DE1523182A1

DE1523182A1 - Bewegungsdaempfungseinrichtung,insbesondere fuer Kontrollstaebe eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE1523182A1
Application number: DE19661523182
Authority: DE
Inventors: Hughes Robert Leo; Clintic Bruce Forbes Mc
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-09-15
Filing date: 1966-08-19
Publication date: 1972-03-23
Also published as: GB1150157A; BE686887A; US3397759A; ES330813A1; DE1523182B2; DE1523182C3; CH469322A

Description

Anmelderin: General Electric Company, Schenectady, New York N.Y., USA

Bewegungsdampfungseinrichtung, insbesondere für Kontroilstäbe eines Kernreaktors

Die Erfindung betrifft eine Bewegungsdampfungseinrichtung, insbesondere für die Kontrollstäbe eines Kernreaktors, mit einem Hohlkörper zur Aufnahme eines Fluids, mit einem in dem Hohlkörper getrennt von ihm angeordneten Dämpfungskörper, der in dem Hohlkörper zur Hin- und Herströmung des Fluids hin- und herbeweglich ist, und mit einer turbulenzerzeugenden Einrichtung an mindestens einem der Körper zur Erzeugung einer größeren Turbulenz in dem strömenden Fluid, wenn sich der Dämpfungskörper in der einen Bewegungsrichtung und nicht in der anderen bewegt.

Derartige Einrichtungen werden oft verwendet, wenn die Bewegung eines Gegenstands gedämpft werden soll, zum Beispiel in Stoßdämpfern, Werkzeugmaschinen, Hebe- und Zugvorrichtungen. Sie werden auch zur Fernsteuerung der Lage und der Bewegung von Gegenständen in einem Gehäuse mit nichtatmosphärischen Bedingungen von Druck und Temperatur benutzt, zum Beispiel zur Justierung und Dämpfung der Bewegung eines Neutronengifts oder Kontrollstabs in dem Core eines Kernreaktors, um den Neutronenfluß und die Leistungsabgabe zu verändern.

In einem normalen Kernreaktor muß sich die Antriebseinrichtung für die Bewegung und Halterung der Kontrollstäbe in der gewünschten Lage gewöhnlich durch eine fluiddichte Dichtung, aber auch gleichzeitig durch die Kesselwand bewegen können. Derartige Dichtungen sind ständig einer Abnutaung ausgesetzt, be-, sonders wegen der hohen Temperatur und des hohen Drucks, die in

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Kernreaktoren vorherrschen. Die starke Radioaktivität trägt ebenfalls zur Erweichung und beschleunigten Ermüdung der Materialien bei.

Eine Störung der Antriebseinrichtung für die Kontrollstäbe kann zu einem unkontrollierten Betrieb des Kernreaktors führen. Zum Beispiel neigt der hohe Druck im Inneren des Reaktors dazu, die Kontrollstäbe aus dem Core hinauszubewegen. Falls dies stattfinden würde, würde der Neutronenfluß sofort auf einen sehr hohlen Wert ansteigen. Daher ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, daß die Bewegung der Kontrollstäbe aus dem Kernreaktor kontrolliert und verzögert vor sich geht. Andererseits kann eine plötzliehe Änderung der dem Reaktor entnommenen Leistung zu einem Anstieg des Neutronenflusses führen, der ein sofortiges und schnelles Einfahren der Kontrollstäbe erforderlich macht, um ein schnelles Abschalten des Reaktors zu bewirken. Die Kontrollstäbe müssen daher relativ frei beweglich angeordnet sein, so daß sie sich schnell in das Core bewegen können, aber an einer schnellen Bewegung aus dem Core gehindert werden, um in der Zwischenzeit andere Kontrollstäbe in das Reaktorcore einzufahren, die- die nach außen bewegten ersetzen. Außerdem muß dieser unterschiedliche Widerstand gegenüber einer Bewegung der Kontrollstäbe aus Sicherheitsgründen mit wenigen oder vollkommen ohne sich bewegende Teile wie Hebel, Kontrollventile, flexible Verschlüsse, Packungsmaterial und dergleichen erreicht werden , da derartige Elemente Abnutzung, Störungen und schneller Ermüdung infolge Korrosion und intensiver Neutronen- und Gammabestrahlung ausgesetzt sind.

Es ist bereits ein hydraulischer Stoßdämpfer bekannt, dessen Dämpfungskörper einen Hoch- und einen Niederdruckraum trennt und als Topfkolben ausgebildet ist, in dem mehrere federnd voneinander getrennte, axial bewegliche und als Kegelscheiben ausgebildete Dämpfungsmittel sitzen, die gegeneinander versetzte Flüssigkeitsdurchlässe aufweisen. Dieser Stoßdämpfer ist zunächst nachteilig, weil der Dämpfungskörper aus relativ vielen Beuteilen besteht, die außerdem relativ leicht ausfallen können. Das führt zu erhöhten Herstellungskosten und macht den Stoßdämpfer störanfällig, besonders bei Verwendung in einem Kernreaktor, da dort die Materialien durch die radioaktive Strahlung, die

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hohe Temperatur und den hohen Druck einer beschleunigten Ermüdung ausgesetzt sind. In einem Reaktor sollten aber die Wartung und Reparatur wegen der dabei auftretenden Strahlungsgefahr und wegen eines möglichst ununterbrochenen Reaktorbetriebs relativ selten sein.

Es ist ferner eine Bremsvorrichtung für bewegte Körper, insbesondere für fallende Kontrollstäbe in Kernreaktoren bekannt, bei der die Bewegungsenergie des bewegten Körpers durch Verformung eines plastischen Werkstoffs, der aus einer Rolle aus gekräuselter oder mit Einbuchtungen versehener Folie besteht, in Wärme umgewandelt wird. Der plastische Werkstoff befindet sich am unteren Ende des mit Gleitsitz in ein Gehäuse eingepaßten Kontrollstabes und wird von einem ebenfalls in Gleitsitz eingepaßten Stempel getragen. Diese Bremsvorrichtung hat insbesondere den Nachteil, daß sie von keinem Fluid wie einem Reaktorkühlmittel durchströmt werden kann und insbesondere dadurch keine stetige Bewegungsdämpfung des bewegten Körpers ermöglicht, sondern ihn plötzlich anhält, was für die obengenannten Reaktorzwecke unerwünscht ist. Da sich diese Bremsvorrichtung an einem Ende des Kontrollstabs befindet, wird ferner ihr Platzbedarf erhöht.

Unter weitgehender Vermeidung der genannten Schwierigkeiten und Nachteile ist eine Bewegungsdämpfungseinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Körpern ein Zwischenraum für das strömende Fluid angeordnet ist und daß die turbulenzerzeugende Einrichtung an der Oberfläche des Körpers einen Hohlraum begrenzt, der in den Zwischenraum mündet und Fluid in ihn bei Bewegung des Dämpfungskörpers in der einen Bewegungsrichtung ableitet.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat den besonderen Vorteil, daß sie mit einem einstückigen Dämpfungskörper auskommt, der praktisch ermüdungs- und damit wartungsfrei arbeitet. Daher ist die Einrichtung gemäß der Erfindung besonders zur Bewegungsdämpfung eines Kontrollstabs in einem Kernreaktor geeignet.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird das durch mindestens zwei Flächen an einem der Körper erreicht, die in der einen Bewegungsrichtung divergieren, in der sich der Dämpfungskörper bewegt, wenn eine große Turbulenz erforderlich ist. Zum Beispiel sind ein oder mehrere Hohlräume in einem der Körper so ausgebil-

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det, daß der Hohlraum in der einen Bewegungsrichtung konkav ist. Wenn daher der Dämpfungskörper in der einen Bewegungsrichtung bewegt wird, wird ein Teil des Fluids im Hohlkörper gezwungen, in den konkaven Hohlräum zu strömen, sowie teilweise umgelenkt und seitlich indin Zwischenraum geleitet, um sich der Strömung des restlichen Fluidn durch den Zwischenraum zu überlagern, so daß eine größeie Turbulenz und ein größerer Druckabfall erzeugt werden. Wenn der Dämpfungskörper sich in der anderen Bewegungsrichtung bewegt, neigt das Fluid dazu, am konkaven Hohlraum vorbei und nicht hineinzuströmen, so daß die Strömung durch den Zwischenraum ruhiyur bei geringerem Widerstand vor sich geht, so daß eine schnellere Bewegung des Dämpfungskörpers in der anderen Bewegungsdichtung möglich ist.

Gute Ergebnisse werden erreicht, wenn die Oberfläche eines Körpers mit einoi Nut vorsehen wird, die sich quer zu den Bewegungsrichtungeii des Dämpfungskörpers im Hohlkörper erstreckt und getrennte Flächen aufweist, die in der einen Bewegungsrichtung divergieren, um eine maximale Turbulenz des durch den Zwischenraum zwischen den beiden Körpern strömenden Fluids zu erzielen. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Flächen für die Erzeugung der gewünschten Turbulenz am Hohlkörper, bei einem anderen Ausführungsbeispiel am Dämpfungskörper. Us können auch beide Körper turbulenzerzeugande Flächen aufweisen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für einen Kontrollstab eines Kernreaktors ist ein Hohlkegel als Dämpfungskörper an dem Kontrollstab befestigt, so daß er sich durch den Hohlkörper in der einen Bewegungsrichtung erstreckt. Auf diese Weise wird das in den Kegel strömende Fluid in die andere Bewegungsrichtung und direkt nach außen in den Zwischenraum zwischen dem Kegelrand und dem Hohlkörper gelenkt, so daß eine Turbulenz und damit ein Widerstand in der Fluidströmung im Zwischenraum erzeugt werden. Wenn der Kegel in der anderen Bewegungsrichtung bewegt wird, strömt das Fluid ruhig von seiner abgeschrägten oder konvexen Oberfläche in den Zwischenraum, so daß eine geringere Turbulenz und damit ein kleinerer Widerstand in der Strömung auftreten. Vorzugsweise wird eine Manschette oder ein Leitblech am Rand und an der konkaven Seite des Kegels befestigt. Das Leitbleh ist vom Kegel getrennt und bildet mit der konkaven

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Fläche des Kegels einen Einlaß, der zum Zwischenraum zusammenläuft. Das Leitblech hilft damit, Fluid in den Zwischenraum zwischen dem Kegel und dem Hohlkörper zu leiten, wenn der Kegel zu seiner konkaven Seite bewegt wird, so daß eine erhöhte Turbulenz auftritt und der Weg der Strömung durch den Ringkanal verringert wird. Das Leitblech ist von der Fluidströmung durch die konvexe Seite des Kegels abgeschirmt, wenn der Kontrollstab in der anderen Bewegungsrichtung bewegt wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung hat der Dämpfungskörper einen kreuzförmigen Querschnitt quer zur Längsrichtung und der Hohlkörper einen entsprechenden Querschnitt, so daß ein Zwischenraum mit im wesentlichen gleichmäßigem Querschnitt zwischen den beiden Körper ausgebildet 1st. Eine Anzahl von länglichen Zähnen ist am von einem Kontrollstab gebildeten Dämpfungskörper befestigt oder an ihm ausgebildet und erstreckt sich zum Hohlkörper in Form eines Führungsrohrs für den Kontrollstab und in der einen Bewegungsrichtung. Vorzugsweise erstreckt sich jeder Zahn im wesentlichen senkrecht zu den Bewegungsrichtungen des Dämpfungskörpers und verläuft ähnlich wie der Zwischenraum, um eine große Turbulenz zu erzeugen, wenn der Dämpfungskörper in der einen Bewegungsrichtung bewegt wird, in die die Zähne zeigen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig.l einen Aufriß, teilweise mit weggebrochenen Teilen, der Bewegungsdämpfungseinrichtung gemäß der Erfindung, die zur Dämpfung der Bewegung der Kontrollelemente in einem Kernreaktor verwendet wird;

Fig.2 einen Schnitt 2-2 nach Fig.l;

Fig.3 einen Schnitt 3-3 durch ein Kontrollelement und ein Führungsrohr von Fig.l;

Fig.4 einen Schnitt 4-4 durch ein Aueführungsbeispiel der Bewegungedämpfungeeinrichtung von Fig.3;

Fig.5 eine auseinandergezogene perspektivische Teilansicht des Kontrolletabkörperβ von Fig.4 in einem Führungsrohr;

Fig.6 eine echematische Teilansicht eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig.7 einen Teilaufriß, teilweise mit weggebrochenen Teilen,

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des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Bewegungsdämpfungseinrichtung gemäß der Erfindung ; und

Fig.8 einen schematischen Teilschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

In Fig.l weist ein hochkantstehender zylindrischer Reaktor-Druckkessel 10 einen lösbaren Deckel 12 auf, der am oberen Ende des Kessels durch Flansche 14 und 16 befestigt ist. Eine Spaltzone oder Core 18, das aus einer Anzahl von vertikal angeordneten, Kernbrennstoff enthaltenden Kühlmittelkanälen 20 besteht, wird im Kessel von einer unteren horizontalen Corestützplatte 22 getragen, die ihrerseits im Kessel von Anschlußblechen (gussets)

^ 24 gehalten wird. Ein oberes horizontales Coregitter 26 ist an den oberen Enden der Kanäle 20 befestigt und hält den Abstand zwischen ihnen aufrecht. Ein hochkantstehender zylindrischer thermischer Schild 28 umgibt das Reaktorcore 18 und ist von der Innenfläche des Druckkessels nach innen getrennt. Das obere Coregitter 26 wird vom oberen Ende des thermischen Schilds getragen, dessen unteres Ende an denAn schlußblechen 24 befestigt ist. Der thermische Schild schwächt die vom Core emittierte Gammastrahlung und verringert die Erwärmung der Druckkesselwand.

Die oberen und unteren Enden der Kanäle 20 sind offen, damit ein Kühlmittel wie Dampf oder Wasser durch sie strömen kann. Das Kühlmittel wird in den Druckkessel durch Einlaßöffnungen 30 unter Druck aus einer oder mehreren Pumpen (nicht abgeblHet)

ψ eingeleitet. Das Kühlmittel fließt durch einen hochkantstehenden, durchlöcherten, zylindrischen Kühlmitteldiffusor 32 und dann durch die Kanäle 20 nach oben. Der Diffusor ist an seinem oberen Ende an den Anschlußblechen 24 unmittelbar unter der Corestützplatte 22 befestigt. Das erhitzte Kühlmittel, das im Falle eines Siedereaktors teilweise verdampft ist, verläßt den Druckkessel über einen Kühlmittelauslaß 34 am oberen Ende des gewölbten Deckels 12.

Eine Antriebseinrichtung 36 für die Kontrollelemente ist schematisch in Fig.l abgebildet. Da jede geeignete Antriebseinrichtung verwendet werden kann, ist sie nicht in allen Einzelheiten abgebildet. Jede schematisch in Fig.l abgebildete Antriebseinrichtung ist eine integrale Einheit, die in einem entsprechenden vertikalen Zylinder 38 angeordnet ist, der durch

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Schweißnähte 40 befestigt sich durch die Bodenwand des Druckkessels erstreckt. Kontrollelemente 41 (Fig.2 und 3) erstrecken sich in das Reaktorcore von der Bodenseite. Sie werden aus dein Core nach unten ausgefahren, um den Reaktorbetrieb in Gang zu setzen und die Leistungsabgabe des Reaktors zu erhöhen, und sie werdenhach oben in das Reaktorcore eingefahren, um die Leistungsabgabe zu verlängern oder den Reaktor abzuschalten. Die Kontrollelemente können, wenn es gewünscht wird, vom oberen Ende des Cores aus eingesetzt werden, was zur Folge haben wüi'de, daß die Bewegungs dämpf ungseinrichtung gemäß der Erfindung tungedieht- wie die weil er unten genauer beschriebene Einrichtung eingebaut werden würde. Die Verteilung der Kontrollelemente im Reaktorcore und der Querschnitt eines typischen Kontrollelements sind weiter unten genauer beschrieben.

In Fig.2 haben die Strömungskanäle 20 einen rechteckigen Querschnitt, obwohl sie auch einen anderen Querschnitt aufweisen können, zum Beispiel kreisförmig, hexagonal usw. In dem in Fig.2 abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 20 etwas voneinander getrennt in einem Gitter mit rechteckiger Unterteilung angeordnet. Die Kontrollelemente 41, die einen kreuzförmigen Querschnitt haben und zweckmäßigerweise aus rostfreiem Stahl mit 2%'Bor bestellen können, sind im ganzen Gitter zwischen benachbarten Strömungskanälen verteilt. Die Kontrollelemente können in das und aus dem Reaktorcore durch einen jeweils getrennten Kolben 42 in jedem Zylinder 38 bewegt werden. Das obere Ende jedes Kolbens ist mit dem unteren Ende eines entsprechenden Kontrollstabs verbunden. Jeder Kolben 42 wird nach oben durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit bewegt, die über eine entsprechende Leitung, die mit dem unteren Ende jedes Zylinders verbunden ist, eingeleitet wird. Jedes Kontrollelement wird aus dem Reaktor durch Verringerung des der Leitung 43 zugeführten Drucks bewegt, so daß die Kontrollstäbe durch ihr eigenes Gewicht oder durch den Druck im Innern des Kessels nach unten fallen.

Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch eines der kreuzförmigen Kontrollelemente oder -stäbe 11, die^n einem Führungsrohr 44 enthalten sind, das auch einen kreuzförmigen Querschnitt hat. Jedes Führungsrohr 44 für die Kontrollelemente enthält das im

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Reaktor verwendete Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, und erstreckt sich gemäß Fig.l vertikal von der Corestützplatte 22 nach unten zu einem entsprechenden oberen Flansch 46 am oberen Ende jedes Cylinders 38. Die Kontrollelemente 41 werden aus dem Reaktor-.üore 18 in die Führungsrohre 44 nach unten zurückgefahren. Wie am besten aus den Fig.4 und 5 ersichtlich ist, ist das obere Ende jedes Kolbens 42 durch ein entsprechendes Verbindungsstück 48 mit dem unteren Ende eines Kontrollstabkörpers 50 verbunden, der einen kreuzförmigen Querschnitt hat und zum Beispiel am unteren Ende eines entsprechenden kreuzförmigen Kontrollstabs angeschweißt ist. Im wesentlichen besteht der Kontrollkörper aus vier sich schneidenden, aufeinander senkrechten Seitenplatten 52,

ψ die jeweils eine Verlängerung des unteren Teils jeder Seitenplatte des kreuzförmigen Kontrollstabs sind. Wie am besten aus Fig.4 und 5 ersichtlich ist, trägt jede Seitenplatte des Kontrollstabkörpers eine Anzahl von vertikal verteilten, länglichen, starren Zähnen oder Rippen 54, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Kontrollstabkörpers im Führungsrohr erstrecken. Jede Rippe ist nach unten zum nächsten entsprechenden Teil der Führungsrohrwand gekrümmt, um einen nach unten mündenden Hohlraum 55 zwischen benachbarten Rippen zu begrenzen. Wie am besten aus Fig.4 ersichtlich ist, ist die untere Oberfläche 56 jeder Rippe konkav nach unten und die obere Oberfläche 58 jeder Rippe konvex nach oben gekrümmt. Die Rippen an entgegengesetzten Flächen

. jeder Seitenplatte des Kontrollstabkörpers sind vertikal übereinander angeordnet, so daß die Spitze 60 jeder Rippe auf einer Seite sich in der Nähe der Mitte einer Rippe auf der entgegengesetzten Seite befindet. Bei dieser Anordnung sind die Seitenplatten an ihren dünnen Stellen nicht so dünn, daß sie nicht betriebssicher wären.

Die Spitzen der Rippen sind von der Innenwand des Führungsrohrs gleichmäßig entfernt, so daß sie einen ringförmigen Zwischenraum 61 an entgegengesetzten Seiten des Kontrollstabkörpers freilassen.

An den äußeren Enden der Rippen liegt die konvexe Fläche zur Richtung der Bewegung des Kontrollkörpers paralleler als die konkave Fläche. Daher laufen benachbarte Flächen, die einen Hohlraum begrenzen, nach unten auseinander, so daß die Rippen

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Wasser in die Hohlräume leiten, wenn das Wasser durch den Zwischenraum zwischen dem Führungsrohr und dem Kontrollstabkörper nach oben strömt.

Ein getrenntes Kugellager 62 ist in einer kreisförmigen öffnung 63 in der unteren Kante jeder Seitenplatte 52 eines Kontrollkörpers auf einem radial verlaufenden Stift 64 befestigt, der in der Seitenplatte gelagert ist und sich durch jede Kugel erstreckt. Jede Kugel rollt auf der benachbarten Innenfläche des Führungsrohrs ab und trägt dazu bei, den Kontrollstabkörper im Rohr und im Zwischenraum 61 im wesentlichen gleichmäßig ausgerichtet zu halten.

Wenn der Kolben iber die Leitung 43 unter Druck gesetzt A wird, um den Kontrollstab nach oben zu bewegen, wird Wasser im Führungsrohr verdrängt, damit es durch den Zwischenraum 61 zum unteren Ende des Kontrollstabkörpers nach unten strömt. Wenn der Druck in der Leitung 43 verringert wird, bewegen sich der Kontrollstab und der Körper nach unten, so daß Wasser durch den Zwischenraum 61 nach oben gedrückt wird. Die Form der Rippen und Zähne am Kontrollstabkörper führt zu einem großen hydrodynamischen Widerstand gegenüber einer Flüssigkeitsströmung durch den Zwischenraum zwischen den Zähnen und dem Führungsrohr nach oben und zu einem viel geringeren Widerstand, falls das Wasser in der entgegengesetzten Richtung fließt. Dadurch wird es möglich, .die Kontrollstäbe in den Kernreaktor schnell einzufahren, falls bei Gefahr ein schnelles Abschalten des Reaktors erforder- ™ lieh sein sollte. Umgekehrt, wenn eine mechanische Störung zu einem Druckabfall in einer der Versorgungsleitungen 43 führen oder eine mechanische Störung oder Unterbrechung der Kupplung auftreten sollte, die den entsprechenden Kontrollstab sich frei nach unten bewegen ließe, dann beschränkt der hydrodynamische Widerstand der nach unten zeigenden Zähne des Kontrollstabkörpers die Geschwindigkeit, mit der sich der Kontrollstab nach unten bewegt. Daher werden die Folgen eines so entstehenden zufälligen Ausfahrens von Kontrollstäben abgeschwächt.

Im wesentlichen bewirken die Zähne am Kontrollstabkörper, daß die Flüssigkeit im Führungsrohr einem hohen Widerstand im Zwischenraum 61 ausgesetzt ist, wenn der Kontrollstab sich nach unten bewegt, und einen geringeren Widerstand, wenn der Kontroll-

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stab sich nach oben bewegt. Das ermöglicht ein großes Spiel und eine große Herstelhingstoleranz zwischen dem Führungsrohr und den Kontrollstäben. Ferner beeinflußt die Form der Zähne nicht das schnelle Abschalten des Reaktors.

Fig.6 zeigt einen schematischen Aufriß eines anderen Ausführungsbeispiels der Bewegungsdämpfungseinrichtung zur Erreichung des gleichen Ergebnisses, wie es mit dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 und 5 erzielt wird. In dem in Fig.6 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist ein Kontrollstab 70 so angeordnet, daß er sich in einem Führungsrohr 71 nach oben und unten bewegen kann, das an entgegengesetzten Seiten seiner Innenfläche nach innen und unten zeigende Zähne 72 aufweist. Die Zähne 72 haben die gleiche Form und sind genauso angeordnet, wie die Zähne der Fig.4 und 5. Der Kontrollstab hat von der Innenseite des Führungsrohrs einen solchen Abstand, daß ein Zwischenraum 73 zum Strömen von Flüssigkeit gebildet wird, wenn der Kontrollstab nach oben oder unten bewegt wird. Die Bewegung des Kontrollstabs nach unten zwingt die Flüssigkeit, durch den Zwischenraum nach oben zu strömen, wo sie wegen der nach unten und innen verlaufenden Zähne 72 einen großen Widerstand erfährt. Flüssigkeit, die während der Bewegung nach oben des Kontrollstabs 70 nach unten strömt, hat eine geringere Turbulenz und weist einen kleineren Druckabfall wegen der Form der Zähne auf. Wenn es gewünscht wird, können die Zähne sowohl am Führungsrohr als auch am Kontrollstab zur Erzeugung zusätzlicher Turbulenz vorgesehen sein.

Fig.7 zeigt einen schematischen Aufriß des gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiels der Bewegungsdämpfungseinrichtung. Ein nach unten geöffneter, starrer Kegel 80 ist in einem vertikalen zylindrischen Führungsrohr 82 angeordnet. Eine vertikale Nabe 84 ist auf einem mit Gewinde versehenen Verbindungsstück 86 im zentralen Teil des Kegels aufgeschraubt und erstreckt sich nach unten, um in einem eingeschraubten Anschlußstück 87 zu enden. Das obere Ende eines Antriebskolbens 88 ist an der Nabe durch ein Verbindungsstück 90 befestigt und erstreckt sich in einem Zylinder 92 nach unten, der am unteren Ende des Führungsrohrs befestigt ist. Der Kolben wird nach unten und oben bewegt, wie es in den Fig.1-5 beschrieben worden ist. Eine ringförmige, kegelstumpf förmige, starre Manschette 94 ist unterhalb des Kegels an

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diesem durch vier vertikale Arme 96 {nur eine;: ist in Fj g. ''■ abgebildet) befestigt, die auf dem Umfang des Kegels gleici mäßig verteilt sind. Ein getrenntes Rad 97 ist am Rand der Manschette an der Stelle jedes Arms befestigt, rollt auf der Innenseite des Führungsrohrs ab und hält den Kegel und die Manschette im Abstand vom Führungsrohr, um einen gleichmäßig ringförmigen StrÖmungsZwischenraum 98 zwischen der Kegelmanschette und dem

Führungsrohr auszubilden. Die konkave Unterseite des Kegels und die Außenfläche der Nabe laufen nach unten auseinander. Die Oberseite der Manschette läuft von der Unterseite des Kegels nach oben weg, um einen nach außen und unten zusammenlaufenden, ringförmigen Schlitz mit ungefähr konstanter Strömungsfläche 99 zu bilden, der ^ in den Zwischenraum 98 mündet. Die Außenränder des KegeJs und der Manschette enden im gleichen Abstand. Der Innenrand der Manschette ist von der Nabe getrennt, um einen Ringkanal 100 freizulassen.

Ein Kontrollstabzwischenstück 101 mit kreuzförmigem Querschnitt ist integral mit dem oberen, inneren Teil des Kegels ausgebildet, so daß ein konvexer Rand 102 des Kegels über das Zwischenstück hinausragt. Das obere Ende jeder Seitenplatte 103 des Zwischenstücks ist am unteren Ende einer entsprechenden Seitenplatte 104 an einem Kontrollstab 105 befestigt. Die Seitenplatten der Kontrollstäbe erstrecken sich gegenüber den Seitenplatten 103 des Zwischenstücks etwas nach außen.

Wenn der Kolben betätigt wird, um den Kegel und den Kon- ™ trollstab 105 nach oben zu bewegen, wird Flüssigkeit an dem konvexen Teil 102 des Kegels entlang und durch den Zwischenraum 98 nach unten gedrückt. Der obere Rand des Kegels hat eine solche Form, daß die Flüssigkeit einen relativ geringen Widerstand beim Durchfluß durch den Zwischenraum erfährt, und daher kann der Kontrollstab ziemlich schnell nach oben bewegt werden. Wenn andererseits wegen einer mechanischen Störung der Kontrollstab sich schnell nach unten zu bewegen beginnt, wird etwas Flüssigkeit um die Nabe durch den Kanal 100 nach oben und zum Boden des Kegels gedrückt. Die Flüssigkeit wird dann nach unten und oben über den ringförmigen Schlitz 99 verteilt, der zwischen der Manschette und dem Kegel ausgebildet ist. Der Teil der Flüssigkeit, der über den Ringschlitz nach außen gedrückt wird, wird in die

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w-rciUUJvCj diiiv übrigen Flüssigkeit eingeleitet, die durch den :,'iiwhenraum 98 nach oben strömen will. Die beiden sich veriwnendei) Stjröjae erzeugen eine Turbulent und erhöhen den Druck-■fall entlang dem Zwischenraum für die Flüssigkeit, die durch lesen strömen '-/ill. Die ringförmige konvexe Fläche 102 am Rand aes Kegels erhöht den Strömungsverlust weiter, wenn sich Flüsigkeit nach oben bewegt. Wenn daher eine Störung auftritt, kann sich der Kontrollstab wegen der Turbulenz im Zwischenraum nicht schnell nach unten bewegen. Der Stab kann jedoch wegen der Stromlinienform des Kegels für eine Flüssigkeitsströmung durch den .,wischenraum nach unten schnell nach oben bewegt werden, fc In dem in Fig.8 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist ein sich nach unten und innen erstreckender hohler Kegelstumpf 108 an seinem oberen Ende oder dem größeren Rand 109 an der Innenfläche eines vertikalen zylindrischen Führungsrohrs 110 befestigt, so daß der Kegelstumpf und das Führungsrohr in der einen Richtung und zu einem zylindrischen Kontrollstabkörper 111 auseinanderlaufen, der so im Führungsrohr montiert ist, daß er, wie im "-j^aromenhang mit den Fig. 1 und 4 beschrieben wurde, nach oben und unten beweglich ist. Eine ringförmige !Manschette oder Leitblech 112 ist durch sich nach unten erstreckende Arme 114 mit der unteren Fläche des Kegelstumpfs in der Nähe des Innenrands des Kegelstumpfs verbunden. Der Kegelstumpf und die Manschette laufen zur Führungsrohrwand auseinander, und die inneren Ränder ' (ios Kegelstumpfs and der ringförmigen Manschette sind um den • rLeichen Abstand /om Kontrollstabkörper 111 getrennt. Der Durchmesser des Außenrands der Manschette ist kleiner als der Innendurchmesser des Fihrungsrohrs, um dazwischen einen ringförmigen "wischenraura 116 freizulassen.

Der Betrieb der in Fig.8 abgebildeten Einrichtung ist / ■ v.r;dsät2lich ciam dar von Fig.-7 ähnlich. Kenn äer Kontrollstabcrper 111 sich nacn oben bewegt, strömt Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen den beiden Körper ruhig durch den Zwischenraum zwischen dem KoxitroISstabkörper und der Manschette und dem Kegelstumpf nach unten, Wenn der Kontrollstabkörper sich nach unten "-e-A-egt, trifft oi.i Teil des durch den Ringr&um 116 strömenden Jassers auf die Uiterseite des Kegelstumpfs und wird durch den

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Schlitz zwischen dem Kegelstumpf und der Manschette oder dem Leitblech nach innen abgelenkt. Diese abgelenkte Flüssigkeitsströmung strömt in den Zwischenraum zwischen dem Kontrollstabkörper und den Rändern des Kegelstumpfs und der Manschette, so daß eine Turbulenz entsteht und die strömende Flüssigkeit einen größeren Widerstand erfährt. Daher kann der Kontrollstabkörper 111 verhältnismäßig schnell bei einem geringen Strömungswiderstand nach oben bewegt werden, und andererseits einen hohen Widerstand erfahren, wenn er in der entgegengesetzten Richtung schnell bewegt wird.

Obwohl die Abmessungen der verschiedenen Bauteile in der Bewegungsdämpfungseinrichtung gemäß der Erfindung nicht kritisch sind, beeinflussen sie die Geschwindigkeit, mit der sich der Kontrollstabkörper nach oben oder unten bewegt. Zum Beispiel werden mit der in Fig.8 abgebildeten Einrichtung in einem normalen Kernreaktor, der Wasser als Kühlmittel enthält, gute Ergebnisse erzielt, wenn der Zwischenraum 98 zwischen dem Rand der Manschette oder dem Kegelstumpf und dem zylindrischen Führungsrohr etwa 0,1-2 cm (0,05-0,75") beträgt. Es ist ersichtlich, daß die Bewegungsdämpfungseinrichtung auch dann arbeitet, wenn das hohle Führungsrohr oder der Körper weiter vom Kontrollkörper entfernt sind. Wesentlich ist aber, daß ein Hohlkörper zur Aufnahme der verwendeten Flüssigkeit vorhanden ist. Die Turbulenz, die bei der Bewegung des Kontrollkörpers in Richtung zur Erzeugung einer großen Turbulenz entsteht, vergrößert effektiv den Kontrollkörper in dieser Bewegungsrichtung, so daß er einen größeren Widerstand als während der Bewegung in der entgegengesetzten Richtung erfährt, wenn eine geringere Turbulenz auftritt.

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß die Erfindung eine einfache, aber zuverlässige Einrichtung zur freien Bewegung eines Körpers in einer Richtung und zur Dämpfung seiner Bewegung in der entgegengesetzten Richtung angibt. Die BewegungsdämpfungseinricUitung gemäß der Erfindung weist verhältnismäßig großes Spiel und Herstellungstoleranzen für eine Einrichtung wie einen Kernreaktor auf. Dadurch werden die Investitionskosten der Einrichtung ebenso wie die Kosten für die Wartung und den Betrieb reduziert. Außerdem wird die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Bewegungsdämpfungseinrichtung, insbesondere für die Kontrollstäbe eines Kernreaktors, mit einem Hohlkörper zur Aufnahme eines Fluids, mit einem in dem Hohlkörper getrennt von ihm angeordneten Dämpfungskörper, der in dem Hohlkörper zur Hin- und Herströmung des Fluids hin- und herbeweglich ist, und mit einer turbulenzerzeugenden Einrichtung an min-

k destens einem der Körper zur Erzeugung einer größeren Turbulenz in dem strömenden Fluid, wenn sich der Dämpfungskörper in der einen Bewegungsrichtung und nicht in der anderen bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Körpern ein Zwischenraum für das strömende Fluid angeordnet ist, und daß die turbulenzerzeugende Einrichtung an der Oberfläche des Körpers einen Hohlraum begrenzt, der in den Zwischenraum mündet und Fluid in ihn bei Bewegung des Dämpfungskörpers in der einen Bewegungsrichtung ableitet.

2. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die turbulenzerzeugende

* Einrichtung mindestens einen Zahn (54;72) hat, der sich seitlich quer zu den Bewegungsrichtungen des Dämpfungskörpers (41;7O) und in Längsrichtung zum Hohlkörper (44;71) erstreckt (Fig.4,5;6).

3. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r ch gekennzeichnet, daß sich der Zahn (54;72) in Längsrichtung zum Zwischenraum erstreckt und Inder einen Bewegungsrichtung konkav ist (Fig.4,5;6).

4. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Zahn (54;72) in der anderen Bewegungsrichtung konvex ist (Fig.4,5;6).

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5. üewegungEdämpfungseinrichtung nach Anspruch 4, d a d gekennzeichnet, daß der konvexe Krümmung sr c^;: .... größer als der konkave Krümmungsradius ist (Fig.4,5;6).

6. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehende;. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Körper (41,44) den gleichen Querschnitt in Längsrichtung aufweist, um eine größere Oberfläche für den Zwischenraum auszubilden (Fig.3).

7. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne % (54) an den entgegengesetzten Seiten angeordnet und in Längsrichtung des Dämpfungskörpers (41) getrennt sind, und daß jeder Zahn auf einer Seite des Dämpfungskörpers zwischen benachbarten Zähnen auf der entgegengesetzten Seite des Dämpfungskörpers liegt (Fig.4).

δ. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r cn gekennzeichnet, daß der Hohlraum sich quer zu den Bewegungsrichtungen des Dämpfungskörpers erstreckt sowie zwei gegenüberliegende Grenzflächen aufweist, die in der einen Bewegungsrichtung divergieren.

9. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 8, d a d u r h gekennzeichnet, daß der Hohlraum eine Nut ist,.

10. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, d adurch gekennzeichnet, daß die eine Grenzfläche in der einen Bewegungsrichtung konkav und die anders Grenzfläche in der anderen Bewegungsrichtung konvex gekrümmt ist.

11. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskörper (80) insgesamt konisch ist (Fig.7).

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12. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 11, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskörper (80) hohl und mit seinem Rand (102) im wesentlichen gleichmäßig von dem Hohlkörper (82) entfernt ist (Fig.7).

13. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine ringförmige Manschette (94), die von dem Dämpfungskörper (80) in dessen Divergenzrichtung getrennt getragen ist (Fig.7).

14. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 13, d a d u r ch gekenn zeichnet, daß sich die benachbarten Flächen der Manschette (94) und des Dämpfungskörpers (80) in der gleichen Richtung erstrecken (Fig.7).

15. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (94) von dem Dämpfungskörper (80) in Richtung weg von dem Zwischenraum (98) divergiert (Fig.7).

16. Bewegungsdärapfungseinrichtung nach Anspruch 15, d a d u r ch gekenn zeichnet, daß der äußere Rand (102) des Dämpfungskörpers (8o) in dessen Konvergenzrichtung konvex ist (Fig.7).

17. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch an dem Dämpfungskörper (80) befestig¹-te Führungsrollen (97), die an dem Hohlkörper (82) angreifen (Fig.7).

18. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 8, d a d u r ch gekennzeichnet, daß eine Leitfläche (112) von den Grenzflächen (108)in der Divergenzrichtung getrennt angeordnet ist (Fig.8).

19. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach Anspruch 18, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (112) und

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die dem Zwischenraum nähere Grenzfläche (108) des Hohlraums zum Zwischenraum konvergieren (Fig.8).

20. Bewegungsdämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen Kontrollstab eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper ein Führungsrohr des Kontrollstabs ist, und daß der Dämpfungskörper der Kontrollstab selbst oder an diesem befestigt ist.

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