DE2014785A1

DE2014785A1 - Kernreaktor Steuerstabanordnung

Info

Publication number: DE2014785A1
Application number: DE19702014785
Authority: DE
Inventors: Leslie Frederick. Walker Alexander; Whetstone Leicestershire Bowles (Großbritannien)
Original assignee: The English Electric Company Ltd., London: Nuclear Design and Construction (1966) Ltd., Whetstone, Leicestershire; (Großbritannien):
Priority date: 1969-04-03
Filing date: 1970-03-26
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1295283A

Description

Patentanwälte
Dipl. Ing, C. Wallach

Dipl. ing. C. Koch 2fc MÄZ. 197J-

Dr. Ϊ. Kf iüach ■

8 föünrfhen 2 iokta h/u·

Kaufingerstr. 8, Tel. 240275 12574 - H/We

THE ENGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED,
London« W.C. 2 / England

und

NUCLEAR DESIGN AND CONSTRUCTION (1966) LIMITED,
Whetstone, Leicestershire / England

Kernreaktor-Steuerstabanordnung Die Erfindung betrifft SteuerstSbc für Kernreaktoren·

Beim Auftreten einer ernsthaften mechanischen Störung im Betriebszustand eines Kernreaktors ist es wesentlich, den Kern- (| reaktor so schnell als möglich abschalten zu können. Im Fall eines Kernreaktors, dessen Core mit im wesentlichen vertikalen Steuerstabkanälen versehen ist, wobei oberhalb dieser Kanäle und in Ausrichtung auf sie Steuerstäbe in Core-Zugangsröhren angeordnet sind, erfolgt die Schnellabschaltung des Reaktors durch den Abfall der Steuerstäbe in die vertikal unter ihnen befindlichen Steuerstabkanäle.

Bei Vollastbetrieb des Kernreaktors befinden sioh die Steuerstäbe normalerweise in den an den oberen Enden der Steuerstabkanäle angeordneten Core-Zugangsröhren und Standrohrenj in diesen

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Falle besteht die Möglichkeit, daß eine ernsthaft· mechanisch« Störung «ine solche Verforeung bzw. Verzerrung d»r Corezugangsröhren und/oder der Standrohr· verursacht, dal dl· Steuerstäbe in den Corezugangsrohren verklemmt werden. Bei Verwendung von Steuerstabanordnungen bekannter Art würde hierbei das Herablassen der Steuerstlbe in die SteuerstabkanJUe zur Sohnellabsohaltung de« Kernreaktors unmöglloh.

Ouroh die Erfindung soll eine Steuerstabanordnung geschaffen werden, bei weloher dieses Rldko eines vollständigen Ausfalle der Steuerstab-Schnellabsohaltung bei mechanischen Störungen, welche Verformungen der Standrohre bzw. der Corezugangsrohre zur Polge haben, weltgehend verringert wird und gewährleistet ist, daß zumindest Teilabschnitte der einzelnen SteuerstKbe in die Steuerstabkanäle abfallen können.

ν Steuerstabanordnung Zu diesem Zweck 1st gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die / mehrere hohle Elemente bzw. Abschnitte aufweist, von welchen wenigstens einige neutronenabsorbierend ausgebildet sind und die mittels einer Zugstang· bzw. ein·· Zugbandes stirnseitig Uberelnanderga&apelt sind, die bzw. das sich durch die Elemente bzw. Abschnitte hinduroh erstreckt und an wenigstens einem Ende mit einem Endstück versehen ist, das in Eingriff mit ei'nea ersten der den Steuerstab bildenden Elemente steht, daß die Zugstange zwischen ihren beiden Enden wenigstens einen Bereich aufweist, in welchem sie bei Beaufschlagung mit einer Querkraft in zwei Teile auftrennbar 1st, und daß wenigstens ein zweites der die Steuerstabanordnung bildenden Elemente bzw. Abschnitte in βeinem Inneren, eine Vorrichtung aufweist, mittels weloher bei einer Querverschiebung des betreffenden Elemente relativ zu der Zugstange eine lokalisierte Querkraft auf den genannten auftrennbaren Bereich der Zugstange ausgeübt wird, derart, daß die Zugstange in dem genannten Bereich aufgetrennt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorge-

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sehen, daß die Zugstange Über wenigstens einen Teil ihrer Länge, der den genannten auftrennbaren Bereich bildet« aus einem (Soll-) Bruchsegnent besteht, das bei Ausübung der erwähnten Querkraft verhältnismäßig leicht auslösbar iat, der· art, daS die Zug-Stange bei Auslösen des betreffenden Bruchsegments aufgetrennt wird. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß die Zugstange in Abstand entlang ihrer Läng» mehrere derartige (Soll-) Bruohsegnente aufweist und daß Jedem derartigen Segment eine entsprechende innere Vorrichtung im Inneren der betreffenden Steuerstabelemente zur Ausübung der lokalisierten Querkraft zugeordnet ist. /

Kaoh einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein» daß wenigstens eines der den Steuerstab bildenden Elemente in seinem Inneren ein auszieheres Innenelement aufweist» das mit einem weiteren der den Steuerstab bildenden Elemente in einer eine begrenzte· Relativbewegung in Längsrichtung der Steueretabanordnung zulassenden Weiae verbunden ist·

Die Steuerstabanordnung, gemäß der Erfindung eignet sich Insbesondere zur Verwendung in einem Kernreaktor« dessen Core mit im wesentlichen vertikalen Steuerstabkanälen versehen 1st und der oberhalb des Gores entsprechende Core-Zugangsröhren in Ausrichtung auf die einzelnen Steuerstabkanäle aufweist, wobei die Steuerstabanordnungen mittels der Zugstange jeweils in den einzelnen Corezugaugsrohren aufgehängt sind« derart« daß bei einer Verwerfung bzw. Verformung eines Corezugangsrohrs in einem Ausmaß, daß hierdurch die zugehörige Steuerstabanordnung verklemmt wird, eine zur Auftrennung der Zugstange an der Sollbruchstelle ausreichende Querkraft auf die Steuerstabanordnung ausgeübt wird, derart, daß wenigstens eines der die Steuerstabanordnüng bildenden Elemente in den zugehörigen Steuerstabkanal herabfäll

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Die Zugstange kann in der erwähnten Weise entweder mit Bruchstellen versehen sein, oder aus einseinen Teilabschnitten susaamengesetzt sein, die anderweitig, wie beispielsweise durch Kugelgelenke» miteinander verbunden sind, die so ausgebildet sind, dafl sie sich lösen, wenn die Verkantung der duroh die Kugelgelenke verbundenen Abschnitte der Zugstange einen vorgegebenen Winkel übersteigt.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele von erfindungsgemKfien Steuerβtuben für Kernreaktoren anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Die Pigg. 1» 3 und 5 In soheinatiacher Darstellung drei Ausfuhr ungs formen von SteuerstXben gemäS der Erfindung in Anbringung in einer Zufuhrröhre zum Aeaotoroore;

die Figg. 2, 4 und 6 sehematlsohe Darstellungen zur Veranaohaulichung der Art und Weise, in welcher die Steuerst gbe gemäß den Figg. 1, 3 bzw. 5 bei» Verklemmen eines Teils des jeweiligen Steueratabs aufgetrennt werden.

Der in Fig. 1 gezeigte Steuerstab weist mehrere Uber@inandergestapelte hohle Abschnitte oder Elemente 10 aus neutronenabsorbierendem Material auf. Die Teilabschnitte mit Ausnahme des untersten bestehen jeweils aus einer Hülse bzw. ein©» Zylinder 11 und einer mit öffnung versehen®» Horisontalwanduog 12 benachbart dem unteren Ende der Hülse. Der unterste Teilabschnitt 20 ruht auf einer Scheibe 13* auf, die am unteren Ende eines Zugbandes bzw. einer Zugstange 13 befestigt ist* da© bzw. die sich ihrerseits nach oben durch die Uberelnandergestapelten Abschnitte bzw. Elemente 10 und die öffnungen in den Horizontalböden 12 in diesen hindurch erstreckt. Die Zugstange ist ihrerseits an einem (nicht dargestellten) Steuerstab-Betätigungamechanismue aufgehängt» der in einem Standrohr in der Druckgefäßabdeckung für den Core angeordnet ist.

Der Steuerstab ist in einem Gore=Zugangsrohr 14 angeordnet« der ein Standrohr mit dem entsprechenden Steuerstabkanal 15 Im Core verbindet·

Im Bereich der öffnung in den einzelnen Horiaontalbödon 12 1st das Zugband bzw. die Zugstange 13 jeweils mit einem Freigabebzw. TrennraechanisBUS 17 versehen. Vorzugsweise besteht dieser

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Meohanismua 17 aus einem Brucheegment, da· bei Ausübung einer Querkraft duroh den betreffenden Wandungsteil IS ausaohnappt bsw· briaht* fall· der betreffende Steuerstab aelbat einer Querkraft unterliegt, duroh welche die Uberelnandergeetapelten Abeohnitte bzw. Elemente IO um mehr al· ein vorgegebene« Μ&β ▼on ihrer linearen Ausrichtung abweichen. Bei Ausbildung dt? Freigabeaeohanlamen al· (Sol?.-; Bruohsegmente können diese beispielsweise aus serbrechlloher Keramik, wie etwa gesintert·»» Aluminiumoxyd bestehen. Jedoch können die Freigabevorrlohtim^on 17 selbstverständlich in beliebiger anderer Weise auageui~$efc sein. Beispielsweise Könnte das Zugband bzw. die Zugstange aus mehreren duroh Kugelgelenke miteinander verbundenen Teilabschnitten bestehen, wobei die Kugelgelenke so ausgebildet sind, daß sie sich lOsen, wenn die durch sie verbundenen Teilabschnitte der Zugstange um einen einen vorgegebenen Betrag übersteigenden Winkel gegeneinander verkantet sind«

Beim Auftreten einer ernsthaften mechanischen Störung in dem Kernreaktor ist es erforderlloh, die Steuerstäbe so schnell als möglich zur Abschaltung des Kernreaktors herabzulassen. Es 1st Jedoch möglich, daß duroh die erwähnte Störung die Core-Zugangsröhren 14, wie in Fig· 2 angedeutet, verworfen bzw. verformt werden; bei den bekannten Steueretab-Anordnungen würde hierdurch das Herablassen der Steuerstäbe in den Reaktor» core verhindert. Durch Verwendung des erflndungsgenäfien Steuerstabs gemäß Fig. 1 läßt sich dieses Risiko eines vollkommenen Ausfalle der Steuerstabsbsohaltung erheblioh verringern. Und zwar ist die Anordnung so getroffen, dad bei hinreichend starker Verformung des Core~Zugangsrohrs 14 (Pig. 2), derart, daß einer der Abschnitte bzw. Siebente 10 in dem Rohr verklemmt wird, dum die Zugstange 13 durch den Freigabemeohanismus 17 sm Ort der Horizontalwandung 12 des verklemmten Elements 10 aufgetrennt wird, derart, daß sämtliche unterhalb des verklemmten Elemente befindlichen Abschnitte bsw. Elemente in den Core herabfallen können. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß wenigstens ein Teil der Steueratlbe in den Core herabfallen kann, vorauage-

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setzt natürlich, dafi nicht gerade der unterste Abschnitt verkleaat 1st. Die Erfindung wurde vorstehend anband ron in Core-ZugangsrShren angeordneten Steuerstäben beschrieben; selbstverständlich eignet sieh die Erfindung Jedoch ebensogut star Anwendung bei Steuersttben, die in den Standrohren Terklemt werden.

Falls es zu einer Verklebung eines Abschnitts Am Steuerstabs könnt, ist es erwUnsoht, das dennoch ein möglichst langes Teilst tick des Steuerstabs in den Jeweiligen Steuerstabkanal abfällt. Diese Lange des abfallenden Steuerstabteils läßt sich durch Verwendung eines Steuerstabs nach den Ausführungen lh den Figg. 3 bzw. 5 erhüben·

Bei der Ausführung in PIg. 3 enthält der unterste Abschnitt des Steuerstabs ein weiteres Xnnenelenent bzw. einen Xnnenabsohnltt 18 aus neutronenabsorbierenden Material, das bzw» der auf der Scheibe 13* an unteren Ende der Zugstange 13 aufruht· An seinem oberen Ende ist der Abschnitt 18 uit zwei sehrauben·' försjig gewickelten Ketten 19 oder entsprechenden Halterungsvorrichtungen versehen» die an den unnlttelbar Über den untersten Abschnitt befindlichen Abschnitt 10 befestigt sind. Falls daher die Core-Zugangsröhre'14 in der aus Fig. 4 erslohtllohen Heue verformt wird, so könnt es wiederun zur Auftrennung der Zugstange 13 und Freigabe der Abschnitte 10 unterhalb des verkleesten Abschnitts. Außerdem fällt Jedoch auch das Innenelenent 18 in den Steuerstabkanal 15 herab und hängt von dem verklemmten Abschnitt nach unten in den Steuerstabkanal hinein.

Falls erwünscht» können außer dem untersten Abschnitt auch andere Abschnitte bzw. Elemente 10 in gleicher Weise nit Xnnenelementen versehen sein; ferner kann jedes Elenent 10 (und insbesondere das unterste) zwei oder mehrere Innenelemente einschließen, die teleskopartig ineinander angeordnet sind und , biegsam entweder aneinander oder an dem darüber befindlichen Element 10 in solcher Weise befestigt sind, daß bei einer Ver-

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kleaaung dea über den aehreren Znneneleaenten befindlichen Eleaents 10 die inneneleaente und da· sie enthaltende Fleaent 10 unterschiedlich weit herabfallen· derart· dal sie alle voneinander verschiedene axiale Teile längs des Steueratabkanala, in welchen sie hJjiabfallen, einnehaen.

Bei der in Flg. 5 gezeigten Ausführung·fora elnee Steueretabs geaäi der Erfindung enthält der unterste Absohnitt 10 wlederua einen weiteren Abschnitt bzw. ein weiteres Bleaent 18. Jedoch 1st in diese« Fall dieser Absohnitt 18 statt mit zwei Ketten an seine· oberen Ende durch ein sohwaohes Gelenk lösbar alt dea unmittelbar Über dea untersten Abschnitt 10 befindlichen Bleaent 10 verbunden. Außerde« ist ein gegenseitiger Verriegelunge- bzw. Blngriffeaeohanlsaus zwischen dea untersten Absohnitt 10 und dea zusätzlichen Abeohnltt 18 vorgesehen, wobei ein Teil 21 dieses Elngrlffsaeohanlsnue aa oberen Ende dea untersten Abschnitts 10 angeordnet ist, während ein anderer Teil 22 de· ElngriffseeohanisBUs aa unteren Ende dee zusätzlichen Absohnitt· 18 vorgesehen 1st.

Die Wirkungsweise dieser AusfUhrungafera i*t wie folgtt Bei einer Verkleaaung de« unalttelbar über dea untersten Abschnitt 10 befindlichen Abeohnitt* 10 wird wlederua die Zugstange 13 aufgetrennt und der unterste Abeohnltt 10 fällt in den Steueratabkanal 15 herab· Der Innenabechnltt 10 wird sunlehet duroh die eehwaohe Verbladung, alttels welcher er an dea nächsthöheren Abeohnltt 10 befestigt let, stationär gehalten} bela Eingriff der Teile 21 und 22 dee Verriegelung·- bzw. Eingriffaaechanlaaua alteinander erzeugt Jedooh das Hoaent de· abfallenden untersten Abschnitte 10 eine sub Verriegelungseingriff zwiechen den feilen 21 und 22 sowie auch zur Abaoherung der eohwaehen Verbindung ausreichende Kraft, derart« dal der Abeohnitt l3 in den Steuerstablcanal herabfallen kann. Der unterste Abeohnltt 10 und der Abschnitt 18 fallen «eher geaclneaa, und zwar nuhaehr nicht aehr teleekopartig lneinandergeeohoben, ab; der Verriegelungsaeohaniaaus hält dl·

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beldto Tell« in dlM« nlohtolo«lo«nd«rc«MbAb«n«i «uob naohdca d«r Äbf*ll*od· Abaohnitt 10 dia Bodco dm •rreioht hat und dort sur Rub· »t—i i«t.

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Claims

Patentansprüche

l./Kernreaktor-St eueretabanordnung, dadurch gikinn· selohnet, dafl al· sehrere bohl· Zlesente bsw. Abaehnltt· (10) aufweist, von welchen wenigstens einig· neutronenabsorber end ausgebildet alnd und dl'· slttels einer Zugstange bsw· eines Zugbandes (13) stlrnseltlg 'Ik er einander gestapelt sind» die bsw. da· sieb duroh die Bleaente bxw. Abschnitte (10) hinduroh erstreokt und an wenigstens eines Ende alt einea EndstUek (13*) versehen 1st« das in Eingriff alt eines ersten der den Steuerstab bildenden Elemente (10) steht, dag die Zugstange (13) zwischen ihren beiden Enden wenigstens einen Bereioh (17) aufweist« In welches si· bei Beaufschlagung Bit einer Querkraft in swel. Teile auftrennbar ist« und deJ wenigsten·' ein sweltes der die Steuerstabanordnung bildenden Elestee bsw. Absohnltte (10) in seines Inneren «in· Vorrichtung (12) aufweist« slttels weloher bei einer Q>ierTersobiebung de« betreffenden Eleaents (10) relativ su der Zugstange (1?) eine lokalisierte Querlcraft auf den genannten auftrennbaren Bereioh (17) der Zugstange ausgeübt wird» derart, dal die Zugstange (13) in des genannten Bereioh (17) aufgetrennt wird.
2. Kernreaktor-Steuerstabanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennseleh.net» dafl dl· Tilgst; ange Ober wenigstens einen Teil ihrer Länge, der den genannten auftrennbaren Bereioh bildet, aus eines (Soll-) Bruehsesjsent (17) besteht, das bei Ausübung der e*w*hht«n ^erkraft VerhaUtnlasMeig leicht auslösbar 1st, derart, dal dl* Zugstange bei Auslosen des betreffenden Bruch·egsents (17) aufgetrennt wird.
3. Steuerstabanordnung nach Anspruch 2, dadurch g · k · η η -

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seiehnet, dsJ die Zugstange (13) in Abstand entlang ihrer Hinge sehrere derartige (Soll-) Bruohsegse&te (17) aufweist und dafi Jedes derartigen Segsent (17) eine entsprechende innere Vorrichtung (12) is Inneres der betreffenden Steuerstabelesente (10) zur AusUbtsng der lokalisierten Querkrjtft zugeordnet 1st.
4. Steuerstabanordnung nach eines oder sehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ,gekennzeichnet, daß wenigstens eines der den Steuerstab bildenden Elesente (10, Pigg· 3 ois 6) in seines Inneren ein ausziehbares Innenelesent (18) aufweist* das sit eines weiteren der den Steuerstab bildenden Zleaente (10) in einer eine begrenzte Relativbewegung in UEngsriehtung der Steuerstabanordnung zulassenden Welse verbunden 1st.
5. Steuerstabanordnung nach eines oder sehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ek e η η ζ e i ο h η e t , dal wenigstens eines der den Steuerstab bildenden Elesint® (10, Pigg. 5 und 6) «in AuSenelesent derstellt, in dessen Inneres ein herausziehbares Innenelesent (18* FlggJ 5 und 6) untergebracht ist, das lusbar (bei 20) sit eines benachbarten Elesent (10) verbunden ist, und dafi das Innenelesent (18) und das es uBSchlleeende Aufienelesent (10) sltelnander Eueaasenwlrkende Teile (21, 22) einer Verriegeluagivorrichtung aufweist, die ein vollständiges Heraossiehen des Inneneleaents (18) aus des Aufienelenent (10) verhindern und Is Elngrlffssustaiid gleichzeitig das lnneneiessnt und das AuBenelesent m des auseinandergesogenen Zustand alt» einander verriegeln· - ■ ■
6. Steuerstabanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dal das Innenelement (18, Figg. 3 und 4) an des nkohstöberen Blesent (10) dieses gegenüber begrenzt relativ bewegUciyi·^ derart, dafi bei einer Yerklessung

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des erwähnten nächatoberen El en ent β (10) de* Steuer· tab· In den Core-Zugangsrohr (14, Flg. 4) da· Inneneleaent (18) UB eine begrenzte Btreoke in den Steueretabkanal {15) hinabfällt.
7* Steuerstabanordnung naoh Anspruch 5, daduroh gekennzeichnet, daß das in dem Aufienelenent (10) untergebrachte Inneneleeent (18* Flgg. 5 und 6) löabar alt den nJtohetoberen Element (10) nlttels einer Vorrichtung (20) verbunden 1st, die bein Herabfallen dea AuSenelenents (10) und dessen Verriegelung alt den Inneneleeent (l8) das Innenelement (18) infolge der durch da· herabfallende Aufienelement (10) ausgeübten Kraft freigibt.
8. Verwendung der Steuerstabanordnung naoh einen oder nehreren der vorhergehenden Ansprüche in einen Kernreaktor, dessen Core nlt in wesentlichen vertikalen Steuerstabkanälen (15) versehen ist und der oberhalb de« Cores entsprechende Core-ZugangsrOhren (14) in Ausrichtung auf die einseinen Steuerstabkanäle (15) aufweist* wobei die Steuerstabanordnungen nlttels der Zugstange (13) Jeweils in den einseinen Corexugangsrohren (14) aufgehängt sind, derart. daB bei einer Verwerfung bsw. Verformung eine· Corezugangerohrs (14) In einen Auenaß, dal hlerduroh die zugehörige Steuerstabanordnung verklennt wird« eine zur Auftrennung der Zugstange an der Sollbruchstelle ausreichende Querkraft auf die Steuerstabanordnung ausgeübt wird* derart, daß wenigstens eines der die Steuerstabanordnung bildenden Blenente (10) in den zugehörigen Steueretabkanal (15) herab· fällt.

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