DE2122190A1

DE2122190A1 - Anordnung zur Anzeige der Stellung von Kernreaktorsteuerstäben

Info

Publication number: DE2122190A1
Application number: DE19712122190
Authority: DE
Inventors: Hans-Helmut; Schadebrodt Gerhard; 6078 Neu Isenburg; Daublebsky Peter Dr. 6000 Frankfurt; Eschenfelder Günther 6081 Stockstadt; Zeitzschel Günter 6000 Frankfurt. P Feldmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-05-05
Filing date: 1971-05-05
Publication date: 1972-11-23
Also published as: FR2135340A1

Description

Licentia
Patent-Verwaltungs-GmbH

6 Frankfurt 7o,Theodor-Stern-Kai 1

F 71/33-Wi/ml 23.4.1971

"Anordnung zur Anzeige der Stellung von Kernreaktorsteuerstaben¹'

Anordnungen sowie Prinzipien zur Anzeige der Stellung von Kernreaktorsteuerstaben sind in mannigfaltigen Ausführungen bekannt geworden. Sie hängen im allgemeinen weitgehend davon ab, welcher Antrieb für die Kernreaktorsteuerstäbe gewählt ist bzw.. welcher Reaktortyp vorliegt. Sind die Antriebe außerhalb des Druckgefäßes angeordnet und besitzen sie z.B. eine spindelmechanische Verstellung, so ist es bekannt, die Spindel mit einem Drehfeldgeber zu kuppeln, dessen Ausgangssignal als Haß für die Stellung dient. Auch sind berührungslos arbeitende Stellungsanr.eigen auf induktiver Basis oder dergleichen bekannt*

Der 'ci'encl im modernen Kernreaktorenu geht dahin., die Steuerstab-

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antriebe innerhalb des Druckgefäßes anzuordnen, um einmal die zahlreichen Durchführungen am Reaktordruckgefäß und zum anderen den für den Ausbau der Antriebe benötigten Raum unterhalb des Druckgefäßes zu verkleinern. Derartige Antriebe - im folgenden soll von internen Antrieben gesprochen v/erden - sind bekannt; sie arbeiten überwiegend hydraulisch, indem unter Ausnutzung des Kühlmittelsdruckes ein Kolben axial in einem Hubzylinder verstellt und jeweils mechanisch arretiert wird. Der Hubzylinder stellt dabei im allgemeinen Sinn ein Führungsrohr dar^ innerhalb dessen der Antrieb angeordnet ist. Es sind jedoch auch prinzipiell andere Antriebsarten denkbar.

Bei einem derartigen internen Steuerstabantrieb ist das Problem der Stabstellungsanzeige wesentlich problematischer als bei extern angeordneten Steuerstäben. Erschwerend wirkt sich gerade in diesem Fall aus, daß die Anzahl der Steuerstäbe in einem Reaktor relativ hoch ist, beispielsweise ca. 1oo bei einem 600 YvH-Siedewasserkernreaktor* Zwar lassen sich bei den internen Antrieben auch die bekannten Prinzipien zur Stellungsanzeige anwenden, jedoch ist einmal die funktionstüchtige und wartungsfreie Unterbringung der Stellungsgeber.im Reaktordruckgefäß wesentlich schwieriger (im Falle eines Siedewasserkernreaktors hat das Kühlmittel beispielsweise eine Temperatur von ca. 28o Grad bei 7o Atmosphären Druck) und zum anderen stellt sich das Problem der He raus führung der Signale aus dem Druckgefäß dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung r.ur Anzeige der Stellung von Ifernreakt01stäben, deren Antriebe Innor-

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halb des Reaktordruckgefäßes in Führungsrohren angeordnet sind und jeweils ein innerhalb dec Führungsrohr bewegtes, r.jit dem Absorberstab gekuppeltes Antriebsteil aufweisen, derart aus-" zubilden, daß eine Unterbringung von Stellungsgebern in Reaktordruckgefäß und Durchführungen durch das Reaktordruckgefäß zuit Herausleiten des Anzeigesignals vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe geling!; ger/äß der Erfindung dadurch, daß außeni as; Reaktordruckgefäß auf der dea Antriebsteil zugewandtenSeite entsprechend der radialen Verteilung der Steuerstäbe Ultraschallgeber und Espfänger angeordnet sind und. jeweils die Laufzeit der Ultraschallir.pulse zum Antriebsteil bzw. zurück zum Ultraschallempfänger als Maß für die Stellung des Antriebsteiles dient.

Durch die erfindungsgeisäße Anordnung wird die Anbringung von Stellungsgebern innerhalb des Druckgefäßes vermieden, da das bewegte Antriebsteil, das mit dein Absorberstab gekuppelt ist,

selbst als Reflektor dihen kann. Eine Durchführung durch das Reaktordruckgefäß hindurch ist nicht notwendig, da die Geber/ Er/pfängeranordnung außerhalb des Druckgefäßes angeordnet ist. Die Anordnung nach der Erfindung ist damit auch sehr wartungsfreundlich.

Verbuche haben ergeben, daß dieses Prinzip sich überraschend gut für eine Stabstellungsanzeige von internen Antrieben eignet.
Zunächst war näalicb zu erwarten, daß, insbesondere auch unter

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Berücksichtigung der Yielzahl der Antriebe, es schwierig sein dürfte, die Sender/Empfängeranordnungen auf den Reflektor, das bewegte Antriebsteil, das ja quasi eine "Zielscheibe" darstellt, exakt auszurichten* Es hat sich jedoch in überraschender Weise gezeigt, daß eine derartige Ausrichtung nicht kritisch ist, da innerhalb des Führungsrohres eine Totalreflektion stattfindet die gewährleistet, daß das Antriebsteil unkritisch als Reflektor dienen kann.

V/eitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispiele.

Ie Ausführungsbeispiel ist ein leichtwassergekühlter, insbesondere Siedewasserreaktor,dargestellt, bei dem die Steuerstabantriebe innerhalb des Pueaktord.ruckgefäßcs 4 angeordnet sind. Der Antrieb xst nur iin Prinzip dargestellt, und zwar wird im Ausführungsbeispiel !innerhalb eines Führuii «-srohres 1 ein Kolben 2, an dem das Absorbersoabteil 3 befestigt ist, hydraulich auf und ab bewegt wird. Für die Bewegung des Kolbens wird dabei dr-:s Reaktorkühlmittel verwendet, so daß auch das Führungsrohr 1 mit V/asser ausgefüllt ist.

Da es sich im Ausführungsbeispiel um \^ertikal bewegte Stc-.uerstäbe handelt, deren Antriebe im Bodeiitoil des Reakbordruokgefäßes angebracht sind, ist am JXruckgefäßboden 4-, jedoch außerhalb desselben, eine bekannte Ultraschrdlgeber/LV.pföngerariordnung 5 A'orgesehen, dio von der Anordnung 6 gesteuert bzw« deren Signale mit Hilfe diener Anordnung aufjgewertet werden. Han Ul-

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trctschallsignal wird durch den Druckgefäßboden hindurch in das Führungsrohr hinein geleitet und gelangt direkt, gefördert durch die Totalreflektion innerhalb des Rohres, auf den Boden des Antriebsteiles 2, wo es reflektiert wird und durch den Druckgefäßboden hindurch auf die Geber/Empfängeranordnung 5 zurückgelangt. Am Boden des Antriebteils kann dabei eine schallreflektierende Schicht angebracht sein. Mit Hilfe der Anordnung 6, die in der Fig. 2 näher dargestellt ist, wird dabei die Laufzeit des Ultraschallsignals mit bekannten Methoden ausgewertet,wobei diese Laufzeit als Maß für die Stellung des Antriebsteiles relativ zur Druckgefäßwandung und damit zur Stellungsanzeige dient.

In dem Ausführungsbeispiel ist nur eine Ultraschallgeber/ Empfängeranordnung 5 angedeutet; in der tatsächlichen Ausführung sind so viele Anordnungen vorhanden, wie Steuerstabantriebe im Reaktor vorgesehen sind, wobei die Verteilung der Geber/Empfängeranordnungen am Druckgefäßboden entsprechend der radialen Verteilung der Steuerstäbe über den Reaktorkern ist.

Auch ist es nicht notwendig, daß der Geber und Empfänger jeweils eine Einheit bilden; sie können auch räumlich getrennt angeordnet sein.

Um eine optimale Durchdringung des Druckgefäßbodens von den Ultraüchallimpulsen zu gewährleisten, stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Zunächst wäre es denkbar, außen und innen am Renktordruckgcfäßbodcn, horizontal verlaufende Flächen

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vorzusehen, damit die Ultraschallimpulse möglichst parallel zur axialen Ausdehnung der Führungsrohre verlaufen.

Im Hinblick darauf, daß sich am Druckgefäßboden Verunreinigungen ablagern können, die die Schalldurchdringungsstellen 7 in ihrer geometrischen Form verändern würden, erscheint es zweckmäßiger, Bolzen am Druckgefäß anzubringen. Dabei wäre es denkbar, Halbbolzen 8 innen und außen am Druckgefäßboden anzubringen. Im Hinblick darauf, daß die Kontaktstellen zwischen den Halbbolzen und der Druckgefäßwandung kritisch sein könnten, dürfte es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhafter sein, durchgehende Bolzen 9 vorzusehen, die mit der Reaktordruckgefäßwandung dicht verschweißt sind.

An der Übergangsstelle 1o zwischen dem Ultraschallgeber/Empfanger 5 und z.B. dem Kontaktbolzen 9 muß für eine dauerhafte und konstante Übergangsstelle gesorgt werden, die auch von Temperatureffekten möglichst unabhängig ist.

Bei der Durchdringung des Druckgefäßbodens treten Hehrfachreflektionen auf, da von dem ausgesendeten Schallwechseldruck nur etwa ein Betrag von ca. 6% aus dem Kontaktbolzen austritt, während der Rest von 94% zurückreflektiert wird wobei an der Kontaktstelle 1o ebenfalls wieder eine teilweise Eeflektion eintritt. Diese Mehrfachreflektion^haben natürlich entsprechende periodische Signale abhängig von dem Abstand der Eintritts- und Austrittsflächen zur Folge. Sie haben jedoch auf die prinzipielle Funktionsfähigkeit der Erfindung praktisch keinen Einfluß. Der

Kolben 2 hat nämlich in seiner untersten Stellung noch eine-η v=v.^..-_;.r...: 209848/0240

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vorgegebenen Mindestabstand zum Druckgefäßboden, dessen z\ige~ ordnete Laufzeit im allgemeinen größer ist als die Summe der Laufzeiten der meßbaren Mehrfa.chreflektionen, bedingt durch die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten und Dämpfungsphonbauten. Durch eine einfach elektronische Austastung in der Auswerteanordnung 6 läßt sich die Auswirkung der Mehrfacbreflektionen elektronisch ausschalten. Auch könnte daran gedacht werden, die Achse des UltraschalD-gebers/Empfängers 5 etwat^; gegenüber der Vertikalen, ca« um 2 bis 3 Grad,, zvl neigen, wodurch sieb ebenfalls eine Verringerung der Kefcr.fe.ch~ reflektionen erreichen läßt.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Auswert-Schaltung dargestellt, die außerdem die räumliche Anor&nvjig relativ sun Reaktor erkennen läßt.

Da die Strahlenschutzwand 11 relativ weit vom Reaktordruckgefäß 4- entfernt ist, sind in dem strahlengefährdeten Raum 12 Verstärker 61 vorgesehen, dir· nit einer Abschirmung 62 umgeben sind. Hinter der Wand 11 befinden sich die Elemente 63-6? der Ausv-ertschalt^r.-j;, und zwar eiu He ^r;ste3.1err,.r· schalter C3 für die einzelnen Antriebe, ein !Taktgeber 64-, dex¹ für den Zeitmultiplex sorgt, ein Element 65» das zur Erzeugung eines Ultraschallimpulses dient, Glieder 66 und 67 für die LaufZeitbestimmung, ein Meßwertspeicher 68 in Verbindung mit einer Anzeige 69, die auf der Varte. angeordnet ist.

Keben der im Aunfüirrungsbei spiel gezeigten Anordnung siivl noch andere Anordnungen im Rahmen der Erfindung denkbar.

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Claims

L i c e η t i a Fat θ η t - Ve r w alt ung s - Ginb H 6 Frankfurt 7o,Theodoi^~Stern-Kai 1 Patentansprüche

1.) Anordnung zur Anzeige der Stellung von Iiernreaktorsteuorstäben, deren Antriebe innerhalb des Reaktorgefäßes in Führungsrohren angeordnet sind und Jeweils ein innerhalb des Führungsrohres bewegtes, mit dem Absorberstab gekuppeltes Aiitriebsteil aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß außen am Reaktordruckgefäß (4·) auf der dein Antriebsteil· (2) zugewandten Seite entsprechend der radialen Verteilung der Steuerstäbe (1-3) Ultraschallgeber und Empfänger (5) angeordnet sind und. Jeweils die Laufzeit der Ultraschallimpulse zum Antriebs-

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teil bzw. zurück zum Ultraschallempfänger als Haß für die Stellung des Antriebsteiles (2).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Ultraschallgeber/Empfänger (5) ein das Druckgefäß (4) durchdringender Bolzen (9) angebracht und dicht mit dem Druckgefäß verschweißt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in

der Druckgefäßv/andung am Ort der Ultraschallgcber und. Empfänger (5) horizontale Flächen (7) vorhanden sind, derart, daß der Ultraschallimpuls möglichst parallel zur axialen Ausdehnung der Führungsrohre (1) in das Druckgefäß (4) eintritt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Ultraschallgeber/Empfänger (5) innerhalb und außerhalb der Druckgefäßwandung (4) Jeweils ein Halbbolzen (8) aufgebracht ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Ultraschalleinstrahlung um einen kleinen Winkel gegenüber der axialen Ausdehnung der Führungsrohre geneigt ist.

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