.

4. Verwendung eines Kolbenstoßdämpfers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem mit einem Flüssigmetall gefüllten Kernreaktor mit einem oberhalb des Reaktorkerns (21) auslösbar aufgehängten Neu tronen-Absorberstab (30), wobei der Kolbenstoßdämpfer zumindest teilweise unterhalb des Reaktorkerns (21) in das Flüssigmetall (22) zur Aufnahme des Neutronen-Absorberstabes (30) bei dessen Auslösung eingebettet ist.