SE522362C2 - Styranordning och drivdonsanordning vid en nukleär anläggning - Google Patents

Description

522 362 - o n u oo friktion men som förslits relativt snabbt, eftersom det är skiktat, och skikten är förenade endast med svaga atomära bindningar. Detta medför att service måste utföras på de delar, som är tillverkade av grafit relativt ofta. Grafitdetaljerna måste då bytas ut mot nya motsvarande delar av grafit.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att öka tiden mellan servicetillfällena för de detaljer, som är tillverkade av grafit.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen utgörs av styranordning, en drivdonsanordning, samt nukleära anläggningar innefattande en eller flera av dessa, där åtminstone ett av nämnda styrorgan har en yta försedd med en fiiktionsbegränsande beläggning av ett kristallint kol, varvid det kristallina kolet har en diarnantliknande struktur.

Härigenom uppnås tack vare starka atomära bindningar en mycket slitstark yta.

Dessutom uppnås en lägre friktion än vid användande av grafit, vilket medför att mindre effekt krävs för att röra styrorganet relativt kraftöverföringsorganet.

I ett utföringsexempel har den friktionsbegränsande beläggningen applicerats på ytan i en kammare fylld med en joniserad gas av kol och väte, och företrädesvis väsentligen vid rumstemperatur. Härigenom uppnås en beläggning av ytan utan att styranordningens delar riskerar att få sina materialegenskaper ändrade på ett ogynnsamt sätt.

Lämpligtvis har styranordningen ett styrrör innefattande åtminstone ett av nämnda styrorgan. Mer preciserat är nämnda styrorgan en mutter försedd med inre gängor utgörande nämnda yta och avsedda att samverka med yttre gängor på en långsträckt axel innefattad i nämnda kraftöverföringsorgan. Härigenom uppnås låg friktion då 10 15 20 25 30 n ø n Q n; u 522 362 o c n n ø un 3 kraftöverföringsorganet rör sig relativt muttem under gängingrepp. Dessutom emås låg förslitningsgrad av beläggnjngen. Än mer preciserat är nänmda mutter en drivdonsmutter försedd med åtminstone ett yttre styrorgan innefattande nänmda yta avsedd att anligga mot insidan av nämnda styrrör och att kraftöverföringsorganet är en roterbar transmissionsskruv anordnad i nämnda styrrör, varvid rotation av transmissionsskiuven orsakar diivdonsmuttern att röra sig utmed styrröret. Härigenom uppnås en transmissionsskmv med drivdons- mutter med låg förslitningsgrad, vilket i sin tur medger väsentligt ökad tid mellan servicetillfällena.

Lämpligtvis är nänmda drivdonsmutter avsedd att anslutas till ena änden av ett långsträckt kolvrör försett med åtminstone ett yttre styrorgan innefattande nämnda yta avsedd att anligga mot insidan av nämnda styrrör, varvid kolvröret är avsett att röra sig inuti styrröret genom påverkan av drivdonsmuttem då transmissionsskruven roteras och att kolvröret vid sin andra ände är avsett att anslutas till en styrstav för styrning av reaktiviteten i nämnda kärnreaktor. Härigenom uppnås en möjlighet att reglera styrstavama under låg friktion med låg förlitningsgrad av den friktions- begränsande beläggningen.

Företrädesvis är nänmda yttre styrorgan ett glidbart styrorgan.

Lämpligtvis är ett drivdonshus anordnat att inrymma styranordningen i nänmda nukleära anläggning.

FIGURBESKRIVNIN G I det följande kommer uppfmningen att beskrivas i närmare detalj med referens till bifogade ritningar, i vilka Figur 1 visar ett drivdon ingående i en nukleär anläggning, 10 15 20 25 30 u : v u v: 522 362 4 Figur 2 visar ett drivdon enligt figur 1 anordnat i ett drivdonshus, Figur 3 visar en pump ingående i nänmda nukleära anläggning, Figur 4 visar en ventil ingående i nänmda nukleära anläggning, Figur 5 visar en kärnreaktor ingående i nämnda nukleära anläggning, och Figur 6 är en perspektivskiss av en nedre del av en alternativ kämreaktor.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar ett drivdon 2 innefattande ett styrrör 4 förenat med ett ändstycke 6 försett med en nedre fläns 8 (jfr figur 2). I styrröret 4 löper en transmissionsskruv 10 i förrn av en långsträckt axel, som delvis är försedd med en yttre gänga 12. En drivmutter 14, som är försedd med en inre gänga 16 utgörande en kontaktyta som motsvarar transmissionsskruvens 10 yttre gänga 12, likaledes utgörande en kontaktyta, är anordnad med gängingrepp med den sistnämnda gängan 12 på transmissionsskruven 10.

Ett långsträckt kolvrör 18 är vid sin ena ände försett med ett eller flera spärrlager 20.

Kolvröret vilar med tyngdkraften på drivmuttern 14. Funktionen hos spärrlagren 20 diskuteras nedan.

I kolvrörets 18 andra ände är en bajonettkopplirig 22 för anslutning av en styrstav 50 (se figur 2) anordnad. Drivmuttem 14 liksom kolvröret 18 är axiellt rörliga i det långsträckta styrröret 4, som är lösbart förbundet med nänmda ändstycke 6.

Styrorgan 23a i form av ett eller flera glidlager är anordnade på drivmuttems 14 periferi för att anligga mot styrrörets 4 insida via styrlister (ej visade). För samma ändamål är ett eller flera styrorgan 23b anordnade vid kolvrörets periferi för att 10 15 20 25 30 522 362 5 u u o n ø o: anligga mot styrrörets 4 insida via ej visade styrlister. I ändstycket 6 är trans- missionsskruven 10 roterbart anordnad via ett styrorgan i form av ett glidbart radiallager 24, som anligger mot ett ogängat lagersäte 25. Transmissionsskruvens andra ände är glidbart anordnad i kolvröret 18 via ett styrorgan, i fonn av ett glidlager 26.

Iden övre delen av det långsträckta styrröret 4 fmns en öppning genom vilken kolvröret kan röra sig. Strax innanför öppningen 28 är på styrrörets 4 insida ett styrorgan i fonn av ett glidlager 29, som anligger mot kolvrörets 18 utsida, anordnat.

Då transmissionsskruven 10 vrides, orsakas drivmuttern 14 med därpå vilande kolvrör 18 att röra sig utmed insidan av styrröret 4, varvid glidlagren 23a och 23b står i glidande kontakt med styrrörets 4 insida, glidlagret 29 står i glidande kontakt med kolvrörets 18 utsida, medan glidlagret 26 står i glidande kontakt med kolvrörets 18 insida.

Transmissionsskruven 10 har vid sin nedre ände en förlängningsdel 30, som löper genom styrorgan i fonn av en eller flera axialtätriingar 32a, 32b, 32c. Till för- längningsdelen 30 är förbundet ett anslutningsorgan 34 avsett att förbindas med ett drivorgan 46 (se figur 2).

Figur 2 visar drivdonet 2 anordnat i ett långsträckt drivdonshus 40, som vid sin nedre ände är försett med en övre fläns 42 avsedd att förbindas med styrrörets 4 nedre fläns 8. Drivdonshuset 40 har vid sin andra ände en fii öppning 44 genom vilken kolvröret 18 är avsett att föras. Nedanför drivdonets 2 ändstycke 6 visas hur anslutningsorganet 34 är anslutet till ett drivorgan 46 i fonn av en elmotor.

I den övre delen av drivdonshuset 40 är visad den ovan nämnda bajonettkopplingen 22, som i figur 2 visas sammankoppla kolvröret 18 med en styrstavsförlängare 48 till vilken en styrstav 50 är ansluten. Den del av styrstavsförlängaren 48, som är l0 15 20 25 522 362 kopplad till kolvröret 18, har invid bajonettkopplingen en tvärsnittsförstoring utgörande ett tätningsorgan 52.

Mellan drivdonshusets fläns 42 och öppning 44, fmns ett parti 54 där tvärsnittet minskas tvärt sett i riktning från flänsen 42 mot öppningen 44. Vid denna tvärsnittsförändring 54 fmns ett styrstavstätningssäte 56, vilket är avsett att mottaga nänmda tätningsorgan 52 då service skall utföras på drivdonet 2. Härvid förs styrstaven med hjälp av motom 46 till sitt nedersta läge, dvs så att tätningsorganet 52 anligger mot styrstavstätningssätet 56. Därefter lösgöres bajonettkopplingen mellan kolvröret 18 och styrstavsförlängaren 48. För att borttaga d1ivdonet2 från drivdonshuset 40, lossas ett skruvförband som håller den övre flänsen 42 förbunden med den undre flänsen 8.

Noteras bör att drivmuttern 14 är fri från kolvröret och kan således föras till sitt nedre läge även om styrstaven 50 befmner sig i sitt övre läge. Härvid har spärrlagren 20 till uppgift att hindra att styrstaven okontrollerat faller nedåt.

Figur 3 visar ett exempel på en vanlig typ av pump 58 ingående i en nukleär anläggning. Pumpen innefattar ett pumphus 60 i vilket ett pumphjul 62 är roterbart anordnat. En slitring 64 är anordnad på insidan av huset. Slitringen har en yta avsedd att anligga mot en koaxiell, ringfonnig perifer del 66 av purnphjulet 62.

Pumphjulet 62 är anslutet till en roterbar axel 68. Pumphuset 60 är försett med en tätning 70 med en yta, som anligger mot axeln 68. Åtminstone den ringformiga perifera delen 66 av purnphjulet 62, slitringens 64 yta och tätningens 70 yta riktad mot axeln är försedd med en beläggning av kristallint kol.

Figur 4 visar ett exempel på en typ av ventil 80, som vanligen ingår i en nukleär anläggning. Ventilen innefattar åtminstone en tätning 82 med en tätningsyta, 10 15 20 25 30 n n n - on 522 362 åtminstone ett glidbart organ 84 med en glidyta och åtminstone ett lager med en lageryta. Dessa ytor är försedda med en beläggning av kristallint kol.

Givetvis är den beskrivna pumpen och den beskrivna ventilen realiserbar för alla typer av pumpar och ventiler i vilka det finns delar som har behov av tätning resp lagring. Exempel på dylika pumpar är centrifugalpmnpar, skruvpumpar, kugg- hjulspumpar. Exempel på dylika ventiler är sätesventiler och kälslidsventiler.

Figur 5 visar en kärnreaktor 90 innefattande ett reaktorkärl 92, under vilket ett flertal drivdonshus 40 är anordnade. I en cirkel kring dessa är cirkulationspumpar 58 anordnade för cirkulation av kylvatten i reaktorn. Cirkulationspumpen 58 kan vara av den typ som beskrivits ovan i anslutning till figur 3, men kan givetvis utgöras av en helt annan typ av pump.

Figur 6 visar en altemativ placering av cirkulationspumpen 58 vid reaktorkärlet 92.

En cirkulationsledning 93 leder till pumpen 58, som är försedd med en ventil 80 vid dess in- resp utlopp.

Noteras bör att pumpar även för andra ändamål fmns anordnade i den nukleära anläggningen. Ett dylikt exempel är en eller flera pumpar för cirkulation av företrädesvis ett uppåtriktat spolflöde i resp drivdonshus.

Ett exempel på en metod för att belägga en yta med ett kristallint kol finns beskriven i US-A-4 382 100. Den däri beskrivna metoden innefattar placering av det objekt, som helt eller delvis skall beläggas med kristallint kol i en kammare, som evakueras.

Objektet ansluts till en elektrod. Därefter tillförs en gas, som åtminstone innehåller kol och väte. Kammaren utsätts för elektromagnetisk strålning, vilket orsakar gasen att joniseras, dvs ett plasma bildas. Det elektrodanslutna objektet kommer nu att erhålla en tillväxande beläggning av ett kiistallint kolhaltigt material. Olika 10 15 20 25 30 522 362 c o o ø u u »n möjligheter vad beträffar antalet elektroder, antalet källor för den elektromagnetiska strålningen och varianter på gasinnehåll beskrivs. Noteras bör, att metoden som beskrivs i US-A-4 328 100 endast är ett exempel på lämplig metod att användas vid rumstemperatur. Användning av joniseringsmetoder, där en hög temperatur (700 - 900°C) måste användas är mindre lämpliga, eftersom höga temperaturer kan påverka objektets materialegenskaper.

Genom beläggning av ett objekt med ett kristallint kol erhålles en mycket slitstark yta, tack vare atomära tvärbindningar, vilka ger en diamantliknande struktur, till skillnad från grafit, som är skiktat och har relativt svaga atomära bindningar mellan skikten.

Försök utan och med beläggningar av en pinne av rostfritt stål resp en platta av rostfritt stål som förs relativt varandra (s k pin-on-plate försök) har givit följande resultat vad beträffar friktionskoefficient, dels i luft, dels i vatten: Objekt av rostfritt stål Friktionskoefficient k; Plll Bm lätt Obelagd Obelagd 0,90 0,50 Obelagd Grafit 0,17 0,12 Obelagd Belagd med 0,10 0,08 laistallirit kol Belagd med Belagd med 0,03 0,06 kristallint kol luistallint kol Av ovanstående tabell framgår att grafit reducerar friktionen avsevärt, och att friktionen med en beläggning av kristallint kol är lägre än hos grafit. 10 o c o v no 522 362 9 « Q o n av Varje styrstav är ansluten till ett drivdon. Vart och ett av dessa drivdon är anslutet till en elmotor. Om varje drivdon förses med en drivmutter belagd med kristallint kol istället för med gängor av grafit, minskar friktionen enligt ovan från 0,12 till 0,08, dvs med drygt 30%. Förutom att en beläggning av kristallint kol har fördelen att den är slitstarkare och har lägre friktion än grafit, medför beläggning med kristallint kol dessutom att mindre effekt åtgår för att föra styrstavama uppåt respektive nedåt, vilket i sin tur medför att elrnotorer med lägre effekt kan monteras på respektive drivdon. Detta har stor betydelse i en kärnreaktor med 100 - 300 styrstavar.

Vid service kontrolleras förslitning av beläggningen hos de ovanstående SÉyTOIgílIlCIL

Claims (23)

10 15 20 25 30 522 362 u . ø n f; 10 PATENTKRAV

1. Styranordning avsedd att användas vid en nukleär anläggning (90) innefattande åtminstone ett axiellt rörligt medel (14, 18) anordnat att röra sig utmed åtminstone ett långsträckt organ (4, 12) via styrorgan (16, 23a, 23b, 26, 29) kännetecknad av att åtminstone ett av nämnda styrorgan har en yta försedd med en friktions- begränsande beläggning av ett kristallint kol, varvid det kristallina kolet har en diamantliknande struktur.

2. Styranordning enligt krav 1, innefattande första och andra yttre styrorgan (23a, 23b) innefattande en andra yta avsedd att åtminstone delvis anligga mot insidan av ett styrrör (4), varvid nämnda andra yta är försedd med nänmda friktionsbegränsande beläggning.

3. Styranordning enligt krav l eller 2, innefattande åtminstone ett styrorgan med en första yta avsedd att åtminstone delvis anligga mot ett relativt styranordningen rörligt kraftöverföringsorgan (10), varvid nämnda första yta är försedd med nämnda friktionsbegränsande beläggning.

4. Styranordning enligt krav 3, innefattande en mutter (14) försedd med inre gängor (16) innefattande nämnda första yta och avsedda att samverka med yttre gängor (12) på en långsträckt axel (10) innefattad i nämnda kraftöverföringsorgan.

5. Styranordning enligt krav 4, varvid nänmda mutter är en drivdonsmutter (14) försedd med nänmda första yttre styrorgan (23 a), varvid kraftöverföringsorganet är en roterbar transmissionsskruv ( 10) anordnad i nämnda styrrör (4), och varvid rotation av transmissionsskmven (10) orsakar drivdonsmuttern (14) att röra sig utmed styrröret (4). n o a a nu vn 10 15 20 25 uuu uu. u u uu uu u u u u u u uu u uu uu uu uu u uu uu u. u u uu uu uu uu u u u u u u _ u" :uu u uu uu uu u u u u. u u u u u u u .u u u u uu u u u u u uu uu u, n u u u u u uu 11

6. Styranordning enligt krav 5, varvid nämnda styrorgan innefattar ett långsträckt kolvrör (18) avsett att anslutas till ena änden av nänmda drivdonsmutter (14), varvid nämnda långsträckta kolvrör (18) är försett med nänmda andra yttre styrorgan (23b), varvid kolvröret (18) är avsett att röra sig inuti styrröret (4) genom påverkan av driv- donsmuttem (14) då transmissionsskruven (10) roteras och att kolvröret (18) vid sin andra ände är avsett att anslutas (22) till en styrstav (50) för styrning av reaktiviteten i nämnda nukleära anläggning (90).

7. Styranordning enligt något av kraven 2-7, varvid nämnda första och andra yttre styrorgan (23a, 23b) är glidbara styrorgan.

8. Styranordning enligt något av föregående krav, varvid ett drivdonshus (40) är anordnat att inrymma denna i nämnda nukleära anläggning (90).

9. Styranordning enligt något av föregående krav, varvid den friktionsbegränsande beläggningen har applicerats på respektive yta i en kammare fylld med en joníserad gas av kol och väte, och väsentligen vid rumstemperatur.

10. Drivdonsanordning för åtminstone en styrstav (50) i en nukleär anläggning (90), innefattande ett långsträckt styrrör (4) i ett drivdonshus (40) åtminstone delvis omslutande en långsträckt transmissionsslauv (10) och en med styrröret associerad d1ivdonsmutter(14), kännetecknad av att åtminstone den ena av nämnda trans- missionsskruv (10) och drivdonsmutter (14) är anordnad med ett styrorgan (16, 23a, 23b, 26, 29) försedd med en friktionsbegränsande beläggning, varvid nämnda friktionsbegränsande beläggning är av ett kristallint kol, varvid det kristallina kolet har en diamantliknande struktur. 10 15 20 25 30 - n. n. . . . .. .. 3.' n". .I .I "'Z .". . H .. . . .. . . . . . . .u u. . . . .. .. . . . .. . z . . . . . . . . . . . . - . I ß o en nu u" .nu nu oo 12

11. Drivdonsanordning enligt krav 10, varvid transmissionsskruven (10) åtminstone delvis är försedd med yttre gängor (12), och att drivdonsmuttern (14) är försedd med inre gängor (16) avsedda att samverka med transmissionssknivens gängor (12), varvid åtminstone den ena av nämnda yttre och inre gängor (12, 16) är försedd med nämnda fiiktionsbegränsande beläggning.

12. Drivdonsanordning enligt krav 11, varvid såväl transmissionsskruvens (10) som drivdonsmuttems (14) gängor är försedda med nämnda friktionsbegränsande beläggning.

13. Drivdonsanordning enligt något av kraven 10-12, varvid styrröret (4) åtminstone delvis omsluter ett långsträckt kolvrör (18) förbindbart vid sin ena ände med nämnda transmissionsskruv (10) via nämnda drivdonsmutter (14), varvid driv- donsmutterns (14) och/eller kolvrörets (18) utsida är försett med första och andra yttre glidbara styrorgan (23a, 23b) avsedda att glidbart anligga mot styrrörets (4) insida.

14. Drivdonsanordning enligt krav 13, varvid kolvröret (18) vid sin andra ände är avsett att förbindas med en styrstav (50) utanför nämnda styrrör, varvid kolvröret (18) är anordnat att vid rotation av transmissionsskruven och tillsammans med drivdonsmuttern (14) utföra en fram- och återgående rörelse i styrrörets (4) längd- riktning genom en styrrörsöppning (28) vid styrrörets (4) ena ände, varvid styrrörs- öppningen (28) är försedd med ett inre glidbart styrorgan (29) avsett att glidbart anligga mot kolvrörets (18) utsida, varvid nämnda inre glidbara styrorgan (29) är försett med nämnda fiiktionsbegränsande beläggning.

15. Drivdonsanordning enligt något av kraven 10-14, varvid transmissionsskniven (10) är försedd med ett tredje yttre styrorgan (26) avsett att glidbart anligga mot kolvrörets (18) insida, varvid nänmda tredje yttre styrorgan är försett med nänmda friktionsbegränsaride beläggning. 10 15 20 25 30 522 362 13

16. Drivdonsanordning enligt något av kraven 13-15, varvid kolvrörets (18) utsida är försedd med nänmda fiiktionsbegränsande beläggning.

17. Drivdonsanordning enligt något av kraven 13-16, varvid kolvrörets (18) insida är försedd med nämnda fiiktionsbegränsande beläggning.

18. Drivdonsanordning enligt något av kraven 10-17, innefattande ett anslutnings- organ (34) avsett att förbindas med en drivanordning (46), vilket anslutningsorgan är integrerat eller förbundet med transmissionsskruven (10), varvid anslutnings- organet är roterbart anordnat i ett i styrröret monterbart infästriingsorgan (6), och varvid nänmda infästningsorgan är försett med åtminstone en axeltätriing (32a, 32b, 32c) avsedd att glidbart anligga mot nämnda anslutningsorgan (34), varvid axel- tämingen är försedd med nämnda friktionsbegränsande beläggning.

19. Drivdonsanordning enligt krav 18, varvid nämnda anslutningsorgan (34) är försett med nämnda friktionsbegränsande beläggning.

20. Drivdonsanordning enligt något av kraven 10-19, varvid styrrörets (4) insida är försedd med nämnda friktionsbegränsande beläggning.

21. Drivdonsanordning enligt något av kraven 10-20, innefattande ett hus (40) avsett att imymma nämnda styrrör (4).

22. Drivdonsanordning enligt något av kraven 10-21, varvid den friktions- begränsande beläggningen har applicerats på resp. yta i en kammare fylld med en joniserad gas av kol och väte, och väsentligen vid rumstemperatur.

23. Nukleär anläggning innefattande en drivdonsanordning (2) enligt något av kraven 10-22.