JPH0731196Y2 - Water pressure control rod drive - Google Patents

Water pressure control rod drive

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JPH0731196Y2
JPH0731196Y2 JP1989146526U JP14652689U JPH0731196Y2 JP H0731196 Y2 JPH0731196 Y2 JP H0731196Y2 JP 1989146526 U JP1989146526 U JP 1989146526U JP 14652689 U JP14652689 U JP 14652689U JP H0731196 Y2 JPH0731196 Y2 JP H0731196Y2
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cylinder
control rod
piston portion
piston
drive shaft
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善一 吉田
音政 向原
賢治 梅田
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、原子炉の水圧駆動式制御棒駆動装置に関し、
特に、駆動軸の上端に形成されるピストン部の形状に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a hydraulically driven control rod drive device for a nuclear reactor,
In particular, it relates to the shape of the piston portion formed at the upper end of the drive shaft.

[従来の技術] 原子炉の起動、停止及び出力変更は、制御棒を炉心に出
し入れすることによって行われる。また、制御棒は、原
子炉容器蓋に取り付けられた制御棒駆動装置により駆動
される。この制御棒駆動装置は従来から種々の型式があ
るが、その一つに水圧駆動式がある。
[Prior Art] Startup, shutdown, and power change of a nuclear reactor are performed by moving control rods into and out of the core. The control rods are driven by a control rod driving device attached to the reactor vessel lid. There are various types of control rod drive devices in the related art, and one of them is a hydraulic drive type.

第4図は従来の水圧駆動式制御棒駆動装置の構成を概略
的に示している。この制御棒駆動装置1は、原子炉容器
蓋(図示しない)上に垂直に設置されたシリンダ2と、
制御棒クラスタのスパイダ(図示しない)に連結され原
子炉容器蓋を貫通してシリンダ2内に延びる駆動軸3と
を備え、駆動軸3の上端に形成されたピストン部4の上
下の流体圧をそれぞれ制御することにより、駆動軸3を
上下させ、制御棒クラスタを炉心に出し入れさせる。
FIG. 4 schematically shows the structure of a conventional hydraulically driven control rod drive device. The control rod drive device 1 includes a cylinder 2 vertically installed on a reactor vessel lid (not shown),
A drive shaft 3 which is connected to a spider (not shown) of the control rod cluster and extends into the cylinder 2 through the reactor vessel lid, and controls the fluid pressure above and below the piston portion 4 formed at the upper end of the drive shaft 3. By controlling each, the drive shaft 3 is moved up and down, and the control rod cluster is moved in and out of the core.

ピストン部4の下側のシリンダ内部は、原子炉容器内部
と連通しているため高圧側Aとなっており、ピストン部
4の上側のシリンダ内部は低圧側Bとなっている。シリ
ンダ2の高圧側A及び低圧側Bからはそれぞれ、開閉弁
5、6を備えた管7、8が延びており、これらの管7、
8は、大気圧側に開放された管9に接続されている。管
9には開閉弁10が設けられている。
The inside of the lower cylinder of the piston portion 4 is on the high pressure side A because it communicates with the inside of the reactor vessel, and the inside of the cylinder on the upper side of the piston portion 4 is the low pressure side B. From the high-pressure side A and the low-pressure side B of the cylinder 2, pipes 7 and 8 equipped with on-off valves 5 and 6 extend, respectively.
8 is connected to a pipe 9 open to the atmospheric pressure side. The pipe 9 is provided with an opening / closing valve 10.

このような構成において、管7の開閉弁5を閉じ、開閉
弁6、10を開くと、低圧側Bが大気圧側に開放され、上
下の流体圧の差によってピストン部4に作用する力が駆
動軸3の自重よりも大きくなり、駆動軸3は上方へ移動
する。また、開閉弁10を閉じ開閉弁6を開いた状態で、
開閉弁5を徐々に開いていくと、高圧側Aと低圧側Bの
差圧が小さくなり、駆動軸3はその自重により下方へと
移動する。
In such a configuration, when the on-off valve 5 of the pipe 7 is closed and the on-off valves 6 and 10 are opened, the low pressure side B is opened to the atmospheric pressure side, and the force acting on the piston portion 4 due to the difference between the upper and lower fluid pressures. The weight of the drive shaft 3 becomes larger than its own weight, and the drive shaft 3 moves upward. Also, with the on-off valve 10 closed and the on-off valve 6 open,
When the on-off valve 5 is gradually opened, the pressure difference between the high pressure side A and the low pressure side B becomes small, and the drive shaft 3 moves downward due to its own weight.

第4図において、符号11はシリンダ2の下部に設けられ
た軸受であり、駆動軸3を半径方向に支持している。ま
た、ピストン部4とシリンダ2との間には、両者が接触
しないように半径方向すきまが形成されている。しかし
ながら、駆動軸3の上下動のストロークが長くなると、
駆動軸3の上端のピストン部4がシリンダ2の中心軸線
から偏心し、シリンダ2の内面と接触する可能性があ
る。そこで従来一般には、前記軸受11に加え、第5図に
示すように駆動軸3のピストン部4にピストンパッキン
12を取り付け、駆動軸3を上下2箇所で半径方向に支持
している。
In FIG. 4, reference numeral 11 is a bearing provided in the lower portion of the cylinder 2 and supports the drive shaft 3 in the radial direction. Further, a radial clearance is formed between the piston portion 4 and the cylinder 2 so that they do not come into contact with each other. However, if the vertical stroke of the drive shaft 3 becomes long,
The piston portion 4 at the upper end of the drive shaft 3 may be eccentric from the center axis of the cylinder 2 and may come into contact with the inner surface of the cylinder 2. Therefore, in general, in addition to the bearing 11, the piston packing is provided on the piston portion 4 of the drive shaft 3 as shown in FIG.
12 is attached, and the drive shaft 3 is supported in two radial directions in the upper and lower portions.

第6図は、原子炉で実際に用いられている水圧駆動式制
御棒駆動装置をより具体的に示したものである。この制
御棒駆動装置1においては、シリンダ2は、原子炉容器
蓋13に固着されたハウジング14内に一体的に取り付けら
れている。また、制御棒クラスタ15のスパイダ16に連結
された駆動軸3の上端のピストン部4には、金属製のピ
ストンリング17が取り付けられ、駆動軸3を半径方向に
支持すると共に駆動力を発生させるようになっている。
第6図の構成においては、駆動軸3の半径方向の支持は
ピストンリング17のみにより行われ、シリンダ2の下部
には軸受は設けられていない。
FIG. 6 more specifically shows a hydraulically driven control rod drive device actually used in a nuclear reactor. In the control rod drive device 1, the cylinder 2 is integrally mounted in a housing 14 fixed to a reactor vessel lid 13. A metallic piston ring 17 is attached to the piston portion 4 at the upper end of the drive shaft 3 connected to the spider 16 of the control rod cluster 15 to support the drive shaft 3 in the radial direction and generate a driving force. It is like this.
In the configuration of FIG. 6, the drive shaft 3 is supported in the radial direction only by the piston ring 17, and no bearing is provided in the lower portion of the cylinder 2.

[考案が解決しようとする課題] 前述したように、第4図に示した制御棒駆動装置では、
駆動軸の上下動のストロークが長い場合には、ピストン
部がシリンダの内面に接した状態で上下動し、シリンダ
の内面に傷を付ける恐れがある。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the control rod drive device shown in FIG.
When the stroke of the vertical movement of the drive shaft is long, the piston may move up and down in contact with the inner surface of the cylinder, possibly damaging the inner surface of the cylinder.

第5図に示すようにピストンパッキンをピストン部に付
加した場合には、ピストン部がシリンダに直接接するこ
とはないが、ピストンパッキンが常にシリンダの内面に
接触しているため、駆動軸の円滑な動きに支障をきたす
ことがある。また、ピストンパッキンがシリンダ内面上
を摺動するので、この場合にもシリンダの内面に傷を付
ける可能性がある。
When the piston packing is added to the piston part as shown in FIG. 5, the piston part does not directly contact the cylinder, but the piston packing is always in contact with the inner surface of the cylinder. Movement may be impaired. Further, since the piston packing slides on the inner surface of the cylinder, the inner surface of the cylinder may be damaged in this case as well.

更に、第6図のようにピストンリングを用いている型式
は、ピストンリングとシリンダとは金属同士の接触とな
り、異物やシリンダ内面に傷があった場合、金属凝着を
起こし、駆動軸の円滑な動きを妨げることになる。
Further, in the model using the piston ring as shown in FIG. 6, the piston ring and the cylinder are in metal-to-metal contact with each other, and if foreign matter or the inner surface of the cylinder is scratched, metal adhesion occurs and the drive shaft is smooth. Movement will be hindered.

従って、本考案の目的は、駆動軸のピストン部がシリン
ダに接触することなく上下動できるようにする水圧駆動
式制御棒駆動装置を提供し、前述した従来の技術的課題
を解決することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a hydraulically driven control rod drive device that allows a piston portion of a drive shaft to move up and down without contacting a cylinder, and solves the above-mentioned conventional technical problems. .

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本考案は、原子炉容器蓋に
設置されるシリンダと、制御棒クラスタに連結され原子
炉容器蓋を貫通して前記シリンダ内に延び且つ上端にピ
ストン部を有する駆動軸とを備え、前記ピストン部の上
下の流体圧を制御することにより前記駆動軸を上下動さ
せるようになっている水圧駆動式制御棒駆動装置におい
て、前記ピストン部と前記シリンダとの間に半径方向す
きまを形成すると共に、前記ピストン部の円柱形上部部
分の外径を、該上部部分の下側に隣接する前記ピストン
部の円柱形下部部分の外径よりも大きくしたことを特徴
としている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a cylinder installed in a reactor vessel lid and a cylinder connected to a control rod cluster and penetrating the reactor vessel lid. A hydraulically driven control rod drive device, comprising: a drive shaft that extends and has a piston portion at an upper end thereof, and is configured to vertically move the drive shaft by controlling fluid pressure above and below the piston portion. Forming a radial clearance between the cylinder portion and the cylinder, the outer diameter of the cylindrical upper portion of the piston portion is larger than the outer diameter of the cylindrical lower portion of the piston portion adjacent to the lower side of the upper portion. It is also characterized by making it larger.

[作用] 上記構成において、流体は、ピストン部の下側の高圧側
からピストン部とシリンダとの間の半径方向すきまを通
って上側の低圧側へと流れる。この時、半径方向すきま
の入口部(高圧側)の大きさhIと出口部(低圧側)の大
きさhOの比によって、ピストン部とシリンダとの間の軸
線方向の圧力分布が定まる。hI=hOの場合、高圧側から
低圧側へ一定の割合で圧力が低下するのに対して、hI
hOが大きくなると、ピストン部の下部部分とシリンダと
の間における圧力降下の割合は小さくなる。従って、シ
リンダの中心軸線に対してピストン部の中心軸線が偏心
すると、偏心した側でのhI/hOは反対側のそれよりも大
きくなり、偏心側の圧力は反偏心側の圧力よりも大きく
なる。この結果、ピストン部には偏心を戻そうとする力
が作用し、ピストン部はシリンダに対して常に同心状態
に保持される。
[Operation] In the above configuration, the fluid flows from the high pressure side on the lower side of the piston portion to the low pressure side on the upper side through the radial clearance between the piston portion and the cylinder. At this time, the axial pressure distribution between the piston part and the cylinder is determined by the ratio of the size h I of the inlet (high pressure side) of the radial clearance to the size h O of the outlet (low pressure side). When h I = h O , the pressure decreases from the high pressure side to the low pressure side at a constant rate, while h I /
As h O increases, the rate of pressure drop between the lower part of the piston and the cylinder decreases. Therefore, if the central axis of the piston part is eccentric to the central axis of the cylinder, h I / h O on the eccentric side will be larger than that on the opposite side, and the pressure on the eccentric side will be greater than the pressure on the anti-eccentric side. growing. As a result, a force for returning the eccentricity acts on the piston portion, and the piston portion is always held concentric with the cylinder.

[実施例] 以下、図面と共に本考案の好適な実施例について詳細に
説明するが、図中、同一又は相当部分には同一符号を用
いることとする。
[Embodiment] Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals will be used for the same or corresponding portions.

第1図は、本考案に従って形成された制御棒駆動装置20
のピストン部21を示している。この制御棒駆動装置20の
基本的構成は、先に説明した第4図のものと同じであ
り、原子炉容器蓋(図示しない)に垂直に取り付けられ
たシリンダ2と、原子炉容器蓋を貫通してシリンダ2内
に延びる駆動軸3とを備えている。駆動軸3の上端には
ピストン部21が形成されており、ピストン部21の上下の
流体圧を調節するこにより、駆動軸3を上下動させ、駆
動軸3の下端に連結された制御棒クラスタ(図示しな
い)を炉心に出し入れする。
FIG. 1 shows a control rod drive device 20 constructed in accordance with the present invention.
The piston portion 21 of is shown. The basic configuration of the control rod drive device 20 is the same as that shown in FIG. 4 described above, and the cylinder 2 vertically attached to the reactor vessel lid (not shown) and the reactor vessel lid are penetrated. And a drive shaft 3 extending into the cylinder 2. A piston portion 21 is formed at the upper end of the drive shaft 3, and the control rod cluster connected to the lower end of the drive shaft 3 is moved up and down by adjusting the fluid pressure above and below the piston portion 21. Put (not shown) in and out of the core.

駆動軸3の上端のピストン部21は、上部部分22と、円柱
形の下部部分23とから成る一体成形体であり、上部部分
22は更に円柱形上部部分22aと切頭円錐形上部部分22bと
から成っている。ピストン部21とシリンダ2の内周面と
の間には半径方向すきま24、25が形成されている。ピス
トン部21の円柱形上部部分22aの外径は下部部分23の外
径よりも大きいため、ピストン部21の円柱形上部部分22
aとシリンダ2との間の半径方向すきま24は、下部部分2
3とシリンダ2との間の半径方向すきま25よりも小さく
なっている。
The piston portion 21 at the upper end of the drive shaft 3 is an integrally molded body composed of an upper portion 22 and a cylindrical lower portion 23.
22 further comprises a cylindrical upper portion 22a and a frustoconical upper portion 22b. Radial clearances 24 and 25 are formed between the piston portion 21 and the inner peripheral surface of the cylinder 2. Since the outer diameter of the cylindrical upper portion 22a of the piston portion 21 is larger than the outer diameter of the lower portion 23, the cylindrical upper portion 22a of the piston portion 21
The radial clearance 24 between a and the cylinder 2 is
It is smaller than the radial clearance 25 between 3 and the cylinder 2.

かかる構成において、本考案の制御棒駆動装置の作用に
ついて説明する。
The operation of the control rod drive device of the present invention having such a configuration will be described.

原子炉運転中、ピストン部21の下側は高圧側A、上側は
低圧側Bとなり、高圧側Aの流体がピストン部21とシリ
ンダ2との間の半径方向すきま24、25内を通って低圧側
Bに流れる。この状態で、ピストン部21が、第2図に示
すように、シリンダ2の中心軸線から一方向(図で左方
向)に偏心すると、半径方向すきま内の圧力分布が変化
する。いま、偏心側をC、反偏心側をDとすると、偏心
側Cの高圧側半径方向すきま25の大きさhCI及び低圧側
半径方向すきま24の大きさhCOは、それぞれ反偏心側D
の高圧側半径方向すきまの大きさhDI及び低圧側半径方
向すきまの大きさhDOよりも小さくなる。従って、高圧
側と低圧側のすきまの比の関係は、 hCI/hCO>hDI/hDO となる。前述したように、この比が大きいほど高圧側半
径方向すきま25内の圧力降下の割合は小さくなるので、
偏心側Cと反偏心側Dの軸線方向の圧力分布は第3図に
示す如くなる。第3図において、E点はピストン部21の
外径が変化する部分Eに対応しており、このE点で圧力
降下の割合が変化している。第3図から諒解される通
り、偏心側Cの軸線方向の流体圧の総和は反偏心側Dの
流体圧の総和よりも大きくなり、この両者の圧力差によ
って、ピストン部21にはシリンダ2に対する偏心が小さ
くなる方向に力が作用し、ピストン部21は常に同心状態
に保たれる。
During the reactor operation, the lower side of the piston part 21 is the high pressure side A and the upper side is the low pressure side B, and the fluid on the high pressure side A passes through the radial clearances 24, 25 between the piston part 21 and the cylinder 2 to lower the pressure. Flow to side B. In this state, when the piston portion 21 is eccentric in one direction (leftward in the drawing) from the center axis of the cylinder 2 as shown in FIG. 2, the pressure distribution in the radial clearance changes. Assuming that the eccentric side is C and the anti-eccentric side is D, the size h CI of the high pressure side radial clearance 25 and the size h CO of the low pressure side radial clearance 24 on the eccentric side C are respectively the anti eccentric side D.
Is smaller than the high pressure side radial clearance h DI and the low pressure side radial clearance h DO . Therefore, the relationship of the ratio of the gap of the high-pressure side and the low pressure side becomes h CI / h CO> h DI / h DO. As described above, the larger the ratio, the smaller the proportion of pressure drop in the high-pressure side radial clearance 25.
The axial pressure distributions on the eccentric side C and the anti-eccentric side D are as shown in FIG. In FIG. 3, point E corresponds to a portion E where the outer diameter of the piston portion 21 changes, and the rate of pressure drop changes at this point E. As is clear from FIG. 3, the sum of the fluid pressures in the axial direction on the eccentric side C becomes larger than the sum of the fluid pressures on the anti-eccentric side D, and the pressure difference between the two causes the piston portion 21 to move toward the cylinder 2. A force acts in a direction in which the eccentricity decreases, and the piston portion 21 is always kept in the concentric state.

[考案の効果] 以上のように、本考案によれば、水圧駆動式制御棒駆動
装置の駆動軸のピストン部はシリンダに対して常に同心
状態に保たれ、両者の接触が防止される。従って、ピス
トン部がシリンダの内面に接触傷を付ける恐れはなく、
また、駆動軸の上下動も円滑に行われるので、制御棒駆
動装置の作動特性の向上を図ることもできる。
[Advantages of the Invention] As described above, according to the present invention, the piston portion of the drive shaft of the hydraulically driven control rod drive device is always kept concentric with the cylinder to prevent contact between them. Therefore, there is no risk that the piston part will contact and scratch the inner surface of the cylinder.
Moreover, since the vertical movement of the drive shaft is also smoothly performed, the operating characteristics of the control rod drive device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本考案による水圧駆動式制御棒駆動装置にお
ける駆動軸のピストン部を示す断面図、第2図は、第1
図のピストン部がシリンダに対して偏心した状態を示す
部分断面図、第3図は、第2図の状態における半径方向
すきま内の軸線方向圧力分布を示すグラフ、第4図は、
従来の水圧駆動式制御棒駆動装置の基本的な構成を示す
概略説明図、第5図は、従来のピストン部にピストンパ
ッキンを取り付けた状態を示す断面図、第6図は原子炉
に取り付けられた従来の水圧駆動式制御棒駆動装置を具
体的に示す断面図である。図中、 2…シリンダ、3…駆動軸 20…水圧式制御棒駆動装置 21…ピストン部、22…上部部分 22a…円柱形上部部分 23…下部部分、24,25…半径方向すきま
FIG. 1 is a sectional view showing a piston portion of a drive shaft in a hydraulically driven control rod drive device according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a state where the piston portion of the figure is eccentric with respect to the cylinder, FIG. 3 is a graph showing axial pressure distribution in the radial clearance in the state of FIG. 2, and FIG.
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing the basic configuration of a conventional hydraulically driven control rod drive device, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where a piston packing is attached to a conventional piston portion, and FIG. 6 is attached to a nuclear reactor. It is sectional drawing which shows concretely the conventional hydraulic drive type control rod drive device. In the figure, 2 ... Cylinder, 3 ... Drive shaft 20 ... Hydraulic control rod drive device 21 ... Piston portion, 22 ... Upper portion 22a ... Cylindrical upper portion 23 ... Lower portion, 24, 25 ... Radial clearance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 梅田 賢治 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)考案者 塚越 徹 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Kenji Umeda Inventor Kenji Umeda 1-1-1, Wadazaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (72) Toru Tsukagoshi Kazu, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo 1-1-1 Tasakicho Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Kobe Shipyard

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】原子炉容器蓋に設置されるシリンダと、制
御棒クラスタに連結され前記原子炉容器蓋を貫通して前
記シリンダ内に延び且つ上端にピストン部を有する駆動
軸とを備え、前記ピストン部の上下の流体圧を制御する
ことにより前記駆動軸を上下動させるようになっている
水圧駆動式制御棒駆動装置において、前記ピストン部と
前記シリンダとの間に半径方向すきまを形成すると共
に、前記ピストン部の円柱形上部部分の外径を、該上部
部分の下側に隣接する前記ピストン部の円柱形下部部分
の外径よりも大きくしたことを特徴とする水圧駆動式制
御棒駆動装置。
1. A cylinder installed on a reactor vessel lid, a drive shaft connected to a control rod cluster, extending through the reactor vessel lid, extending into the cylinder, and having a piston portion at an upper end, In a hydraulically driven control rod drive device configured to vertically move the drive shaft by controlling fluid pressures above and below the piston portion, a radial clearance is formed between the piston portion and the cylinder. A hydraulically driven control rod drive device, wherein an outer diameter of a cylindrical upper portion of the piston portion is made larger than an outer diameter of a cylindrical lower portion of the piston portion adjacent to a lower side of the upper portion. .
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