DE3105788A1

DE3105788A1 - Positionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE3105788A1
Application number: DE19813105788
Authority: DE
Inventors: David Edward 92064 Poway Calif. Tanner
Original assignee: General Atomics Corp
Current assignee: GA Technologies Inc
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1981-02-17
Publication date: 1981-12-17
Also published as: JPS56129803A; US4304630A; FR2476302A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Positionsanzeigevorrichtung zum Feststellen und Anzeigen der Position eines um eine Achse bewegbaren, entfernt angeordneten Elements, wie beispielsweise eines drehbaren Ventilelements, zum Beispiel eines innerhalb des Druckbehälters in einem Kernreaktorsystem Verwendeten bzw. befindlichen drehbaren Ventilelements .

Unter gewissen Umständen kann es wünschenswert sein, die Position eines Elements festzustellen und anzuzeigen, das um eine Achse bewegbar und in einer entfernten oder unzugänglichen Position angeordnet ist. Zum Beispiel haben gewisse Kernreaktorsysteme, wie beispielsweise gasgekühlte Kernreaktoren, Isolationsventile eines internen Kreislaufs bzw. Kühlkanals, die dazu dienen,eine Rückströmung von primärem Kühlmittel durch den abgeschalteten bzw. abgeschlossenen Kreislauf oder Prüfkanal zu verhindern. Derartige Ventile befinden sich typischerweise innerhalb von Druckbehältern und -kanälen und sind daher physisch unzugänglich, wenn das Reaktorsystem in Betrieb ist.

Es ist wünschenswert, daß das Reaktorbedienungspersonal die Position der Ventilflügel bzw. -klappen während des Reaktorbetriebs jederzeit weiß, und zwar sowohl bei normalen als auch bei abnormalen Reaktorbetriebszuständen. Mechanische Verbindungen oder andere analoge Einrichtungen zum Weitergeben von Positionsinformationen aus dem Inneren des Druckbehälters nach außen sind gewöhnlich wegen der Schwierigkeit des Übertragens einer mechanischen Bewegung durch die Wand des Druckbehälters derart, daß noch die Unversehrtheit des Druckbehälters aufrechterhalten wird, unbefriedigend.

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Grundsätzlich soll mit der Erfindung eine veirfeesserte Positionsanzeigevorrichtung zum Feststellen und Anzeigen der Position eines um eine Achse bewegbaren, entfernt angeordneten Elements zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere soll mit der vorliegenden Erfindung eine Positionsanzeigevorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche einer Bedienungsperson in einem Reaktor die Position von Ventilflügeln bzw. -klappen oder dergl., die sich innerhalb eines Reaktordruckbehälters befinden, anzeigt.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Positionsanzeigevorrichtung zum Feststellen und Anzeigen der Position eines um eine Achse bewegbaren, entfernt angeordneten Elements folgendes: eine Lichtquelle, eine erste übertragungseinrichtung zum Leiten bzw. Zuführen von~'Licht von der Lichtquelle zu einem ersten Bereich an dem entfernten Ort in Fluchtung mit der Achse des bewegbaren Elements; eine Reflektoreinrichtung an dem entfernten Ort zum Zurückleiten bzw. -führen des an dem ersten Bereich ankommenden Lichts zu einem zweiten Bereich, der bezüglich der Achse des bewegbaren Elements radial gegenüber dem ersten Bereich versetzt ist; wobei die Reflektoreinrichtung in Ansprechung auf die Bewegung des bewegbaren Elements um dessen Achse sowie in Entsprechung zu der Bewegung dieses Elements derart bewegbar ist, daß sich der zweite Bereich in Übereinstimmung mit der Bewegung des bewegbaren Elements um dessen Achse bogenförmig bezüglich des ersten Bereichs bewegt; eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen an dem entfernten Ort, die einen Lichtverteiler bilden, der in einem Bogen angeordnet ist, welcher dem Bogen der Bewegung des zweiten Bereichs entspricht; wobei jede der Sensoreinrichtungen einzeln auf Licht anspricht bzw. Licht erhält, wenn der zweite Bereich in" einer entsprechenden Position ist; und eine zweite Übertragungseinrichtung zum übertragen von Signalen von jeder der Sensoreinrichtungen zu einem Anzeigeort, der gegenüber dem,ent-

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fernten Ort versetzt ist; wobei diese übertragungseinrichtung Signale liefert, welche die Position des bewegbaren Elements in Übereinstimmung mit dem Ansprechen eines entsprechenden Sensors auf die Position des zweiten Bereichs bzw. in Übereinstimmung mit der Lichtzufuhr zu einem entsprechenden Sensor gemäß der Position des zweiten Bereichs anzeigen«

Die Erfindung sei nachstehend anhand einer in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform näher erläutert, und zwar zeigt diese Figur eine schematische perspektivische Ansicht einer Positionsanzeigevorrichtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut und in einem Kernreaktorsystem vorgesehen ist.

In der Zeichnung ist schematisch ein Teil eines Kernreaktorsystems dargestellt, das einen Druckbehälter umfaßt, von dem ein Teil bei 31 dargestellt ist. Ein Teil 33 eines Rohrs für primäres Kühlmittel innerhalb des Druckbehälters 31 ist ebenfalls dargestellt. Ein bewegbares Element oder ein Ventilflügel bzw. eine Ventilklappe 17 ist auf einer Welle 35 befestigt, welche das Rohr 33 überspannt. Wenn die Klappe 17 um die Achse 19 der Welle 35 verschwenkt wird, kann das Rohr geschlossen oder geöffnet werden, wie es zum Regulieren der Strömung des primären Kühlmittels durch das Rohr erforderlich ist. Die Welle ist an jedem Ende in geeigneten Lagern 37 angebracht, die an der Wand des Rohrs 33 befestigt sind. Eine geeignete Steuereinrichtung, die nicht gezeigt ist, dient dazu, die Welle 35 zu drehen, um die Klappe 17 in gewünschter Weise zu positionieren.

Um die Position der Ventilklappe 17 genau bestimmen zu können, ist eine Positionsanzeigevorrichtung nach der Erfindung vorgesehen. Diese Positionsahzeigevorrichtung weist eine Lichtquelle 11 auf, die von jeder geeigneten Art

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sein kann, zum Beispiel eine elektrische Glühlampe. Das Licht von der Lichtquelle 11 tritt in das Ende 39 eines Bündels 13 optischer Fasern ein. Das Bündel 13 optischer Fasern bildet die oben erwähnte erste Übertragungseinrichtung und geht durch eine geeignete Öffnung 41 in der Wand des Druckbehälters 31 hindurch. Das Bündel 13 ist so gestaltet/ daß es Licht von der Lichtquelle 11 zu einem Ort innerhalb des Druckbehälters 31 leitet, der mit der Achse 19 fluchtet. Infolgedessen befindet sich das innere Ende 43 des Bündels 13 in axialer Fluchtung mit der Achse 19 der Welle 35.

Eine Linse 45 ist benachbart dem Ende 43 des Bündels 13 angeordnet und fokussiert das Licht, das durch die optischen Fasern in dem Bündel 13 übertragen worden ist, wie weiter unten näher erläutert ist. Das Licht trifft auf eine Reflektoreinrichtung 21 auf, und zwar auf eine Oberfläche der Reflektoreinrichtung,, die nach der Linse 45 hin gerichtet ist. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt oder ist die Reflektoreinrichtung 21 ein Prisma, das zwei reflektierende Oberflächen 47 und 49 hat. Die reflektierenden Oberflächen 47 und 49 sind so angeordnet, daß sie bewirken, daß das in das Prisma eintretende Licht auf die Oberfläche 47 in einem ersten Bereich 15 auftrifft. Von dem Bereich 15, der mit der Achse 19 fluchtet, wird das Licht um 9o° gedreht nach aufwärts zu einem zweiten Bereich 23 auf der reflektierenden Oberfläche 49 reflektiert. An dieser letzteren Oberfläche wird das Licht weiter um 9o° gedreht nach auswärts reflektiert, so daß das von der Linse 45 reflektierte Lichtbündel eine Gesanvfcumlenkung um 18o° erfährt.

Die Kombination der Linse 45 und des Prismas 21 ist derart, daß das von dem Prisma reflektierte Lichtbündel auf einen Punkt fokussiert wird, der gleich der Querschnittsabmessung

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dör Lichtfasern in einem Rückführbündel 27 oder ein wenig kleiner als diese Querschnittsabmessung ist; das Rückführbündel 27 ist weiter unten erläutert. Der Bereich 23, von dem aus das Licht im Prisma 21 reflektiert wird, ist bezüglich der Achse 19 radial gegenüber dem Bereich 15 versetzt. Das Prisma 21 ist am Ende der Welle 35 angebracht und dreht sich, wenn die Welle 35 gedreht wird* Demgemäß bewegt si<jh der Bereich 23 entsprechend der Position der Ventilklappe 17 bogenförmig um die Achse 19. Das aus dem Prisma 21 austretende Lichtbündel ist daher parallel zur Achse 19 ausgerichtet und radial gegenüber derselben um einen festen Abstand verschoben.

Die zweite übertragungseinrichtung 27 oder das Rückführbündel umfaßt eine Mehrzahl von optischen Fasern 51, deren Enden in einem Block 53 in einer bogenförmigen Reihe gehaltert sind, welche dem bogenförmigen Weg des Bereichs 23 entspricht. Das aus dem Prisma 21 austretende Lichtbündel, das mit dem Bereich 23 fluchtet, trifft in Abhängigkeit von der Bewegung des Prismas 21 und infolgedessen auch von der Bewegung der Ventilklappe 17 auf die Enden 25 der optischen Fasern 51 auf. Demgemäß spricht, abhängig von dem Ort ihres Endes 25, jede lichtübertragende optische· Faser auf Licht, das vom Prisma 21 darauf auftrifft, an und überträgt dieses Licht. Dieses Licht wird infolgedessen dann durch das Bündel 27 zu einer Stelle außerhalb des Druckbehälters 31 übertragen. Das Lichtfaserbündel 27 geht in einer geeigneten öffnung 55 durch die Wand des Druckbehälters 31 hindurch. Wegen der Fokussierung der Linse 45 spricht nur eine einzige optische Faser 51 auf jeweils eine Ventilklappenposition an bzw. erhält nur eine einzige optische Faser 51 bei jeweils, einer Ventilklappenposition Licht zum Übertragen, natürlich ausgenommen im Übergangsbereich des fokussierten Lichts von einer Faser zu benachbarten.

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Nach dem Austritt aus dem Druckbehälter laufen die optischen Fasern an einer Anzeigestelle 29 in Enden 57 aus. In der dargestellten Ausführungsform sind die Enden 57 in einem Block 59 in einer vertikalen linearen Reihe abschließend angeordnet. Nach der Darstellung, in der sich die Ventilklappe 17 in der vertikalen oder am meisten geöffneten Position befindet, zeigt die oberste der Fasern 51 an ihrem Ende 57 diese Position an, und das entspricht einem Lichtempfang durch dasjenige Faserende 25, das sich in der Zeichnung am weitesten rechts befindet. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die Welle 35 das Prisma 21 verdreht, die Lichtfasern einzeln bewirken, daß die Enden 57 bei zunehmendem Schließen des bewegbaren Elements 17 in .absteigender Reihenfolge aufleuchten. Der Block 57 kann in angemessener Weise auf einer Instrumententafel des Reaktors angeordnet sein.

In der dargestellten Ausführungsform wird die Erfindung in Verbindung mit einem einzigen Flügel- bzw. Klappenventil benutzt. Die Erfindung kann jedoch beispielsweise auch dazu benutzt werden, anstatt eines einzigen Flügels bzw. einer einzigen Klappe, wie dargestellt, eine Vielzahl von Flügeln bzw. Klappen unabhängig voneinander zu überwachen. Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß eine perforierte Maskierungsscheibe zum Aussenden eines Graucodesignals zwischen dem Prisma 21 und den lichtaufnehmenden Enden 25 verwendet werden kann. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen optischen Fasern vermindert werden. Eine solche Anordnung ist allgemein in dem Buch "Prozeßinstrumente und Steuerhandbuch" (englischer Originaltiteli "Process Instruments and Controls Handbook") von Considine, Seiten 17-72, Absätze 2 und 3 beschrieben.

Gemäß, einer weiteren Aus führungs form der Erfindung können die Enden 25 durch Photodioden ersetzt werden, wobei geeig-

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nete elektrische Leiter die optischen Pasern 51 ersetzen. Die Enden 57 am Anzeigeort können dann von lichtemittie-i renden Dioden gebildet werden, die durch den Strom erregt werden, welcher mittels der Photodioden erzeugt worden ist.

Wie man sieht, ermöglicht es die Erfindung, die Position eines bewegbaren Elements zu überwachen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, irgendwelche mechanisch bewegbaren Teile durch den Druckbehälter bzw« die Wand des Druckbehälters hindurchzuführen.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86, DEN 4 η f , . POSTFACH 860 820 ''-TeO, 7981

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22 SP/BR

G 118o GEW

GENERAL ATOMIC COMPANY 1o955 John Jay Hopkins Drive San Diego, Calif. 92121, USA

Positionsanzeigevorrichtung

P a .t e n. t a η s p. r ü c h e

1y Positionsanzeigevorrichtung zum Feststellen und Anzeigen der Position eines entfernt befindlichen, um eine Achse bewegbaren Elements, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (11); eine erste Übertragungseinrichtung (13) zum Leiten bzw. Zuführen von Licht von der Lichtquelle (11) zu einem ersten Bereich (15) an dem entfernten Ort in Fluchtung mit der Achse (19) des bewegbaren Elements (17); eine Reflektoreinrichtung (21) an dem entfernten Ort zum Zurückleiten bzw. -führen des an dem ersten Bereich (15) Ankommenden Lichts zu einem zweiten Bereich (23), der bezüglich der Achse (19) des bewegbaren

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Elements (17) radial gegenüber dem ersten Bereich (15) versetzt ist; wobei die Reflektoreinrichtung (21) in Ansprechung auf die Bewegung des bewegbaren Elements (17) um dessen Achse (19) sowie in Entsprechung zu der Bewegung dieses Elements (17) derart bewegbar ist, daß sich der zweite Bereich (23) in Übereinstimmung mit der Bewegung des bewegbaren Elements (17) um dessen Achse (19) bogenförmig bezüglich des ersten Bereichs (15) bewegt; eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (25) an dem entfernten Ort, die einen Lichtverteiler bilden, der in einem Bogen angeordnet ist, welcher dem Bogen der Bewegung des zweiten Bereichs (23) entspricht; wobei jede der Sensoreinrichtungen (25) einzeln
auf Licht anspricht bzw. Licht erhält, wenn der zweite Bereich (23) in einer entsprechenden Position ist; und eine zweite übertragungseinrichtung (27) zum Übertragen von Signalen von jeder der Sensoreinrichtungen (25) zu einem Anzeigeort (29), der gegenüber dem entfernten Ort versetzt
ist; wobei diese übertragungseinrichtung (27) Signale liefert, welche die Position des bewegbaren Elements (17) in Übereinstimmung mit dem Ansprechen eines entsprechenden
Sensors (25) auf die Position des zweiten Bereichs (23)
bzw. in Übereinstimmung mit der Lichtzufuhr zu einem entsprechenden Sensor (25) gemäß der Position des zweiten Bereichs anzeigen.

2. Positionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils jede der Sensoreinrichtungen (25) ein Ende einer Faser in einem Bündel
von optischen Fasern (51) umfaßt oder ist, und daß die
zweite Übertragungseinrichtung (27) dieses Bündel optischer Fasern (51), das sich von dem entfernten Ort zu dem Anzeigeort erstreckt, umfaßt oder ist.

3. Positionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Sensoreinrich-

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tungen (25) eine Photodiode umfaßt oder ist, und daß die zweite Übertragungseinrichtung (27) eine Mehrzahl von Leitern umfaßt oder ist, von denen jeder einer jeweiligen der Photodioden entspricht.

4. Positionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Reflektoreinrichtung ein Prisma (21) umfaßt oder ist, welches derart befestigt ist, daß es um die Achse (19) des bewegbaren Elements (17) drehbar ist.

5. Positionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden (57) des Bündels optischer Fasern (51), die sich entgegengesetzt zur Sensoreinrichtung (25) befinden, in einer Sichtwiedergabetafel bzw. -vorrichtung (59) in einer Reihenfolge angeordnet sind, welche der Position des bewegbaren Elements (17) bzw. der Reihenfolge der aufeinanderfolgenden Positionen des bewegbaren Elements (17) entspricht.

6. Positionsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verwendung in einem Kernreaktorsystem, das einen Druckbehälter hat, dadurch gekennzeichnet, daß das entfernt angeordnete, bewegbare Element (17), der erste und zweite Bereich· (15, 23), die Reflektoreinrichtung (21) und die Sensoreinrichtung(en) (25) innerhalb des Druckbehälters (31) angeordnet sind, während sich die Lichtquelle (11)~ und der Anzeigeort (29) außerhalb des Druckbehälters (31) befinden.

7. Positionsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegbare Element (17) auf einer Welle (35) angebracht ist, welche der Achse (19) des bewegbaren Elements (17) entspricht, und daß die Reflektoreinrichtung (21) auf der Welle (35) befestigt ist.

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