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Regel- oder Absorberstabantrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen
Regel- oder Absorberstabantrieb für Kernreaktoren, insbesondere für Siedewasserreaktoren,
bei dem ein pneumatischer und hydraulischer Antrieb mit einer mechanischen Steuervorrichtung
versehen ist, die konzentrisch in einer Baulänge mit dem hydraulischen oder pneumatischen
Antrieb vereinigt ist, und bei dem der Hydraulikkolben fest mit dem Stab verbunden
ist.
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Es ist ein Regelstabantrieb für Kernreaktoren bekanntgeworden, bei
dem ein pneumatischer bzw. hydraulischer Antrieb konzentrisch mit einer mechanischen
Steuervorrichtung vereinigt ist. Dabei sind beide Systeme in einer Baulänge unter
dem Reaktordruckgefäß angeordnet. Als Kraftübertragungsmittel für die Hydraulik
oder Pneumatik dient das gleiche Medium, das im Reaktorkern als Kühl- bzw. Moderatormittel
Verwendung findet.
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Ferner ist ein Antrieb bekannt, bei dem zwischen dem hydraulischen
oder pneumatischen System einerseits und dem Reaktordruckgefäß andererseits spaltförmige
Öffnungen bestehen, so daß während des Betriebes das Reaktorkühlmittel in einem
Kreislauf ständig durch die Verbindungen und das Antriebssystem strömt.
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Beide bekannte Antriebe erfüllen jedoch bezüglich der Sicherheit bei
Notabschaltungen nicht alle an sie zu stellenden Anforderungen.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Regel-oder Absorberstabantrieb
zu schaffen, der auch bei Notabschaltungen schnell und sicher funktioniert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mechanische
Steuervorrichtung aus einer feststehenden Zahnstange mit zwei gegeneinander um eine
halbe Zahnlänge versetzten Zahnreihen, aus mittels mehrerer Federn an die Zähne
der Zahnstange angepreßter Klauen, die beweglich am Kolben des hydraulischen Antriebes
befestigt sind, sowie einer im hydraulischen System axial feststehenden um ihre
Längsachse in beiden Richtungen drehbare Schaltstange besteht, welche mit zwei Längsnuten
versehen ist, die in die Führungsleisten der Klauen eingreifen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in F i g. 1 ein Schaltschema
für den Regel- oder Absorberstabantrieb mit einem Absorberstab in einem Reaktorkern
schematisch dargestellt; F i g. 2 zeigt schematisch eine Ausführung eines Regel-
oder Absorberstabes; in F i g. 2 a ist der untere Teil für den Regelstabantrieb
nach F i g. 2 dargestellt; F i g. 3 a und b sind Schnitte aus der F i g. 2 a; F
i g. 3 c ist ein Teilschnitt aus der F i g. 3b. In F i g. 1 ist im Reaktordruckgefäß
1 ein Reaktorkern 2 mit einem Regel- oder Absorberstab 3 angeordnet, wobei am unteren
Teil des Reaktordruckgefäßes 1 in einem Antriebsgehäuse 4 ein Hohlkolben 5 des hydraulischen
Antriebsystems dargestellt ist. Der Hohlkolben 5 ist mit dem Absorberstab 3 fest
verbunden. Oberhalb des Hohlkolbens 5 befindet sich der Bremsraum 6, welcher mit
dem Reaktorgefäß 1 durch düsen- oder spaltförmige Öffnungen verbunden ist. Vom Bremsraum
6 zum Raum 7, der sich unterhalb des Hohlkolbens 5 befindet, sind entlang desselben
ebenfalls spalt- oder düsenförmige Öffnungen vorhanden. Der durch den Kern erzeugte
Dampf wird durch die Dampfabführungsleitung 8 auf einen in der F i g. 1 nicht dargestellten
Wärmetauscher oder auf eine Turbine gegeben. Über die Leitung 9 wird das Kondensat
aus dem Wärmetauscher oder aus der Turbine dem untersten Reaktorraum zugeführt.
Ein Teil des in der Leitung 9 befindlichen Kondensats kann über ein Ventil
10 dem Regelatabantrieb zugeführt werden. Auf Grund des in der Leitung 9
gegenüber dem Reaktor herrschenden überdrucks bildet sich ein Kreislauf aus der
Leitung 9 über Ventil 10 durch die Räume 7 und 6 sowie durch die entsprechenden
spaltförmigen Öffnungen zum Reaktorgefäß 1 aus. Durch den ständigen Kühlmitteldurchfluß
durch die Hydraulik wird eine Temperaturangleichung bewirkt. Soll der Regelstab
langsam eingefahren werden, so wird mit Hilfe der Pumpe 11 aus der Leitung 9 Kondensatflüssigkeit
über das Ventil 12 in die Hydraulik geführt, wodurch der Hohlkolben 5 aufwärts bewegt
wird. Alle übrigen Ventile, die aus dem Schema ersichtlich sind, sind für diesen
Regelvorgang geschlossen.
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Soll eine Schnellabschaltung erfolgen, so wird durch nicht näher dargestellte
Schaltmittel ein im Drucktank 13 befindliches Gaspolster zur Expansion gebracht
und treibt eine in diesem Drucktank befinliche Flüssigkeit, die dem Moderatormittel
entspricht, über ein für diesen Zweck geöffnetes Ventil 14 in die
Hydraulik
und bewirkt damit ein Schnelleinfahren des Hohlkolbens 5 und damit des Regelstabes
3. Für diesen Schnellabschaltprozeß werden alle übrigen Ventile geschlossen. Eine
zweite Einfahrmöglichkeit, welche von der oben beschriebenen unabhängig ist, besteht
darin, daß an den Bremsraum 6 eine Leitung über ein Ventil 15 mit einem Flüssigkeitstank
16 verbunden ist, in dem ein gegenüber dem Reaktorsystem niedrigerer Druck herrscht,
beispielsweise Atmosphärendruck. Wird das Ventil 15 zum Einfahren des Stabes
geöffnet, so wird auch gleichzeitig das Ventil 10 geöffnet, während alle übrigen
Ventile geschlossen sind. In dem Raum 6 bildet. sich somit ein dem Drucktank 16
entsprechender niedriger Druck aus, während im Raum 7 ein Überdruck herrscht; infolgedessen
kann der Hohlkolben 5 durch den im Raum 7 befindlichen Überdruck in das Reaktorgefäß
eingefahren werden. Da das Ventil 10 geöffnet ist, kann die entsprechend
notwendige Menge der Antriebsflüssigkeit aus der Leitung 9 nachströmen. Das Ausfahren
des Regel- oder Absorberstabes erfolgt im.Normalbetrieb mit Hilfe der Schwerkraft.
Darüber hinaus ist jedoch noch die Möglichkeit gegeben, die Abwärtsbewegung mit
Hilfe der Hydraulik zusätzlich zu bewirken.
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- Aus der Leitung 9 wird für diesen Fall durch die Pumpe 11-Kondensatflüssigkeit
angesaugt und über ein Ventil 17 dem Bremsraum 6 zugeführt, der dadurch eine Abwärtsbewegung
des Hohlkolbens 5 bewirkt. Für diesen Fall muß das Ventil 10 geöffnet werden,
während alle übrigen im Schema dargestellten Ventile geschlossen bleiben. Der gleich
Vorgang kann mit Hilfe eines Ventils 18 und des Tanks 16 erfolgen. Wird das Ventil
18 geöffnet, so ergibt sich im Raum 7 ein Unterdruck, der die Abwärtsbewegung des
Hohlkolbens bewirkt. Für diesen Prozeß bleiben alle übrigen Ventile geschlossen.
Für diesen Vorgang wird die Pumpe 11 nicht benötigt.
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In der F i g. 2 befindet sich der Regel- oder Absorberstabantrieb
in einem Gehäuse 4, welches mit dem Reaktordruckgefäß 1 verbunden ist. Der Hohlkolben
5 befindet sich im Gehäuse 4 und ist über den Hohlkolbenschaft 19 mit dem Absorberstab
3 verbunden. Oberhalb des Hohlkolbens 5 befindet sich der Bremsraum 6, während sich
unterhalb des Hohlkolbens 5 und in dem Hohlkolbenschaft 19 der Raum 7 befindet.
Die F i g. 2 gibt eine Stabstellung im ausgefahrenen Zustand wieder, dabei befindet
sich der Regelstab 3 in unterster Stellung und trennt den Raum 6 mit Hilfe einer
konischen Dichtung 20 vom Reaktorraum ab. Die Dichtung 20 ermöglicht den Aus- oder
Umbau des Regelstabantriebs durch Lösen einer Schraube 21, ohne daß die Reaktorflüssigkeit
abgelassen werden muß. Innerhalb des hydraulischen Antriebsystems ist eine an sich
feststehende Zahnstange 22 mit zwei gegeneinander um halbe Zahnlängen versetzte
Zahnreihen 23 und 24 versehen. Am unteren Ende des mit dem Absorberstab 3 verbundenen
Hohlkolbens 5 sind zwei Klauen 25 und 26 beweglich befestigt, welche mittels mehrerer
Federn 27 (F i g. 3 a) gegen die beiden Zahnreihen 23, 24 der Zahnstange 22 wirken.
Im hydraulischen System ist eine axial feststehende wechselseitig drehbare Schaltstange
28 angeordnet, welche mit zwei Längsnuten 29, 30 versehen ist. Die Führungsleisten
31, 32 der Klauen 25, 26 greifen in die Längsnuten 29, 30 ein.
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Die F i g. 2 a schließt an F i g. 2 bei Z-Z an und ist mit Ausnahme
des Teilschnittes E, F, G, H und K in gleicher Schnittlage E, F, G; H, I
und J. Der Teilschnitt E, F, G, H, K stellt die- Teile der Positionen 22,
25, 28 und 5 in Ansicht dar, die in F i g. 2 a im Schnitt wiedergegeben sind. In
sämtlichen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet. Die Bewegung
der Schaltstange 28 erfolgt mit Hilfe eines wechselseitig hydraulisch betätigbaren
Kolbens 33,. wobei dessen Bewegung mit Hilfe einer im Kolben eingefrästen Zahnreihe
34 auf einen Zahnkranz 35 der Schaltstange 28 übertragen wird. Der wechselseitig
betätigbare Kolben 33 (F i g. 3 b) besitzt für den Antrieb der Schaltstange 28 zwei
Zuführungen 36 und 37 zu einem nicht näher dargestellten Drucktank, wobei beide
Zuführungen mit Rückschlagventilen 38 sowie 39 versehen sind, so daß die Antriebsflüssigkeit
für den Kolben 33 nur in das Absorberstabantriebsystem (Raum 6 und 7) fließen kann.
Zwischen dem Kolben 33 und dem benachbarten hydraulischen Absorberstabantriebsystem
befinden sich Leckagen, so daß bei einer wechselseitigen Betätigung des Kolbens
33 die in dem jeweils gegenüberliegenden Teil des Kolbens befindliche Flüssigkeit
in das hydraulische System des Absorberstabantriebsystems abgeführt werden kann.
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Aus den F i g. 2 a, 3 b und 3 c ist eine zweite Sicherheitsvorrichtung
ersichtlich, welche von der ersten unabhängig arbeitet. Ein hydraulisch betätigbarer
Kolben 40, welcher mit Rasten 41 versehen ist, wirkt auf eine Zahnstange 42, die
am unteren Ende des Hohlkolbens 5 fest angeordnet ist und welche nur dann durch
den Kolben 40 festgehalten werden kann, wenn der Druck im zugehörigen Schnellabschalttank
13 (F i g.1) nach einer erfolgten Schnellabschaltung auf den Reaktordruck abgefallen
ist. Da die Hydraulik der zweiten Sicherheitsvorrichtung mit der Hydraulik für das
Schnelleinfahren des Regelstabes 3 über eine Leitung 43 mit einem nicht dargestellten
Magnetventil verbunden ist, kann das Ausfahren des Absorberstabes 3 aus dem Reaktorkern
2 nur dann erfolgen, wenn im Schnellabschalttank 13 ein genügend hoher Druck vorhanden
ist. Die Zahnstange 42 der zweiten Sicherheitsvorrichtung befindet sich in der Zuführungsleitung
44 des hydraulischen Systems. Am unteren Ende der Zahnstange 42 befindet sich ein
Magnet 45 zur Stabstellungsanzeige. Ihm gegenüber sind mehrere in einer Reihe angeordnete
Empfangsglieder 46, beispielsweise magnetische Empfangsglieder, gelagert. Die Leitungen,
die in der F i g.1 durch Ventile 10, 12, 14 und 18 gekennzeichnet sind, führen in
die in F i g. 2 a dargestellte Zuführungsleitung 44. Die durch die Ventile 15 und
17 gekennzeichneten Leitungen gehen in die Leitung 47 (F i g. 2 a) über.
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Die Bewegung des Absorberstabes erfolgt beim Einfahren des Absorber-
oder Regelstabes nach dem hydraulischen Prinzip, während das Ausfahren des Regelstabes
aus dem Reaktorkern mittels einer kombinierten Wirkungsweise zwischen einem hydraulischen
und einem mechanischen Prinzip erfolgt. Die Sicherung gegen ein Zurückfallen des
Absorberstabes wird gemäß der Erfindung durch die Zahnstange 22 mit den Klauen 25
und 26 bewirkt. Eine Rückführung des Stabes kann nur mit Hilfe der reversierbar
wirkenden Schaltstange 28 erfolgen, welche auf die Klauen 25 und 26 wirkt, die gegen
die Zahnstange 22 eingerastet sind. Zur weiteren Sicherung gegen ein vollständiges
Zurückfallen ist die Zahnstange 22 und sind die Klauen 25 und 26- so angeordnet,
daß der Absorberstab 3 nur eine halbe Zahnlänge abwärts gleiten kann, wenn die Schaltstange
28 eine solche
Bewegung freigibt. Außerdem kann die obengenannte
zweite Sicherheitsvorrichtung mit der Zahnstange 42 in jeder beliebigen Stellung
des Steuerstabes 3 ebenfalls zum Einsatz gebracht werden, indem das nicht dargestellte
Magnetventil in der Leitung 43 betätigt wird. Dadurch wird die unter Druck des Drucktanks
13 stehende und auf den Kolben 40 wirkende Flüssigkeit in einen nicht näher dargestellten
Behälter abgelassen, so daß der Kolben durch die Federn 52 gegen die Zahnstange
42 zum Eingriff kommt. Die mechanisch wirkende Sicherheitseinrichtung ist innerhalb
des hydraulischen Antriebs untergebracht.
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Zur hydraulischen Abbremsung des in Bewegung befindlichen Kolbens
5 mit Regelstab 3 dient der Bremsraum 6. Die in Bremsraum 6 sich befindende Flüssigkeit
wird durch den Spalt zwischen Hohlkolbenschaft 19 und Führungsbüchse 50 gedrängt.
Kurz vor Ende der Hubbewegung stößt der Kolben 5 auf eine Büchse 51 auf, während
der Druck unter dem Hohlkolben 5 bzw. im Hohlkolbenschaft 19 durch einen Schlitz
48 oberhalb der Büchse 50 zum Reaktordruckgefäß durch die Zahnstange 22 freigegeben
wird. Der Schlitz 48 wird unterhalb der Buchse 50 von der Zahnstange 22 überdeckt.
Die den bewegten Massen verbleibende kinetische Energie wird durch Flüssigkeitsverdrängung
mittels der vom Hohlkolben 5 bewegten Buchse 51 aufgefangen. Hiermit wird erreicht,
daß der im Drucktank 13 ständig vorhandene Druck nicht dem jeweiligen Reaktorbetriebsdruck
angepaßt werden muß, da eine stets ausreichende Bremsung erzielt wird, unabhängig
davon, bei welchem Reaktorbetriebsdruck eine Schnellabschaltung erfolgt. Diese Bremsung
ist auch dann wirksam, wenn die Schnellabschaltung durch Öffnen des Ventils 15 (F
i g. 1) bewirkt wird, wie bereits oben beschrieben.
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Der Regel- und Absorberstabantrieb eignet sich auch für gasgekühlte
Reaktoren. In diesen Fällen erfolgt der Stabantrieb mit dem gasförmigen Kühl-oder
Moderatormittel.