DE1210098B - Einrichtung zur Stellungsanzeige von Kernreaktor-Regelstaeben - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21d

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1210 098

Aktenzeichen: U 7291 VIII c/21 g

Anmeldetag: 1. Juli 1960

Auslegetag: 3. Februar 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Stellungsanzeige von Kernreaktor-Regelstäben, bestehend aus einem Drehmelder-Übertragungssystem, dessen Geberläufer mechanisch mit der Antriebsvorrichtung für den Regelstab verbunden ist und dessen Empfänger elektrische Einrichtungen zur Anzeige der Regelstabstellung betätigt.

Es ist beim Kernreaktorbetrieb üblich, die meisten Regelstäbe in einem Kernreaktor gleichmäßig bzw. einheitlich von einer einzelnen Dreiphasenzuleitung her zu bewegen, welche allen Regelstab-Antriebsmotoren gemeinsam zugehört. Die Stellungen der Regelstäbe werden einer Bedienungsperson einzeln dadurch angezeigt, daß ein Geber für jeden Regelstab vorgesehen ist, der einen Empfänger und eine Anzeigeeinrichtung in der Reaktorschaltzentrale betätigt. Bei einer solchen Anordnung (eine Anzeigeeinrichtung pro Regelstab) wird die Anzahl der Anzeigeeinrichtungen sehr groß, so daß die Bedienungsperson sich nur schwer von solchen Einrichtungen, die eine Abweichung von allen anderen zeigen, ein richtiges Bild machen kann.

Wegen der großen Anzahl von zu überwachenden Regelstäben ist eine selbsttätig arbeitende Vergleichstechnik erwünscht. Das bekannte System, das in der Fernsprechtechnik einfach zur Aufrechterhaltung des Synchronismus von entfernt angeordneten Schrittschaltwerken zu finden ist, ist nicht unmittelbar anwendbar. Auch sind Anzeigeeinrichtungen, denen Einzelwerte nacheinander in Zyklen angeschaltet werden, von geringem Nutzen, da kein selbsttätiger Vergleich zwischen irgendeinem Einzelwert und dem nächsten stattfindet. Ein älterer Vorschlag zur Lösung des Vergleichsproblems bei Kernreaktor-Regelstäben beruht auf dem kontinuierlichen Vergleich aller Stellungen und der Erzeugung eines Signals, welches der maximalen Abweichung entspricht.

Die Erfindung sieht der Reihe nach die Abtastung jedes Regelstabes und den Vergleich der gerade abgetasteten Stellung mit der unmittelbar vorher abgetasteten vor, was erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß zur Überwachung einer großen Anzahl von Regelstäben eine Schaltvorrichtung die Geber, von denen für jeden.Regelstab einer vorhanden ist, mit dem einzigen Empfänger verbindet, der Teil einer geschlossenen Servoschleife ist, und daß die Spaltvorrichtung ferner einen an den Empfängerläufer über ein Getriebe angekoppelten Stellmotor sowie einen Wechselstromverstärker enthält, der zum Verstärken des elektrischen Signals dient, das der Winkeldifferenz zwischen dem Empfängerläufer und dem jeweils angeschlossenen Geberläufer proportional ist, Einrichtung zur Stellungsanzeige von
Kernreaktor-Regelstäben

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Ronald Hugh Campbell, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. Juli 1959 (23 107)

und dessen Eingang mit dem Empfänger und dessen Ausgang mit dem Stellmotor über ein Relais verbunden ist, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Winkeldifferenz eine Alarmvorrichtung betätigt.

Die Erfindung soll nunmehr beispielsweise mit Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben werden, die bei einem Kernreaktor mit achtzehn Grobregelstäben aus neutronenabsorbierendem Material für die Einführung in den Reaktorkern anwendbar ist, wobei es erwünscht ist, die Positionsgleichheit dieser Stäbe relativ zum Reaktorkern zu überwachen. Diese besondere Ausführungsform ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 schaubildlich diejenigen Teile eines typischen Kernreaktors, wie sie zum Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig sind,

F i g. 2 ein Blockschaltbild und einen Schaltplan der Einrichtung zur Stellungsanzeige,

F i g. 3 eine geeignete Anzeigeskala für die Verwendung in Verbindung mit dem Gerät der Fig. 2. In Fig. 1 ist ein mit 10 bezeichneter Kernreaktor-Kernaufbau in einem Druckbehälter 11 gelagert. Der Kernaufbau wird von einer Anzahl Brennstoffelementkanälen 12 (nur einer dargestellt) durchdrungen, die übereinanderliegende Brennstoffelemente 13 enthalten. Außerdem durchdringt den Kernaufbau eine Anzahl

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von Regelstabkanälen 14 (nur einer dargestellt), von Alarmrelais 43 gehörende Kontaktsätze 45 und 46

denen jeder mit einem Grobregelstab 15 aus neu- werden beim Anziehen des Relais 43 geschlossen. Die

tronenabsorbierendem Material ausgerüstet ist, welcher Kontakte 45 liegen in einem Stromkreis, der zu einer

von einem an einer Winden- und Motoreinheit 17 entfernt gelegenen Alarmvorrichtung 47 hinführt,

befestigten Kabel bzw. Seil 16 herabhängt. Jede 5 welche bei Vervollständigung des Stromkreises durch

derartige Einheit hat eine Antriebsverbindung zu das Schließen der Kontakte 45 ein hörbares oder

einem entsprechend zugeordneten Positionsübermittler sichtbares Alarmzeichen für eine Bedienungsperson

in Form eines Drehmelder-Übertragungssystems 18 auslöst. Die Kontakte 46 hegen in der ersten von zwei

zur stufenlosen und kontinuierlichen Registrierung Steuerverbindungen 48 und 49 einer Schaltmotor-

der Position des entsprechenden Regelstabes. io Steuervorrichtung 50, die so angeordnet ist, daß sie

Es wird angenommen, daß das Reaktorkühlmittel einen Uniselektor-Schaltmotor 51 steuert. Diese Steuer-Kohlendioxyd ist und nach oben durch den Reaktor- vorrichtung 50 spricht auf den Strom an, der über die kern und von dort, außerhalb des Druckbehälters, Verbindung 48 durch das Schließen der Relaisüber einen geschlossenen Weg in Umlauf gebracht kontakte 46 übermittelt wird, um den normalen interwird, der aus einer Rohrleitung 23, einem Dampf- 15 mittierenden Antrieb des Schaltmotors 51 zum Stillerzeuger 24 und einer Rohrleitung 25 mit einer stand zu bringen.
Umwälzpumpe 26 besteht. Eine Zweigverbindung 52 führt von der Eingangs-

Die Ausgänge der jeweils den Regelstäben 15 verbindung 33 des Empfängers 34 zum Betätigungszugeordneten achtzehn Drehmelder (F i g. 2) sind mechanismus eines Skalenzeigers 53, der daraufhin mit entsprechenden Kontakten einer elektromagne- 20 auf einer Skalenscheibe 54 (F i g. 3) einen Zahlentischen Schrittschaltvorrichtung verbunden, die im hinweis für die Position des Regelstabes registriert, vorhegenden Beispiel die Form eines mit 30 bezeich- dessen Position im Augenblick geprüft wird, wobei neten Einwegwählers bzw. Uniselektors (im nach- angenommen wird, daß es sich im Falle der Fig. 2 folgenden »Uniselektor« genannt) hat. Jede Ausgangs- um den Stab Nr. 8 handelt, wie es durch die Kontaktverbindung besteht aus drei Leitungen, wie dies dem 25 verbindung des Kontaktarmes α mit dem Kontakt-Fachmann auf dem Gebiet der Drehmelder-Über- arm8 der Bank A-C angedeutet wird. In Fig. 3 ist tragungssysteme geläufig ist, jedoch wird zwecks die Skalenscheibe 54 zahlenmäßig unterteilt, wobei Vereinfachung der Darstellung nur eine einzelne Ver- die Zahlen 0 bis 18 im vorhegenden Beispiel den bindung dargestellt, wobei es selbstverständlich ist, Abstand der Regelstäbe vom untersten Punkt des daß der Uniselektor drei Bänke von Kontakten für 30 Normalhubes aus inEinheiten von etwa 30 cm angeben, diese Ausgangsverbindungen aufweist (als eine Bank Ein besonders gefärbter Sektor unterhalb der NuIl- A-C dargestellt). In jeder Ausgangsverbindung hegen stelle dient zur Registrierung der Hubüberschreitung Kontakte 31 eines einzelnen Relais, z. B. 32, welches der Regelstäbe in einen verjüngten. Abschnitt hinein, für einen Zweck vorgesehen ist, der im nachfolgenden der dafür verwendet wird, die Stäbe zu arretieren, erklärt werden soll. 35 wenn sie bei einem Notfall ganz herabgelassen werden.

Von den Kontaktarmen, beispielsweise α, der drei ■ Am anderen Ende der Skala ist ein weiterer Abschnitt

Banked bis C der soeben erwähnten Uniselektor- besonders gefärbt, um diejenige Region zu kenn-

kontakte führt eine Eingangsverbindung 33 (gleich- zeichnen, in der sich die Regelstäbe oberhalb des

falls aus drei Drähten bestehend) zu einem Empfänger Reaktorkerns befinden.

34 des Drehmelde-Übertragungssystems. Die Welle 40 Rund um die Skalenscheibe 54 befindet sich ein

des Empfängerläufers steht in Antriebsverbindung mit Ring von Glühlampen, beispielsweise 55, wobei jede

einem Elektromotor 35 über einen Getriebekasten 36. einem Regelstab entspricht und die dem betreffenden

Eine Ausgangsverbindung37, die zu einem trän- Stab zugeteilte Nummer trägt. Aus Fig. 2 ist

sistorisierten Verstärker 38 hinführt, liefert in bekann- ersichtlich, daß die Kontakte einer vierten Kontakt-

ter Weise ein Wechselstrom-Fehlersignal proportional 45 bank D des Uniselektors in den einzelnen Stromkreisen

der Winkeldifferenz zwischen der Welle des Empfänger- dieser Lampen derart angeordnet sind, daß die

läufers einerseits und der Stellung des angeschlossenen Lampen, wenn ein Kontaktarm d Schritt für Schritt

Geberläufers andererseits. Der Verstärker 38 bildet über die Kontakte läuft, abwechselnd zum Aufleuchten

einen Teil einer Servoschleife, welche durch eine Ver- gebracht werden, um den besonderen Regelstab

bindung 39 über die Relaiskontakte 40 zu einem 50 anzudeuten, dessen Position im Augenblick überprüft

Motor 35 hin vervollständigt wird, wobei die Wirkung wird.

dieser Schleife darin besteht, den Empfänger zum Der Ring von Glühlampen ist wiederum von kreis-Einnehmen der Nullstellung zu veranlassen, und zwar förmig angeordneten Druckknöpfen 56 umgeben, dadurch, daß das verstärkte Fehlersignal den Motor welche eindrückbar sind, um Schalterkontakte 57 in die Lage versetzt, die Welle des Empfängerläufers 55 (F i g. 2) zu schließen. Diese Druckknopfschalter in diejenige Richtung zu bewegen, in der die Abwei- werden so eingeklinkt, daß, wenn einmal ein Einchung ausgeglichen wird. Zwecks Stabilisierung der drücken erfolgt ist, die dadurch geschlossenen Kon-Servoschleife gegen Überlastung des Motors 35 steht takte 57 geschlossen bleiben, bis zu dem Zeitpunkt, ein Tachogenerator 41 mit dem Motor in Antriebs- wo die Klinke durch Eindrücken eines Löschdruckverbindung, der über eine Verbindungsleitung 42 den 60 knopfes 58 an der unteren rechten Ecke des Skalen-Verstärker 38 stabilisiert. feldes freigegeben wird; dieses Freigeben erfolgt an

Die Relaiskontakte 40 gehören zu einem Alarm- allen Kontakten 57, die gerade zu dieser Zeit geschlos-

Telais 43, welches über eine Zweigverbindung 44 auf sen sind. Durch die Anordnung der Druckknöpfe 56

■das Fehlersignal anspricht und so eingestellt wird, neben den numerierten Glühlampen 55 werden diese

daß es bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes 65 Knöpfe mit den entsprechenden Regelstäben identifi-

des Fehler signals anspricht. Die Kontakte 40 sind ziert; sie dienen vermittels der Schaltung, die nunmehr

normalerweise geschlossen, öffnen sich jedoch beim beschrieben werden soll, dazu, die Umgehung eines

Anziehen des Relais; zwei andere, ebenfalls zum Regelstabstandortes für den Fall zu ermöglichen, daß

beispielsweise der Standort nicht gebraucht wird oder gerade überprüft worden ist.

Jeder der Druckknopfschalter 57 (F i g. 2) steuert ein entsprechendes vorher erwähntes Relais 32, so daß das Relais in Ansprecherwiderung auf die geschlossenen Schalterkontakte erregt wird. Die Relaiskontakte 31, die in entsprechender Weise in die Ausgangsverbindungen von den Gebern der Drehmelder 1 bis 18 her eingefügt oder zwischengeschaltet sind, sind normalerweise geschlossen, jedoch werden durch Erregung irgendeines der Relais 32 die zugehörigen Kontakte 31 geöffnet. Zusätzliche Kontakte 59 sind an jedem der Relais 32 vorgesehen, und diese sind in . individuellen Zuführungsleitungen zu den Kontakten einer fünften Bank is des Uniselektors eingeschaltet, wobei ein Kontaktarm e für diese Bank mit der Steuerverbindung 49 der Schaltmotor-Steuervorrichtung 50 verbunden ist. Diese Vorrichtung spricht auf den Strom an, der ihr dann übermittelt wird, wenn der Kontaktarm e mit einem Kontakt in der Bank E eine Verbindung eingeht, und zwar je nachdem, welche Kontakte 59 geschlossen sind, um den Schaltmotor 51 in die Lage zu versetzen, die Uniselektor-Schaltarme sofort auf den nächsten Kontakt weiterzubewegen, so daß im Endeffekt der in Frage kommende Kontakt übergangen wird, wobei die Kontakte 59 den Kontakten 31 entgegengesetzte Eigenschaft haben, indem sie normalerweise geöffnet sind, jedoch durch die Erregung des Relais geschlossen werden.

Wenn die Regelstäbe stationär und alle in der gleichen relativen Position sind, bewirkt das Überprüfen der Positionen der Regelstäbe in numerischer Reihenfolge, wie es durch die Drehmelder-Übertragungssysteme 1 bis 18 angegeben wird und welches in wiederholten Zyklen durch den Uniselektor durchgeführt wird, einen Eingang zum Empfänger 34 über die Verbindung 33, und es herrscht ein gewisser Gleichgewichtszustand, in welchem der Zeiger 53 ständig auf der Skalenfläche 54 den Abstand entsprechend der gemeinsamen Stabposition anzeigt, da die Lampen 55 der Reihe nach aufleuchten und kein Fehlersignal vorhanden ist, welches über die Ausgangsverbindung 37 vom Empfänger 34 her erzeugt wird.

Für den Fall, daß die Regelstäbe sich in genauem Gleichlauf in den Kern hinein oder aus ihm heraus bewegen, findet für die Dauer jedes Verweilens eines Abtastschrittes (im allgemeinen 30 Sekunden) ein fortlaufender Wechsel des Einganges über die Verbindung 33 zum Empfänger 34 statt und bewirkt einen schwachen Fehlersignalwert über die Ausgangsverbindung, welcher notwendig ist, um die Welle des Empfängers dem Wechsel gleichmäßig folgen zu lassen; der Zeiger 53 verhält sich dabei ähnlich. Die Übergangszeit zwischen einem Abtastschritt zum nächsten ist unvermeidlich begrenzt, so daß zwischen den Schaltschritten die Welle des Empfängers momentan zurückgelassen wird, und ein stärkeres Fehlersignal entsteht zu Beginn des nächsten Abtastschrittes. Jedoch unterscheidet sich der Pegel, bei welchem das Alarmrelais 43 erregt wird, von den Fehlersignalstärken, welche der normalen Ungleichförmigkeit zwischen den Schaltschritten zuzuschreiben sind. Im vorliegenden Beispiel würde der Alarm nicht ausgelöst.

Wenn sich jedoch einer der Regelstäbe nicht bewegen läßt (weil beispielsweise seine Winden- und Motoreinheit 17 versagt), während die anderen Stäbe in der Bewegung fortfahren, entsteht ein ungewöhnlich starkes Fehlersignal am Anfang des Abtastschrittes für die fehlerhafte Stablokalisierung, und das Alarmrelais 43 wird erregt. Das nachfolgende Schließen der Relaiskontakte 45 bewirkt die Auslösung eines Alarmzeichens für die Bedienungsperson, und das jeweilige Schließen und Öffnen der Relaiskontakte 46 und 40 bringt den Uniselektor-Schaltantrieb zum Stillstand und unterbindet das Nächfolgen der Welle des Empfängerläufers. Die Situation, die sich der Bedienungsperson nun darbietet, ist die, daß eine Warnung gegeben wird, eine der Lampen 55, die den sich nicht anpassenden Stab andeutet, beleuchtet wird und der Zeiger 53 die Position des Stabes registriert.

Das Gerät kann durch Eindrücken des entsprechenden Druckknopfschalters 56, 57 wieder in normale Betriebsbereitschaft gebracht werden, um den Stabstandort zu umgehen, welcher den Alarm verursacht hat. Das entsprechende der Relais 32 wird dann erregt und läßt durch das Schließen seiner Kontakte 59 den Abtastvorgang wieder anlaufen, jedoch in Zyklen, bei denen ein Verweilen bei dem fehlerhaften Regelstab vermieden wird. Wenn der fehlerhafte Stab in Ordnung gebracht worden ist, erfolgt wieder das Abtasten seiner Position im Zyklus, und zwar durch Niederdrücken des Löschknopfes 58, wodurch die Kontakte 57 ausgeklinkt werden und das Relais 32 abfällt.

Falls die Flußausgleichung im Reaktorkern es erforderlich macht, daß bestimmte Regelstäbe nicht gleichmäßig tief eingefahren werden, werden alle Regelstäbe oder wenigstens ein Teil derselben mit einem Nachlaufübermittler versehen, der auch als Synchro-Regeldifferential bezeichnet wird, welcher zwischen die entsprechenden Geber und die Uniselektor-Kontaktbänke A bis C geschaltet wird. Ein solches Regeldifferential hat eine Welle ähnlich dem Empfänger 34, welche je nach Wunsch manuell eingestellt wird, um den Eingang abzuändern, der über die Uniselektor-Kontaktbänke A bis C dem Empfänger übermittelt wird. Diese Einstellmöglichkeit kann somit dafür verwendet werden, um ein unterschiedliches Einfahren der Regelstäbe auszugleichen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Stellungsanzeige von Kernreaktor-Regelstäben, bestehend aus einem Drehmelder-Übertragungssystem, dessen Geberläufer mechanisch mit der Antriebsvorrichtung für den Regelstab verbunden ist und dessen Empfänger elektrische Einrichtungen zur Anzeige der Regelstabstellung betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung einer großen Anzahl von Regelstäben eine Schaltvorrichtung die Geber, von denen für jeden Regelstab einer vorhanden ist, automatisch und zyklisch mit dem einzigen Empfänger verbindet,' der Teil einer geschlossenen Servoschleife ist, und daß die Spaltvorrichtung ferner einen an den Empfängerläufer über ein Getriebe angekoppelten Stellmotor sowie einen Wechselstromverstärker enthält, der zum Verstärken des elektrischen Signals dient, das der Winkeldifferenz zwischen dem Empfängerläufer und dem jeweils angeschlossenen Geberläufer proportional ist, und dessen Eingang mit dem Empfänger und dessen Ausgang mit dem Stellmotor über ein Relais verbunden ist, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Winkeldifferenz eine Alarmvorrichtung betätigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Umfang der Anzeigeskala der Einrichtung zur Anzeige der Regelstabstellung Signallampen (55) und Druckknopfschalter (56) paarweise angebracht sind, die die Wahl und die Anzeige des Regelstabes ermöglichen, dessen Lage gerade ermittelt werden soll.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Regelstab ein Relais zugeordnet ist, durch welches bei seiner Betätigung der Abtastschritt für den betreffenden Regelstab auslaßbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 759 054; deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 519; belgische Patentschrift Nr. 566 284;

Product Engineering, Vol. 27, 1956, Nr.

4, S. 201 bis 206;

Electrical Times, Vol. 130, 1956, S. 551;

Nuclear Engineering, September 1956, »The World's Reactors Nr. 5 — ZEUS« (Faltblatt);

Ch. Starr und R. W. Dickinson, »Sodium Graphite Reactors«, 1958, Reading, U. S. Α., S. 147.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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