TW574713B - Control-bar driver for a core-reactor and method to guide a control-bar into a reactor-core of a core reactor - Google Patents

Description

574713 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明) 本發明涉及核反應器（特別是沸水式反應器）用之控 制棒驅動器及使控制棒導入核反應器之核心中所用之方 法’特別是使核反應器快速關閉所用之方法。 在核反應器（特別是輕水式反應器）中，核子鏈鎖反 應之調整主要是藉由所謂控制棒來進行，控制棒導入各別 之燃料元件中或導入至各燃料元件之間且可吸收中子。這 些控制棒用來調正核反應器之功率，這例如可在反應器啓 動或正常操作時進行；若發生干擾情況時，則控制棒亦可 用來使核反應器快速地關閉。 在沸水式反應器中，控制棒通常由下方導入該反應器 壓力槽內部中所配置之反應器核心中。一控制棒驅動器配 置在反應器壓力槽之外部，藉此控制棒驅動器可使控制棒 導入或移出。在快速關閉時，控制棒可在最短時間內以液 壓方式而被放入反應器核心中。控制棒驅動器因此連接至 壓力管線（所謂Scram管線）。 DE444 1 7 5 1 C1中描述一快速關閉系統及核反應器之快 速關閉用之方法，其中各控制棒劃分成互相獨立之可控制 之組（group) 〇 控制棒驅動器2之主要構造以下將依據第4圖來描 述。第4圖是控制棒驅動器之切面圖之一部份且是其安裝 在反應器壓力槽4上之位置時之情況。由該反應器壓力槽 4只能辨認該驅動器2之一部份。 574713 控制棒驅動器2以一驅動器外殼8固定至一伸入至反 應器壓力槽4之內部空間7中之支件6上。在驅動器外殼 8上一驅動單元9設置在反應器壓力槽外部之終端側上， 該驅動單元9包含一種馬達1 0，其經由一傳動器1 2而以 一種心軸驅動器1 6來驅動該驅動軸1 4。心軸驅動器1 6 由一形成在驅動軸1 4上之心軸1 8所形成，心軸1 8由螺 母20來導引。螺母20在導引管22中受到導引且承載一 種中空活塞24，其以其依據凸緣形式所形成之下端而以 鬆動之方式座落在螺母20上。螺母20及中空活塞24經 由導引滑輪26而導引至一種對該驅動器外殼8形成同心 而配置之導引管22中。中空活塞24在其封閉之上端27 具有一種離合器28，其上固定該可運行之控制棒29，控 制棒 29只以配件方式很簡略地顯示在圖中。離合器28 因此到達反應器壓力槽之內部中。該驅動器外殻8之上部 區中（即，支件6之區域中）配置一種所謂節流軸襯3 0， 其在形成一種容許間隙空間之情況下圍繞該中空活塞 24 ° 在正常操作時，控制棒之導入及拉出係藉助於心軸驅 動器1 6來達成。在快速關閉時，一種受到很高壓力（例 如，15 0巴）之加壓流體經由壓力管線端3 2而流入，其 可使中空活塞24向上閉合而與螺母20之位置無關。由於 節流軸襯3 0及中空活塞24之間只存在著該形成一種流動 路徑所用之容許間隙空間（洩漏間隙），則可完全形成由 加壓流體所形咸之、‘壓、办丑&秦福〜傀取空…活〃塞一21加...速^二 574713 中空活塞24之凸緣25已到達該作爲制動件用之節流軸襯 3 0，則可使中空活塞24達成一種幾乎是突如其來之制動 作用。這樣所產生之力由適當之軸承所吸納且特別是由適 當大小之彈簧元件3 4所吸納，但機械負載很高。又，會 產生以下問題：在連接至壓力管線端3 2上之壓力管線開 _ 啓（open)時會產生一種壓力撞擊，其可造成過大之速度 -及很高之負載。 本發明之目的是在快速關閉時可使控制棒小心地被導 入。 本發明中該目的以具有申請專利範圍第1項特徵之控 制棒驅動器來達成。此種控制棒驅動器之設計方式是：越 過該節流軸襯而延伸之流動路徑之空著的橫切面依據控 制棒承載元件之實際位置來改變。特別是藉由節流軸襯及 以中空活塞所形成之控制棒承載元件之間之間隙來形成 該流動路徑。 本發明以下述之思考爲主：藉由對該節流軸襯上之壓 力降之適當之影響使作用在中空活塞（控制棒承載元件） 上之壓力改變且以下述方式來調整此壓力：中空活塞之 速率在導入時會改變。因此可藉由中空活塞之導入長度來 ' 形成適當之速率輪廓（profile )，其可防止危險之負載尖 -峰。這表示：特別是在中空活塞到達該慣常之終端位置之 前該速率須儘可能下降，以便在中空活塞撞擊而停止時對 該節流軸襯之碰撞力可保持很小，於是在節流軸襯及中空 活' 塞’它、贤‘藉，適"當地-邀署該-流-量格+ 574713 之位置即可達成一種導入過程，與其傳統之控制棒驅動器 比較時所造成之機械負載可大大地變小。 由於較小之負載，則可較簡易且特別短地形成另一制 動裝置（例如，彈簧元件）。整體而言可使整個控制棒驅 動器之構造長度縮短。 在另一形式中，空著的流動橫切面由移出狀態中之基 、 底位置向慣常之終端位置逐漸增大。基底位置是一種位 置’其中該控制棒已完全由反應器核心移出。藉由此種措 施’則作用在中空活塞上之壓力及中空活塞之速率均可下 降’當中空活塞接近該慣常之終端位置時。節流軸襯及中 空活塞之間該加壓流體所需之流動阻抗因此會下降，使該 加壓流體可在較小之阻抗下到達反應器壓力槽之內部。 爲了藉由簡易之構造達成可變之流量比，則在一種較 佳之形式中該控制棒承載元件須具有一種可變化之外直 徑。即，在控制棒承載元件經由該節流軸襯時此二個元件 之間之間隙由於可改變之外直徑而會自動改變。適當之方 式是使該控制棒承載元件在面向該驅動單元之下部區域 中具有較小之外直徑，以便在中空活塞到達慣常之終端位 置時該中空活塞可達成所期望之制動特性。 。 就適當之流動導引作用而言，控制棒承載元件較佳是 / 在一種變細區中持續地變細成具有較小之外直徑，使流動 阻抗持續地改變。特別是該控制棒承載元件具有一種在橫 切面中觀看時成錐形延伸之區域。 就一種適當，之凰胤嚴,.性1凤時.使各別控制變.保持異夠. 574713 快之導入而言，該控制棒承載元件只在一種指定之長度中 具有較小之直徑。 就依據該控制棒承載元件之位置來改變之流動阻抗而 言，在另一方式中或與控制棒承載元件之外直徑之減少相 結合之情況下在以中空體構成之控制棒承載元件中設有 一旁路口。一經由節流軸襯而延伸之流動路徑經由該旁路 口而對該加壓流體保持敞開（open )’但該流動路徑只有 當該旁路口在導入過程中是在節流軸襯之區域中時才有 效。且特別是當該旁路口貫穿該節流軸襯（因此是位於反 應器壓力槽之內部中）時才有效。流動阻抗之改變是依據 旁路口之大小來決定。亦可在中空體之不同之長度位置上 設有多個旁路口。 在旁路口與已減少之外直徑相結合時，該旁路口在控 制棒承載元件之變細區之中或之前係配置於已減少之外 直徑上。因此能以有利之方式在該外直徑變小之前使流量 比（ratio )改變。藉由該旁路口及已變小之外直徑之上述 二種獨立之措施，則可以簡易之方式來調整一種所期望之 速率輪廓。 適當之方式是使控制棒承載元件在該外直徑已減小之 區域中具有一種外部條片，其位於節流軸襯內部，若該控 制棒承載元件已定位在該慣常之終端位置時。 此種措施可使流動速率提高，當該中空活塞已到達該 慣常之位置時。因此可防止各污染微粒之侵入。適當之方 式是使該外部.條.片以凰形.，之，麗最 -9- 於節流軸襯之內直徑。該環條使已減小之外直徑及節流軸 襯之間所存在之間隙被包封成一種容許間隙空間。 就控制棒承載元件可靠地導引至一導引管中而言，縱 向條片較佳是配置在已減小之外直徑之區域中。縱向條片 是已減小之外直徑中斷且在徑向中延伸成一般之外直徑 (即，原來之外直徑，其未減小）。須配置此縱向條片， 使其在控制棒承載元件導入時可由導引管內部中所配置 之導引元件（特別是導引滑輪）所引導。 又，本發明中上述目的以申請專利範圍第1 1項特徵中 所述之使控制棒導入核心反應器之核心中所用之方法來 達成。其設計方式是：在導入過程中經由節流軸襯所形成 之流動阻抗對加壓流體而言可改變。 控制棒驅動器所形成之優點及相關之實施形式亦適用 於上述方法中。 本發明之實施例以下將依據圖式來說明。圖示簡單說 明： 第1圖 節流軸襯區域中一控制棒驅動器之已簡化之 切面圖，其中一控制棒承載元件位於一已移出之下 (under )基底位置及一慣常之上（upper)終端位置之間 之中間位置中。 第2圖 在慣常之上終端位置時第1圖之以切面來表 示之控制棒驅動器。 第3圖 外直徑已減小之區域（其包含縱向條片）中 1¾.¾ fij 。….….... ，…一. -1 0 - 574713 第4圖 傳統構造形式之控制棒驅動器。 各圖示中相同作用之零件以相同之參考符號來表示， 特別是第1，2圖中與第3圖傳統式控制棒驅動器中作用 相同之零件亦使用相同之參考符號。 第1，2圖中一以中空活塞構成之控制棒承載元件40 ^ 藉由節流軸襯30來引導。節流軸襯30及控制棒承載元件 · 40配置在驅動器外殼8 (此處只簡單地示出）之內部。節 流軸襯3 0只配置在支件6之區域中（第4圖），因此只 經由控制棒承載元件40之較短之長度而延伸。壓力管線 端3 2在側面上注入該驅動器外殻8中。 第1圖中該控制棒承載元件4 0位於下基底位置及第2 圖所示之慣常之上終端位置之間之中間位置中。在基底位 置中該控制棒承載元件40之已閉合之上端27大約與節流 軸襯30之上端相齊平。 控制棒承載元件4 0由其下方之敞開區延伸至其上方之 已閉合之終端27。 由於控制棒承載元件40所關閉之中空區46具有一種相 同之內直徑，控制棒承載元件40之外直徑隨其長度而改 變。只要節流軸襯30.及控制棒承載元件40之間之相對位 — 置改變，則節流軸襯30及控制棒承載元件40之間所存在 i 之間隙之寬度即會改變。因此可由反應器壓力槽7之內部 空間7中該驅動器外殼8之內部來形成一種流動路徑 42，其空著的橫切面依據控制棒承載元件40之位置而改 變。控制棒承載元件40在其上部終端27之區域中0此具 -11- 574713 有最大之外直徑，其保持在其總長度之一部份中。該控制 棒承載元件4 0然後在變細區4 8中持續地變細成較小之外 直徑至凸緣25爲止。外直徑之變小是藉由控制棒承載元 件40之壁變薄來達成。 此外，本實施例中控制棒承載元件40具有一種旁路口 5 2，其配置在變細區4 8上方之區域中且特別是連接至該 區。因此，在控制棒承載元件4 0於適當位置時，加壓流 體用之經由內部空間46之另一流動路徑是藉由控制棒承 載元件40之壁而形成在反應器壓力槽4之內部空間4 中。旁路口之配置未必需要。 大約在變細區48及凸緣25之間之中央處配置一種環形 之環條5 0，其外直徑大約等於控制棒承載元件4 0之上部 區中最大之外直徑。由第2圖可知，須配置該該環條50， 使其位於節流軸襯3 0之上部末端上，當該控制棒承載元 件40定位在慣常之上部終端位置時。凸緣25因此用作抗 撞擊件，藉此使控制棒承載元件4 0在導入時固定至該節 流軸襯30。 由於控制棒承載元件40之特殊造形（其具有可變之外 直徑及上述之旁路口 5 2 )’則對加壓流體而言該流動阻 抗會改變，該加壓流體依據該控制棒承載元件4 0實際所 佔有之位置而經過該節流軸襯3 0以流至反應器壓力槽4 之內部空間7中。 在快速關閉時’加壓流體經由壓力管線端32而流入’ 流動λ路<，徑....、4.,2·、,.虫‘，於.其，較 中.··S,有 -12- 574713 一部份可由流動路徑42漏出。該控制棒承載元件40由於 較高之壓力而受到很大之加速且以較高之速率向上運 行。若該控制棒承載元件40到達第1圖所示之中央位置， 則該流動阻抗逐漸變小，即，控制棒承載元件40上所作 用之壓力變小，使控制棒承載元件4 0整體被停住。流動 ~ 阻抗之降低首先經由旁路口 5 2來達成，旁路口 5 2使該加 · 壓流體之過多（over )之流體由中空區46流至流動路徑 42中且由該處又流至反應器壓力槽4之內部空間中。若 該控制棒承載元件4 0繼續向上運行，則該旁路口 5 2可使 加壓流體直接由中空區4 6溢流至內部空間中。 流動阻抗然後在變細區4 8中另外藉由外直徑之減小來 達成。由於持續地變細，則控制棒承載元件4 0之速率同 樣亦持續地均勻地變小。該外直徑持續地改變（即，該流 動阻抗持續地改變）對一儘可能均勻且無後退之導入過程 (其中材料受到小心之保護）而言是有利的。若變細區 48已通過該節流軸襯3〇，則該控制棒承載元件4〇以較小 之固定速率經由最後之路徑而被帶領至慣常之上方終端 位置中（第2圖）。 只要環條5 0進入該流動路徑42中，則其流動阻抗又增 ’ 大且因此使流出速率亦增大，於是可達成一種不受污染之 i 流動。經由該旁路口 52之流動路徑又敞開（open )。

在導入過程中爲了確保該控制棒承載元件40能可靠地 受到導引’則各縱向條片54須配置在該外直徑已變小之 區域中’如第3圖、叛示〜。木實.J担肩„虫存，在二..·、個J -13- 574713 向條片5 4，其界定一種外直徑’該外直徑特別是等於變 細區4 8之前該控制棒承載元件4 0之一般之外直徑。利用 此種縱向條片54，則該控制棒承載元件40在第4圖所示 之導引管22內部中能可靠地導引至節流軸襯30之區域中 所設之導引滑輪26上。各縱向條片54亦可在需要時由軌 道所形成。 利用本發明之裝置，則能以簡易之措施依據各控制棒 承載元件40之位置來調整各控制棒承載元件40之導入速 率。這樣特別是可使控制棒承載元件40在到達該慣常之 終端位置之前受到適當之制動作用。又，這樣可藉由該加 壓流體在流入過程中所形成之壓力尖峰而使一與系統有 關之過（over)速率下降。由於上述之措施，則該控制棒 驅動器之各構件（特別是制動用之構件，例如，彈簧元件 3 4 (第4圖））所受之負載較傳統式中者小很多。這樣在 整體上可使制動過程所需之各構件之設計較傳統式更簡 化且與傳統式相比較時各構件之長度可縮短，此乃因可由 彈簧元件34所吸引之力較小而可使彈簧元件34縮短。 第1’ 2圖中所示之原理較佳是用在沸水式反應器之控 制棒驅動器2中’如第4圖所示。第4圖所示之控制棒驅 動器2因此作如下所述之修改：使用第1至3圖中所示之 控制棒承載元件4 0以取代第4圖所示之中空活塞2 4 (其 外直徑保持相同）。

Claims (1)

1. 574713 92,5. ，；'； ：ϊ；； : Λ ： · 广、· : ^ 1 '丨 丨 拾、申請專利範圍 ........'一 第9 1 1 3 5 8 6 8號「核反應器用之控制棒驅動器及使 導入核反應器之核心中所用之方法」專利案 (92年5月修正） 1 · 一種核反應器用之控制棒驅動器（2 )，特別是 水式反應器中且具有一種驅動器外殼（8 )，外 中一控制棒承載元件（40 )可在一基底位置及 之終端位置之間運行，該控制棒承載元件（40 部份被導入一種節流軸襯（3 0 )中且其下端（ 與一驅動單元（9 )共同作用，其特徵爲··設有 該節流軸襯（3 0 )而延伸之用於加壓流體之流 (42 )，其空著的流動橫切面隨著該控制棒承 (40)之實際位置而改變。 2 ·如申請專利範圍第1項之控制棒驅動器（2 )， 空著的流動橫切面由基底位置向一種慣常之終 而逐漸變大。 3 ·如申請專利範圍第1 項之控制棒驅動器（2 ) 該控制棒承載元件（40 )具有一可改變之外直徑 4 ·如申請專利範圍第3項之控制棒驅動器（2 )， 控制棒承載元件（40 )在一種面向該驅動單元（ 下部區中具有已減小之外直'徑。 5 ·如申請專利範圍第 4項之控制棒驅動器（2 ) 控制棒 用於沸 殼（8 ) 一慣常 )之一 25 )是 一經由 動路徑 載元件 其中該 端位置 ，其中 〇 其中該 :9 )之 ，其中 -15- 574713 該控制棒承載元件（4 Ο )在一種變細區（4 8 )中持續 地變細成該已減小之外直徑。 6.如申請專利範圍第4或5項之控制棒驅動器（2 )，其 中該控制棒承載元件（40 )只在其長度之一部份中同 樣具有該已變小之外直徑。 7 .如申請專利範圍第1、3、4或5項之控制棒驅動器（2 )， 其中該控制棒承載元件（40 )以中空活塞構成，其壁 中具有至少一旁路口 （ 5 2 )。 8.如申請專利範圍第 7項之控制棒驅動器（2 )，其中 該旁路口（ 5 2 )在控制棒承載元件（4 0 )之變細區（4 8 ) 之中或之前之區域中配置在已減小之外直徑上。 9 .如申請專利範圍第1、4或5項之控制棒驅動器（2 )， 其中該控制棒承載元件（4 0 )在該外直徑已變小之區 域中具有一種外部條片（5 0 )，其位於節流軸襯（3 0 ) 之內部中，當該控制棒承載元件（40 )定位在該慣常 之終端位置中時。 1 〇.如申請專利範圍第 9項之控制棒驅動器（2 )，其中 該外部條片以環形之環條（5 0 )構成，其外直徑等於 節流軸襯（3 0 )之內直徑。 1 1 .如申請專利範圍第4或5項之控制棒驅動器（2 )， 其中該外直徑已減小之區域中配置縱向條片（5 4 )。 1 2 . —種使控制棒（2 9 )導入核反應器之核心中所用之方 法，特別是使核反應器快速關閉所用之方法，一控制 -16- 574713 棒承載元件（40 )承載該控制棒（29 )且一部份係導 入一種節流軸襯（30 )中，該控制棒承載元件（40 ) 以液壓藉由加壓流體而運行，其特徵爲：一由節流軸 襯（3 0 )所形成之流動阻抗對該加壓流體而言會改變。

   -17-