CH668850A5 - CORE REACTOR WITH A REACTOR CORE ADJUSTABLE BY CONTROL STAFF. - Google Patents
CORE REACTOR WITH A REACTOR CORE ADJUSTABLE BY CONTROL STAFF. Download PDFInfo
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Description
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem durch Steuerstäbe regelbaren Reaktorkern in einem Reaktordruckbehälter, der ein flüssiges Kühlmittel enthält, und mit einer Einrichtung zum Bewegen und Positionieren der Steuerstäbe, die mit dem Kühlmittel beaufschlagte Kolben-Zylinder-Aggregate umfasst, bei denen sich Stufenabschnitte von Kolben und Zylinder mit engeren und weiteren Spalten gegenüberstehen. The invention relates to a nuclear reactor having a reactor core which can be regulated by control rods in a reactor pressure vessel which contains a liquid coolant, and a device for moving and positioning the control rods which comprises piston-cylinder units which are acted on by the coolant and in which step sections of pistons and face cylinders with narrower and wider gaps.
Bei Steuereinrichtungen der oben genannten Art sind die Leitungen und Ventile, die die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Aggregate steuern, deswegen eine Schwachstelle, weil Leckstellen zu einer Abschaltung des Kernreaktors führen, da ein Kühlmittelverlust droht. Die genannten Leitungen und Ventile stehen unter dem vollen Reaktordruck, so dass Reparaturen zur Verbesserung der Dichtigkeit im Betrieb des Kernreaktors kaum möglich sind. In control devices of the type mentioned above, the lines and valves which control the application of the piston-cylinder units are a weak point because leaks lead to the nuclear reactor being switched off because there is a risk of loss of coolant. The lines and valves mentioned are under full reactor pressure, so that repairs to improve the tightness in the operation of the nuclear reactor are hardly possible.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Dichtigkeit eines Kernreaktors der eingangs genannten Art zu verbessern, um die Gefahr von unerwünschten Abschaltungen zu verringern, und gleichzeitig die Steuerorgane optimal zu vereinfachen. The invention is based on the object of improving the tightness of a nuclear reactor of the type mentioned at the outset in order to reduce the risk of undesired shutdowns and at the same time to optimally simplify the control members.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass mehrere Aggregate über jeweils eine einzige Steuerleitung mit einem Ventilblock verbunden sind, in dem Steuerventile zur Betätigung der Aggregate zusammengefasst und mit einer gemeinsamen Treibpumpe für das Kühlmittel verbunden sind, und dass der Ventilblock mit allen das Kühlmittel führenden Steuerleitungen in einem dichten metallischen Einschluss mit dem Reaktordruckbehälter untergebracht ist. According to the invention, it is provided that several units are each connected to a valve block via a single control line, in which control valves for actuating the units are combined and connected to a common propellant pump for the coolant, and that the valve block with all control lines carrying the coolant are sealed metallic inclusion is housed with the reactor pressure vessel.
Bei der Erfindung wird die Lösung der genannten Aufgabe gleichzeitig auf zwei Wegen angegangen. Einmal ergibt sich durch die Führung der Leitungen und die Zusammenfassung mit einem Ventilblock eine Verringerung der Gefahr von Undichtigkeiten. Zum anderen ist durch den dichten metallischen Einschluss mit dem Reaktordruckbehälter sichergestellt, dass Undichtigkeiten an der Hydraulik nicht zu einem Kühlmittelaustritt aus dem Primärsystem des Reaktors führen. Deshalb kann der Betrieb des Reaktors weitergehen, weil das hydraulische Antriebssystem der Steuerstäbe in der vorgeschlagenen Ausführungsform gegen Undichtigkeiten praktisch unempfindlich ist. In the invention, the solution to the stated problem is tackled simultaneously in two ways. Firstly, the routing of the lines and the combination with a valve block reduce the risk of leaks. On the other hand, the tight metallic enclosure with the reactor pressure vessel ensures that leaks in the hydraulics do not lead to coolant leakage from the primary system of the reactor. Therefore, the operation of the reactor can continue because the hydraulic drive system of the control rods in the proposed embodiment is practically insensitive to leaks.
Die Erfindung kann im Prinzip so verwirklicht werden, dass alle Teile zur hydraulischen Betätigung innerhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet sind. Der Ventilblock ist am Reaktordruckbehälter befestigt und durch eine besondere Öffnung mit dessen Innenraum in Verbindung. Dabei kann der Ventilblock selbst für die erforderliche Dichtigkeit In principle, the invention can be implemented in such a way that all parts for hydraulic actuation are arranged within the reactor pressure vessel. The valve block is attached to the reactor pressure vessel and communicates with its interior through a special opening. The valve block itself can provide the required tightness
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des Reaktordruckbehälters durch einen Verschluss der besonderen Öffnung sorgen. Zusätzlich kann man aber auch vorsehen, dass der Ventilblock mit einer die Öffnung überdeckenden Haube umgeben ist. Für beide Ausführungsformen ist es günstig, wenn der Ventilblock als im wesentlichen zylindrischer Stahlkörper unmittelbar am Reaktordruckbehälter angeflanscht ist und parallele, je einem Aggregat zugeordnete Längsbohrungen aufweist, in welche radial von aussen mechanische Teile der Steuerventile eingreifen, während die magnetischen Antriebselemente der Ventile am Aussenumfang des Ventilblockes zugänglich und im Trocknen angeordnet sind. the reactor pressure vessel by closing the special opening. In addition, it can also be provided that the valve block is surrounded by a hood covering the opening. For both embodiments, it is advantageous if the valve block is flanged directly to the reactor pressure vessel as an essentially cylindrical steel body and has parallel longitudinal bores, each associated with an assembly, into which mechanical parts of the control valves engage radially from the outside, while the magnetic drive elements of the valves on the outer circumference of the Valve block accessible and arranged in the drying.
Der Ventilblock kann vorteilhaft.mit der Treibpumpe zusammengebaut sein, um druckführende Zwischenleitungen zu vermeiden. Die Anordnung der Treibpumpe kann in der Weise erfolgen, dass der Steuerstab durch einen von der Pumpe erzeugten Unterdruck gegenüber dem Primärdruck angehoben wird, oder durch einen entsprechenden Überdruck. Hier ist nur auf die letztere Art Bezug genommen, da sie sicherheitstechnisch überlegen ist. The valve block can advantageously be assembled with the drive pump in order to avoid pressure-carrying intermediate lines. The drive pump can be arranged in such a way that the control rod is raised in relation to the primary pressure by a negative pressure generated by the pump, or by a corresponding positive pressure. Only the latter type is referred to here, since it is superior in terms of safety.
Eine sowohl in räumlicher Hinsicht als auch in bezug auf die Ausfallsicherheit besonders günstige Ausführungsform besteht darin, dass die Treibpumpe eine unmittelbar auf den Ventilblock aufgesetzte Spaltrohrpumpe mit einem zentralen Ansaugkanal ist, in deren Druckraum in ringförmiger Verteilung die zu den Aggregaten führenden Längsbohrungen am Umfang des Ventilblocks münden. Der Ventilblock bildet dann ein Element, das alle wesentlichen Leitungen in Form von internen Bohrungen enthält, so dass Kühlmittelverluste nach aussen kaum möglich sind. Ausserdem ist ein solcher Ventilblock als kompaktes Bauelement mit erträglichem Aufwand austauschbar. Im Störfall kann deshalb schnell für Abhilfe gesorgt werden. A particularly favorable embodiment, both in terms of space and in terms of reliability, is that the drive pump is a canned pump with a central suction channel placed directly on the valve block, in the pressure chamber of which the longitudinal bores on the circumference of the valve block leading to the units in an annular distribution flow out. The valve block then forms an element that contains all the essential lines in the form of internal bores, so that coolant losses to the outside are hardly possible. In addition, such a valve block can be exchanged as a compact component with a tolerable effort. In the event of a malfunction, remedial action can be taken quickly.
Bei der vorgeschlagenen Anordnung sind jedem Aggregat zwei parallel in der Steuerleitung sitzende Steuerventile zugeordnet, die mit den Eng- und Weitstellen des Kolben-Zylinder-Aggregates zusammen wirken. Bei Stäben, die keine Zwischenpositionen anfahren sollen zwischen oberster und unterster Lage, genügt ein einziges Steuerventil. In the proposed arrangement, each unit is assigned two control valves located in parallel in the control line, which cooperate with the constriction and extension of the piston-cylinder unit. A single control valve is sufficient for bars that should not move to intermediate positions between the top and bottom position.
Sind beide Steuerventile geschlossen, so wird die betreffende Leitung nur von einem minimalen, durch einen kleinen Bypass bzw. gewollte Ventil-Undichtheiten bestimmten Spülstrom durchflössen. Dieser kleine Spülstrom passiert das Spiel zwischen Stufen-Kolben und Zylinder im Hubaggregat ohne nennenswerten Druckabfall, so dass der Steuerstab in der untersten Position sitzen bleibt. If both control valves are closed, only a minimal flushing flow determined by a small bypass or deliberate valve leaks flows through the line in question. This small flushing flow passes through the play between the stepped piston and the cylinder in the lifting unit without any appreciable drop in pressure, so that the control rod remains in the lowest position.
Durch das Öffnen des ersten der beiden Steuerventile (Halteventil) steigt der Durchfluss durch die Steuerleitung auf einen solchen Wert an, dass sich in den Engstellen des Kolben-Zylinder-Aggregates der zum Anheben des Steuerstabes notwendige Druck aufbaut. Der Stab hält seine Position jeweils am oberen Ende einer Engstelle, wird sich der aber nicht über die nächste Weitstelle hinaus anheben. When the first of the two control valves (holding valve) is opened, the flow through the control line increases to such a value that the pressure required to raise the control rod builds up in the constrictions of the piston-cylinder unit. The staff keeps its position at the upper end of a constriction, but will not raise it beyond the next extension.
Das Öffnen auch des zweiten Steuerventils (Hubventil) steigert den Durchfluss durch die Steuerleitung so weit, dass auch in den Weitstellen der volle Hubdruck erreicht wird. Der Steuerstab bewegt sich nach oben, solange dieses Hubventil offen bleibt. Opening the second control valve (lift valve) increases the flow through the control line to such an extent that the full lift pressure is also reached in the extension. The control rod moves up as long as this lift valve remains open.
Das Einfahren der Steuerstäbe aus beliebiger Position erfolgt durch Schwerkraftwirkung bei geschlossenem Hub-und Halteventil, also bei abgesperrter Steuerleitung. Das im Hubaggregat befindliche Wasser wird durch das Stabgewicht durch die Kolbenspalten gequetscht. The control rods are retracted from any position by the action of gravity when the lift and hold valve is closed, that is to say when the control line is shut off. The water in the lifting unit is squeezed through the piston gaps by the weight of the rod.
Die dadurch erzielte Senkgeschwindigkeit reicht in vielen Fällen nicht aus. Um sie zu erhöhen, kann der Saug- und Druckraum der Treibpumpe kurzgeschlossen werden. Dadurch bricht der Treibpumpendruck teilweise zusammen und das im Hubaggregat befindliche Medium kann nach The lowering speed achieved in this way is not sufficient in many cases. The suction and pressure chamber of the drive pump can be short-circuited to increase it. As a result, the propellant pump pressure partially breaks down and the medium in the lifting unit can replenish
Aufstossen der Steuerventile zusätzlich durch die Steuerleitung zurückströmen. In addition, blow open the control valves through the control line.
Dieser Kurzschluss erfolgt über grossflächige, zweckmässigerweise hydraulisch ausgeglichene Magnetventile im Ventilblock. Diese Kurzschlussventile können nicht nur undicht sein in Schliesslage, sie sollen sogar einen definierten Bypass-Strom durchlassen. This short circuit takes place via large, expediently hydraulically balanced solenoid valves in the valve block. These short-circuit valves can not only leak in the closed position, they should even let a defined bypass flow through.
Es ist auch möglich, gleichzeitig mit den Kurzschlussventilen, die durch Magneterregung geschlossen gehalten werden, auch die Treibpumpe selbst stromlos zu machen und so den Treibdruckzusammenbruch zweifach redundant zu gewährleisten. It is also possible, at the same time as the short-circuit valves, which are kept closed by magnetic excitation, to de-energize the propellant pump itself and thus to ensure the propellant pressure collapse in a redundant manner.
Als diversitäre Massnahme und um den Abschaltvorgang noch mehr zu beschleunigen, kann der Druckraum im Ventilblock temporär mit einem zunächst drucklosen Druckbehälter begrenzten Inhaltes über Magnetventile verbunden werden. Dadurch wird für einen durch die Behältergrösse beschränkten Zeitraum ausser der Schwerkraft auch noch ein entsprechender Anteil des Reaktor-Systemdruckes in Abschaltrichtung wirksam. As a diversified measure and in order to accelerate the shutdown process even more, the pressure chamber in the valve block can be temporarily connected to an initially pressure-free pressure vessel with limited content via solenoid valves. As a result, in addition to gravity, a corresponding proportion of the reactor system pressure in the shutdown direction also becomes effective for a period of time limited by the container size.
Zweckmässigerweise sind die Steuerventile durch den Treibpumpendruck in Schliessrichtung belastet. Dies hat u.a. den Vorteil, dass die Schliesskräfte vom Pumpendruck selbst aufgebracht werden und stromlose Ventile stets in Abfahrstellung stehen. Die damit gegebene hydraulische Schliess-kraft muss andererseits beim Öffnen der Steuerventile durch entsprechend starke Magnetkräfte überwunden werden. Deshalb empfiehlt es sich, dass die beim Öffnungshub magnetisch betätigten Steuerventile nach dem Verlassen der Schliessstellung vorzugsweise mit Hilfe einer Zeitsteuerung mit verringerter Energie gespeist werden, da für das Offenhalten der Steuerventile nur ein Bruchteil der Öffnungskraft gebraucht wird. The control valves are expediently loaded by the drive pump pressure in the closing direction. This has among other things the advantage that the closing forces are applied by the pump pressure itself and that de-energized valves are always in the down position. On the other hand, the resulting hydraulic closing force must be overcome when the control valves are opened by correspondingly strong magnetic forces. It is therefore recommended that the control valves that are magnetically actuated during the opening stroke are preferably fed with reduced energy after leaving the closed position with the aid of a time control, since only a fraction of the opening force is needed to keep the control valves open.
Um den Verbrauch an Treibpumpenleistung und die thermisch ungünstige Einspeisung von kühlerem Steuermedium in den Reaktor zu reduzieren, wird der Durchfluss durch die Hubaggregate in ihrer obersten Stellung drastisch reduziert. Dies kann durch ein entsprechend enges Spiel zwischen Kolben und Zylinder in dieser Position geschehen oder besser durch einen dort zwischen Kolben und Zylinder wirksamen Auflagersitz. In order to reduce the consumption of driving pump power and the thermally unfavorable feeding of cooler control medium into the reactor, the flow through the lifting units is drastically reduced in their uppermost position. This can be done by a correspondingly tight play between the piston and cylinder in this position or better by a support seat effective there between the piston and cylinder.
Die Druckänderung in der Steuerleitung beim Erreichen der Obenposition kann zu einer Anzeige derselben ausgenützt werden. Z. B. kann im Bereich des in dieser Lage stets offenen Halteventils ein kleiner Kolben oder Metallbalg so angeordnet sein, dass er auf Leitungs-Druckänderungen anspricht. Diese Bewegung ist nach aussen elektrisch oder magnetisch übertragbar. The pressure change in the control line when the top position is reached can be used to display the same. For example, a small piston or metal bellows can be arranged in the area of the holding valve, which is always open in this position, in such a way that it responds to line pressure changes. This movement can be transmitted electrically or magnetically to the outside.
Eine normale Kreiselpumpe liefert stark unterschiedliche Kennlinien im kalten und betriebswarmen Zustand. Dies erschwert die Auslegung derartiger Steuerstabantriebe, die unter allen Verhältnissen und mit grossen Sicherheiten funktionieren müssen. A normal centrifugal pump delivers very different characteristics in cold and warm operating conditions. This complicates the design of such control rod drives, which have to work under all conditions and with great security.
Sieht man von elektrischen Regelvorgängen ab, so bietet sich als sichere und von aussen unbeeinflussbare Methode an, um die entscheidende Treibpumpen-Druckhöhe konstant zu halten, dass ein entsprechender Bypass zwischen Saug-und Druckraum der Pumpe durch ein Drosselventil gesteuert wird, dessen Bewegung über hintereinandergeschaltete Bimetall-Elemente (z. B. alternative Austenit-Ferrit- oder Zirkon-Rohre) erfolgt. Apart from electrical control processes, a safe method that cannot be influenced from the outside in order to keep the decisive motive pump pressure constant is that a corresponding bypass between the suction and pressure chamber of the pump is controlled by a throttle valve, the movement of which is connected in series Bimetal elements (e.g. alternative austenite-ferrite or zircon pipes) are made.
Eine vergleichbare Drosselregelung kann auch an anderer Stelle angreifen (z. B. Eintrittdrall der Pumpe) und willkürlich von aussen gesteuert werden. A comparable throttle control can also attack at another point (e.g. pump inlet swirl) and be controlled arbitrarily from the outside.
Eine willkürlich von aussen innerhalb eines bestimmten auslegungsbedingten Bereiches wirksame Pumpendruckregelung (z. B. Bypass-Drossel) kann noch dazu verwendet werden, insbesondere beim Anfahren des kalten Reaktors A pump pressure control (e.g. bypass throttle) which is arbitrarily effective from the outside within a certain design-related range can also be used, in particular when starting up the cold reactor
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einzelne Steuerstäbe recht feinfühlig zu bewegen. Voraussetzung dafür ist, dass nur jeweils ein Stab je Ventilblock dabei zwischen oberster und unterster Position bewegt wird. to move individual control rods with great sensitivity. The prerequisite for this is that only one rod per valve block is moved between the top and bottom position.
Eine Verbesserung der Herstellung ist bei hydraulischen Steuerstabantrieben noch dadurch möglich, dass die Kolben-Zylinder-Aggregate aus einem glatten Zylinder und einem in Form eines Labyrinthes genuteten Kolben bestehen, und dass die einander zugeordneten Durchmesserspiel-Stufen in der Kolbenstange und einer diese am Zylinderende umschliessenden Buchse eingearbeitet sind, während der schwer zu bearbeitende lange Zylinder glatt bleibt. An improvement in the production of hydraulic control rod drives is still possible in that the piston-cylinder units consist of a smooth cylinder and a piston grooved in the form of a labyrinth, and that the associated diameter clearance stages in the piston rod and one surrounding them at the cylinder end Bushing are incorporated, while the difficult to machine long cylinder remains smooth.
Es gibt zwei prinzipielle Anordnungen für die Steuerstabantriebe. There are two basic arrangements for the control rod drives.
Bei der ersten, für alle Steuerstabformen anwendbaren, liegt das aus Kolben und Zylinder bestehende Hubaggregat oberhalb des Kernbereiches im Reaktordruckbehälter und zwar mindestens eine Kernhöhe darüber. Im Grenzfall könnten die Aggregate auch in Fingerhüten am Deckel des Reaktordruckbehälters untergebracht sein. In the first one, which can be used for all control rod shapes, the lifting unit consisting of piston and cylinder lies above the core area in the reactor pressure vessel and at least one core height above it. In the extreme case, the units could also be housed in thimbles on the lid of the reactor pressure vessel.
Die Kolbenstange ist über eine lösbare Kupplung mit dem im Kern beweglichen Steuerstab verbunden. Kolben und Zylinder sind sinngemäss vertauschbar. Bei dieser Version müssen Hubaggregate und Steuerleitungen bei Brennelementwechsel jeweils abgebaut werden. The piston rod is connected to the control rod, which is movable in the core, via a detachable coupling. The pistons and cylinders are mutually interchangeable. In this version, lifting units and control lines must be dismantled when changing fuel assemblies.
Bei der zweiten Anordnungsmöglichkeit liegt das Hubaggregat im Kernbereich selbst. Der Zylinder bildet als Hubzylinder den Zentralteil des Kreuz-Steuerstabes, und der am oberen Kernrand angeordnete Kolben stützt sich über das etwa brennelementlange Rohr einer Kolbenstange an der unteren Kerntragplatte ab. Deren Verbindung mit der Kolbenstange erfolgt über eine einfache Steck- oder Bajonettverbindung. In the second arrangement option, the lifting unit is located in the core area itself. The cylinder, as the lifting cylinder, forms the central part of the cross control rod, and the piston arranged at the upper core edge is supported on the lower core support plate by the approximately fuel element-long tube of a piston rod. They are connected to the piston rod via a simple plug-in or bayonet connection.
Diese Version ist für Siedewasserreaktoren prädestiniert. Die Steuerleitung führt von oben in das Aggregat und muss dann beim Brennelement-Wechsel jeweils abgebaut werden, oder sie schliesst von unten an und führt entlang der Druck-behälter-Wand zu einem am Druckbehälter (nicht am Deckel) angeordneten Ventilblock. This version is predestined for boiling water reactors. The control line leads into the unit from above and then has to be removed when changing the fuel assembly, or it connects from below and leads along the pressure vessel wall to a valve block arranged on the pressure vessel (not on the cover).
Bei der Anordnung mit vom Steuerstab getrenntem Hubaggregat bietet es sich an, die lösbaren Kupplungen der Aggregate gemeinsam zu lösen, wenn ein Ausbau notwendig ist. Dies geschieht insbesondere in der Weise, dass die Kupplungen aller Aggregate durch ein die Stellzylinder tragendes Teil bei dessen Bewegung nach oben gleichzeitig gelöst v/erden, wobei die Stellkolbenstange über eine Kurve im untersten Teil ihrer Relativlage zum Stellzylinder so verdreht wird, dass die sie mit dem Steuerstab verbindende Drehkupplung ausser Eingriff kommt. Hier kann man die Rohrleitungen auch in dem oberhalb des Kerns gelegenen Raum unterbringen und lösbar ausbilden. Damit ist die Ausbildung so getroffen, dass die Steuerleitung ein von oben in den Zylinder des Aggregats führendes Rohr umfasst, das mit lösbaren Verbindungen für den Ausbau beim Brennelementwechsel versehen ist. In the case of an arrangement with a lifting unit that is separate from the control rod, it makes sense to release the releasable couplings of the units together if an expansion is necessary. This is done in particular in such a way that the clutches of all units are simultaneously released / released by a part supporting the actuating cylinder when it moves upwards, the actuating piston rod being rotated over a curve in the lowest part of its position relative to the actuating cylinder in such a way that it engages the rotary coupling connecting the control rod comes out of engagement. Here the pipelines can also be accommodated in the space above the core and designed to be detachable. In this way, the design is such that the control line comprises a tube leading from above into the cylinder of the assembly, which is provided with detachable connections for removal when the fuel element is changed.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 einen kleinen Siedewasserreaktor, der insbesondere als Heizreaktor eingesetzt wird, in einem Vertikalschnitt. In Fig. 2 sind für die Erfindung wesentliche Teile des Reaktors in grösserem Massstab schematisch dargestellt. Die Fig. 3 ist ein Prinzipbild einer Antriebsvariante. In Fig. 4 ist eine Einrichtung zur Anzeige der Stellung eines Steuerstabes gezeichnet. Die Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführung für den Ventilblock. Fig. 6 zeigt schematisch eine Anordnung mit oberhalb des Kerns liegendem Hubaggregat. Fig. 7 zeigt zwei Anordnungsschemata mit im Kernbereich liegendem Hubaggregat gemäss Fig. 1 To explain the invention in more detail, an exemplary embodiment is described with reference to the accompanying drawing. 1 shows a small boiling water reactor, which is used in particular as a heating reactor, in a vertical section. In Fig. 2 essential parts of the reactor for the invention are shown schematically on a larger scale. 3 is a schematic diagram of a drive variant. In Fig. 4, a device for displaying the position of a control rod is drawn. 5 shows an alternative embodiment for the valve block. Fig. 6 shows schematically an arrangement with a lifting unit lying above the core. FIG. 7 shows two arrangement diagrams with a lifting unit according to FIG. 1 lying in the core area
oder 2. Die rechte Seite zeigt ein von oben zugeführtes Kühlmittelrohr 71. or 2. The right side shows a coolant tube 71 fed from above.
In Fig. 1 ist der zylindrische Reaktordruckbehälter 1 eines Siedewasserreaktors für zum Beispiel 200 MWui dargestellt, der den Reaktorkern 2 umschliesst. Die Brennelemente 3 des Reaktorkerns 2 umfassen Steuerstäbe 4, deren Absorbermaterial in bekannter Weise kreuzförmig angeordnet ist, so dass es in dem kreuzförmigen Spalt zwischen jeweils vier Brennelementen bewegt werden kann. 1 shows the cylindrical reactor pressure vessel 1 of a boiling water reactor for, for example, 200 MWui, which surrounds the reactor core 2. The fuel elements 3 of the reactor core 2 comprise control rods 4, the absorber material of which is arranged in a cross shape in a known manner, so that it can be moved in the cruciform gap between four fuel elements in each case.
Oberhalb des Reaktorkerns 2 ist ein Steuerstabführungsgerüst 6 angeordnet. Die Führungen liegen im wesentlichen in Kaminen in Form von vertikalen Blechschächten, die das im Reaktorkern 2 erhitzte und zum Teil verdampfte Kühlmittel (H2O) nach oben zu Wärmetauschern 7 führen, die oberhalb des Reaktorkerns 2 am Umfang des Reaktordruckbehälters 1 verteilt angeordnet sind. A control rod guide frame 6 is arranged above the reactor core 2. The guides lie essentially in chimneys in the form of vertical sheet metal shafts, which lead the coolant (H2O) heated and partially evaporated in the reactor core 2 upwards to heat exchangers 7, which are distributed above the reactor core 2 on the circumference of the reactor pressure vessel 1.
Der Reaktordruckbehälter ist mit einem Deckel 8 abgeschlossen, der auf einen Flansch 9 aufgeschraubt ist. Am Flansch 9 ist auch eine Zentraleinheit 10 für ein Hydrauliksystem zum Antrieb der Steuerstäbe 4 angeordnet. Von der Zentraleinheit führen strichpunktiert angedeutete Leitungen 11 zur Unterseite des Reaktorkerns 2. The reactor pressure vessel is closed with a lid 8 which is screwed onto a flange 9. A central unit 10 for a hydraulic system for driving the control rods 4 is also arranged on the flange 9. Lines 11 indicated by dash-dotted lines lead from the central unit to the underside of the reactor core 2.
In Fig. 2 ist zu erkennen, dass der kreuzförmige Steuerstab 4 mit seinen einzelnen Flügeln 12 an einem Hohlzylinder 13 befestigt ist, der über einen feststehenden Kolben 14 gleitet. Zur Aufwärtsbewegung, die den Steuerstab 4 aus der in Fig. 2 ersichtlichen Lage im Reaktorkern 2 nach oben in das Steuerstabführungsgerüst 6 führt, wird der aus Zylinder 13 und Kolben 14 bestehende Hydraulikantrieb 17 von unten durch die Leitung 11 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, die von oben von der Zentraleinheit 10 kommt. In Fig. 2 it can be seen that the cross-shaped control rod 4 is attached with its individual wings 12 to a hollow cylinder 13 which slides over a fixed piston 14. For the upward movement, which leads the control rod 4 from the position shown in FIG. 2 in the reactor core 2 upward into the control rod guide frame 6, the hydraulic drive 17 consisting of cylinder 13 and piston 14 is acted upon from below through line 11 with pressure fluid, which comes from above comes from the central unit 10.
Die Zentraleinheit 10 ist mit einer stabilen, druckfesten Haube 20 abgedeckt, die mit dem Flansch 9 des Reaktordruckbehälters 1 dicht verbunden ist. Unter der Haube 20 sitzt ein Spaltrohrmotor 21, der einen Pumpenläufer 22 antreibt. Der Pumpenläufer 22 ist zentrisch in einem Steuerkopf (Ventilblock) 23 gelagert. Dies ist ein Metallblock mit einer Vielzahl von Kanälen, an dem Steuerventile 24 und 25 zum Betätigen der Antriebe 17 untergebracht sind. Der Metallblock ragt durch eine Öffnung26 im Flansch 9 in den Reaktordruckbehälter 1 hinein. The central unit 10 is covered with a stable, pressure-resistant hood 20, which is tightly connected to the flange 9 of the reactor pressure vessel 1. A canned motor 21, which drives a pump rotor 22, sits under the hood 20. The pump rotor 22 is mounted centrally in a control head (valve block) 23. This is a metal block with a plurality of channels, on which control valves 24 and 25 for actuating the drives 17 are accommodated. The metal block protrudes through an opening 26 in the flange 9 into the reactor pressure vessel 1.
In der Mitte des Steuerkopfes 23 ist ein Kanal 27 vorgesehen, der zu Ansaugen des Reaktorkühlmittels durch die Pumpe 22 dient und in den Reaktordruckbehälter 1 hinein nach unten mit einem Rohr 28 verlängert ist. Das Rohr 28 führt mindestens in den Bereich unterhalb der Wärmetauscher 7, so dass über das an seiner Unterseite 29 vorgesehene Filter 30 das im Wärmetauscher 7 abgekühlte Kühlmittel von dem Pumpenläufer 22 angesaugt werden kann. In the middle of the control head 23, a channel 27 is provided, which serves to suck the reactor coolant through the pump 22 and is extended downward into the reactor pressure vessel 1 with a pipe 28. The pipe 28 leads at least into the area below the heat exchanger 7, so that the coolant cooled in the heat exchanger 7 can be sucked in by the pump rotor 22 via the filter 30 provided on its underside 29.
Das Kühlmittel wird vom Pumpenläufer 22 unter Druck gesetzt und in radialer Richtung in einen äusseren Ring-Kanal 32 gefördert. Von diesem gelangt es über Steuerventile 24 zu inneren Kanälen 33 und 34, die sich in den Steuerleitungen 36,37 fortsetzen, die strichpunktiert angedeutet sind. Sie führen zur Unterseite des Reaktorkerns 2 und gelangen über die Leitung 11 zu dem einen dargestellten Antrieb 17. The coolant is pressurized by the pump rotor 22 and conveyed in the radial direction into an outer ring channel 32. From there it arrives via control valves 24 to inner channels 33 and 34, which continue in the control lines 36, 37, which are indicated by dash-dotted lines. They lead to the underside of the reactor core 2 and reach the one drive 17 shown via the line 11.
In Fig. 3 ist zu sehen, dass die Pumpe 22 mit einem Bypass 40 versehen ist, über den der Überdruck des hydraulischen Antriebs geregelt werden kann. Parallel zum Bypass 40 liegt das Abschaltventil 25, durch dessen Öffnen das Hydrauliksystem einen starken Druckabfall erleidet. Dies führt zu einem beschleunigten Einfahren der Steuerstäbe 4. In Fig. 3 it can be seen that the pump 22 is provided with a bypass 40, via which the excess pressure of the hydraulic drive can be regulated. The shut-off valve 25 is located parallel to the bypass 40, and when it is opened the hydraulic system suffers a sharp drop in pressure. This leads to an accelerated retraction of the control rods 4.
Den Antrieben 17 wird die Hydraulikflüssigkeit im Normalbetrieb über jeweils ein Steuerventil 24 zugeführt, das zum Beispiel magnetisch über eine Spule 43 betätigt wird. Der Ventilteller 44 des Steuerventils 24 sitzt zum Beispiel in dem in Fig. 2 gezeigten Ringkanal 32 am Anfang der Steuerleitung 11, die von unten zu dem Steuerstabantrieb 17 führt. The hydraulic fluid is supplied to the drives 17 in normal operation via a respective control valve 24, which is actuated magnetically, for example, via a coil 43. The valve disk 44 of the control valve 24 sits, for example, in the annular channel 32 shown in FIG. 2 at the beginning of the control line 11, which leads to the control rod drive 17 from below.
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
668850 668850
Die Saugleitung 28 führt zur Saugseite der Pumpe 22, wie anhand der Fig. 2 erläutert worden ist. Sie kann mit einem Kühler 45 versehen sein, dessen äusserer Rückkühlkreis mit 46 bezeichnet und strichpunktiert angedeutet ist. Der Rückkühlkreis kann alternativ auch hinter der Pumpe 22 angeordnet sein (46,47). Ausserdem ist in Fig. 3 strichpunktiert skizziert, dass die Antriebe 17' auch oberhalb des Führungsblockes 6 liegen könnten. The suction line 28 leads to the suction side of the pump 22, as has been explained with reference to FIG. 2. It can be provided with a cooler 45, the outer cooling circuit of which is denoted by 46 and indicated by dash-dotted lines. The cooling circuit can alternatively be arranged behind the pump 22 (46, 47). In addition, it is sketched in dash-dotted lines in FIG. 3 that the drives 17 ′ could also lie above the guide block 6.
In Fig. 4 ist eine konstruktive durchgebildete Ausführungsform für das Steuerventil 24 dargestellt, und zwar geteilt, so dass auf der einen Seite der Mittellinie die Schliess-stellung und auf der anderen die Öffnungsstellung zu sehen ist. Man erkennt, dass der Ventilteller 44 in einem länglichen zylindrischen Gehäuse 50 sitzt, das in die Zentraleinheit 10 mit einem Gewindestück 49 eingeschraubt werden kann. Ein Bund 51 an dem Gehäuse 50 kann mit einer Dichtschweis-sung 52 versehen werden. FIG. 4 shows a constructively designed embodiment for the control valve 24, in fact divided, so that the closed position can be seen on one side of the center line and the open position on the other. It can be seen that the valve plate 44 is seated in an elongated cylindrical housing 50 which can be screwed into the central unit 10 with a threaded piece 49. A collar 51 on the housing 50 can be provided with a sealing weld 52.
Der Ventilteller 44 sitzt an einer Antriebsstange 54, die im Bereich der Magnetspule 43 mit einem Schlaganker 56 betätigt werden kann. Der Schlaganker 56 sitzt zwischen zwei Vorsprüngen 57 und 58 an der Stange 54. Er wird mit einer Feder 59 in die dem Ventilteller 44zugekehrte Endlage gedrückt. Zwischen dem Vorsprung 58 und einem kleinen Kolben 55 ist ein Anzeigebalg 60 angeordnet, der den Druck in der Steuerleitung am Ventilteller 44 erfasst und der sich bei dessen Anstieg (Durchsatzminderung) ausdehnt. The valve plate 44 is seated on a drive rod 54, which can be actuated in the area of the solenoid 43 with an impact armature 56. The impact anchor 56 sits between two projections 57 and 58 on the rod 54. It is pressed with a spring 59 into the end position facing the valve plate 44. A display bellows 60 is arranged between the projection 58 and a small piston 55, which detects the pressure in the control line on the valve plate 44 and which expands when the valve plate rises (throughput reduction).
Auf dem dem Ventilteller 44 abgekehrten Ende des Kolbens 55 sitzt eine Anzeigestange 62, welche die Balgbewegung magnetisch über eine Anzeigespule 64 nach aussen überträgt. On the end of the piston 55 facing away from the valve plate 44 there is an indicator rod 62 which magnetically transmits the bellows movement to the outside via an indicator coil 64.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist zu sehen, dass s die Zentraleinheit 10 auch an der Seitenwand des Reaktordruckbehälters 1 angebracht werden kann. Sie ragt dann mit einem abgewinkelten Anschlussstück 68 durch eine Öffnung des Reaktordruckbehälters, die einen Flansch 69 zum Aufsetzen des Gehäuses der Zentraleinheit 10 aufweist. Nach to dem Aufsetzen kann mit Schrauben 70 eine dichte Verbindung hergestellt werden. In the embodiment according to FIG. 5 it can be seen that the central unit 10 can also be attached to the side wall of the reactor pressure vessel 1. It then protrudes with an angled connecting piece 68 through an opening in the reactor pressure vessel, which has a flange 69 for fitting the housing of the central unit 10. After mounting, a tight connection can be made with screws 70.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, bei dem der Antrieb 17' oberhalb des Reaktorkerns 2 und des Führungs-gerüsts 6 angeordnet ist, sitzt die Zentraleinheit 10 in der Mitte des Deckels 8. In the exemplary embodiment according to FIG. 6, in which the drive 17 ′ is arranged above the reactor core 2 and the guide frame 6, the central unit 10 is seated in the middle of the cover 8.
Die Fig. 7 zeigt rechts und links der strichpunktierten Mittellinie zwei verschiedene Ausführungsformen. Auf der rechten Seite speist die mittig am Deckel 8 angeordnete Zentraleinheit 10 den Antrieb 17 über eine Leitung 71, die als Teil der Leitung 11 im Bereich des Führungsgerüsts 6 steckbar zusammengefügt ist. Sie kann zum Brennelement-Wechsel demontiert werden. Dagegen kann die auf der linken Seite gezeigte Leitung 11 zwischen der aussen am 25 Reaktordruckbehälter 1 sitzenden Zentraleinheit 10 und dem von unten gespeisten Antrieb 17 fest installiert sein, weil sie neben dem Kern 2 und dem Führungsgerüst 6 gelegen ist. FIG. 7 shows two different embodiments on the right and left of the dash-dotted center line. On the right-hand side, the central unit 10 arranged centrally on the cover 8 feeds the drive 17 via a line 71 which, as part of the line 11, is pluggably joined in the area of the guide frame 6. It can be dismantled to change the fuel element. In contrast, the line 11 shown on the left can be permanently installed between the central unit 10 located on the outside of the reactor pressure vessel 1 and the drive 17 fed from below, because it is located next to the core 2 and the guide frame 6.
20 20th
B B
3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
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