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Kernreaktor mit Pufferung der Steuerstäbe Die Erfindung bezieht sich
auf Kernreaktoren, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert sind.
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In Kernreaktoren werden Steuerelemente vorgesehen, die in den Kernbereich
des Reaktors der den Brennstoff enthält, eingefahren werden um die Reaktivität zu
steuern und die abgegebene Leistung zu regeln. Diese Steuerstäbe bestehen aus Materialien,
die als Gift bezeichnet werden und die.Neutronenabsorbieren, um örtlich den Neutronenfluss
herabzusetzen. Beim normalen Betrieb werden die Steuerelemente wenigstens teilweise
aus dem Kernbereich herausgezogen und ihre Stellung kamlso gesteuert werden, dass
der Reaktor geregelt wird. In einem Notfalle, in dem der Reaktor schnell ausser
Betrieb gesetzt werden muss, ist es nötig, alle oder wenigstens die meisten Steuerelemente
ganz in den Kern einzufahren. Man bezeichnet dieses Steuerverfahren als "Schnellschluss"
(scramming).
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Steuerelemente die in den Reaktorkern von oben eingefahren werden
und aus dem Kern wieder herausgezogen werden um eine Stellung oberhalb des Kerns
einzunehmen, können bei einem Schnellschluss unter Einwirkung der Schwerkraft einfach
zum Fall in den Kern hinein freigegeben-werden. Dies kann man einfach dadurch erreichen,
dass die Steuerelemente und ihr Antrieb von der Antriebskraft getrennt werden. Andererseits
ist es aber nötig, die Geschwindigkeit der Steuerelemente wesentlich herabzusetzen
kurz bevor sie ihre äusserste untere Stellung im Kern erreichen, um dadurch Zerstörungen
im Reaktorinneren oder an den Steuerelementen zu verhindern.
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Es sind verschiedene Puffereinrichtungen bekannt, die einzelne Steuerelemente
oder Einheiten von mehreren Steuerelementen kurz vor der unteren Endstellung abbremsen.
Eine bekannte Anordnung benutzt eine Kolben, der mit dem herabfallenden Steuerelement
verbunden ist und der beim Eintritt in einen Zylinder ein lIedium z. B. eine Flüssigkeit
verdrängt. Der Widerstand den das Medium der Verbrennung entgegensetzt dient zur
Abbremsung des herabfallenden Steuerelementes. Eine solche Pufferanordnung ist z.
B. in dem US-Patent 3 314 859 beschrieben. Bei dieser Anordnung dient das Steuerelement,vorzugsweise
der untere Bereich davon, als Kolben. Kühlmittel tritt in das Führungsrohr für das
Steuerelement durch eine Öffnung ein, die einige cm (several inches) oberhalb des
unteren Endes angebracht ist. Wenn das herabfallende Steuerelement sich in der Höhe
dieser Öffnung befindet, bewirkt es die teilweise Schliessung und die Abtrennung
der Kühlflüssigkeit von dem verbleibenden unteren Bereich des Führungsrohres und
die darin noch befindliche FlUssigkeit
wirkt nach oben entgegen
dem Fall des Steuerelementes um dadurch dessen allmähliche Abbremsung zu bewirken.
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Eine andere Ausführungsform für eine Pufferanordnung mit Kolben und
Zylinder ist in dem US-Patent 3 518 162 gezeigt. Hier befindet sich der Puffer für
das einzelne Steuerelement oberhalb des Reaktorkerns und sogar oberhalb des Reaktordruckgefässes
in dem Gehäuse das den Antrieb für die Steuerelemente enthält. Bei dieser Anordnung
wird der Kolben an dem die Bremskräfte angreifen mit dem Antrieb verbunden, mit
dem das Steuerelement weiter unten verbunden ist. Ordnet man den Kolben so an, so
treten in den Steuerelementen, die sich darunter befinden, nur Zugspannungen durch
Dehnung auf, so dass Nachteile die durch ein Zusammendrücken der Steuerelemente
eintreten könnten, vermieden werden. Jedoch hat auch diese Anordnung ihre Nachteile,
weil Kolben und Zylinder sich in einem Bereich befinden, der schwer zugänglich ist
wenn Reparaturen nötig sind. Ausserdem besteht bei dieser Anordnung der Nachteil,
dass der mit dem Antrieb verbundene Kolben unwirksam wird und nicht abgebremst werden
kann, wenn sich die Verbindung zwischen dem Antrieb und dem Steuerelement selbst
öffnet, so dass das Steuerelement herabfällt.
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Bei allen oben beschriebenen Anordnungen werden die Bremskräfte der
Steuerelemente auf den Kern übertragen, der aus den Brennstoffstäben besteht; dadurch
entstehen unnötige und unerwünschte Spannungen im Kern. Bei allen Anordnungen muss
auch der Kern eingebaut sein, wenn die Pufferung stattfinden soll. Ist der Kern
ausgebaut, kann keine Bremsung stattfinden. Viele bekannte Pufferanordnungen benutzen
auch einen Strömungskanal
der Kühlflüssigkeit, z. B. ein Führungsrohr
als Pufferzylinder und be- oder verhindern die gewünschte Strömung der Kühlflüssigkeit,
wenn die Einheit von Steuerelementen voll eingefahren ist. Auch benutzen alle beschriebenen
Anordnungen einen festen nach oben offenen Zylinder :ind -einen nach unten sich
bewegenden Kolben, um die Pufferung herbeizuführen. In all diesen Fällen ist der
Zylinder so angeordnet, dass Fremdmaterial, z. B. Verunreinigungen die von der Kühlflüssigkeit
mitgeführt werden, sich leicht ansammeln können und eine Ablagerung bilden, die
die Bewegung des Kolbens im Zylinder behindern kann. Man kann dies zwar durch eine
Öffnung verhindern, durch die die Verunreinigungen am oder in der Nähe des Bodens
des Zylinders austreten; dadurch wird aber der notwendige Hub des Kolbens im Zylinder
vergrössert, weil die Menge der Flüssigkeit berücksichtigt werden muss, die durch
die Öffnung während des Fuffervorganges austritt. Ausserdem können dadurch nur Verunreinigungen
bis zu einer bestimmten Grösse abgeschieden werden.
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Zum Stand der Technik gehört auch das US-Patent 3 448 006.
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Auch hier wird eine Druckwirkung auf das Steuerelement vermieden,
ebenso wie die Beanspruchung des Kerns während des Puffervorganges. Die Anordnung
benutzt aber einen fest montierten Zylinder, der im wesentlichen geschlossen ist,
mit Ausnahme einer Öffnung an jedem Ende durch die eine Kolbenstange hindurchtritt.
Der Zylinder ist mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Mediums verbunden,
das von der Kühlflüssigkeit des Reaktors getrennt ist und die Pufferwirkung zwischen
Kolben und Zylinder bewirkt. Dadurch entsteht eine sehr komplizierte Pufferkonstruktion.
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Von diesem Stand der Technik, der in dem Oberbegriff des Anspruchs
1 definiert ist, geht die Erfindung aus. Sie hat die Aufgabe, Puffervorrichtungen
in Kern reaktoren zu verbessern und zu vereinfachen die oberhalb des Kerns angeordnet
sind.
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Dies geschieht gemäss der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 definierten Massnahmen.
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Wie in anderen Fällen besteht der Puffer aus einem Zylinder und Kolben
(Anspruch 2). Es ist jedoch von Bedeutung und neu, dass der Zylinder am oberen Ende
geschlossen und am unteren Ende offen ist und dass er mit dem oberen Teil der Einheit
von Steuerelementen verbunden ist.
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Die Steuerelemente können mit Hilfe eines Joches miteinander verbunden
sein, in dessen Mitte die Puffervorrichtung angebracht ist.
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung,
dasin den Zeichnungen dargestellt ist. Die Zeichnungen stellen dar: Figur 1: eine
Ansicht mit teilweisem Schnitt, die einen Kernreaktor zeigt, bei dem die vorliegende
Erfindung angewendet wird; Figur 2a: einen Vergrösserten senkrechten Schnitt einer
Steuereinheit, die in der voll eingefahrenen Stellung dargestellt ist und den Puffer
gemäss der Erfindung verwendet;
Figur 2 b: eine Anordnung gemäss
der Figur 2a,jedoch mit dem Unterschied, dass der Kolben in den Pufferzylinder um
so viel eingefahren ist, dass noch ein Abstand der Steuereinheit gegenüber der unteren
Begrenzung besteht; Figur 3 a: eine Ansicht der Steuereinheit von oben entsprechend
den Figuren 2a und 2b; Figur 3 b: ist auch eine Draufsicht auf eine Steuereinheit
mit dem Puffer gemäss der Erfindung, die jedoch in ihrer Geometrie von der in Figur
3 a dargestellten abweicht.
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In Figur 1 ist ein Kernreaktor 10 mit einem Druckbehälter 12 und dem
Kern 14,der den Brennstoff enthält, dargestellt.
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Der Kern seinerseits besteht aus einer Anzahl von Kern brennstoffelementen
16, diegruppen 18 von Brennelementen angeordnet sind. Die Gruppenl8 von Brennelementen
sind zwischen oberen und unteren Endplatten 13 und 15 angeordnet, die ihrerseits
durch Fuhrungsrohre 11 miteinander verbunden sind, und so die Haltekonstruktion
für die Gruppen 18 von Brennelementen bilden. Die oberen und unteren Endplatten
13 und 15 der Gruppen von Brennelementen sind auch noch durch hohle Stützen 17 miteinander
verbunden. Die Gruppen 18 von Brennelementen werden in ihrer Stellung durch die
Grundplatte 20 gehalten, durch deren Öffnung 22 das Kühlmittel dem Reaktorkern zufliesst.
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Mit dieser Grundplatte 20 ist auch der Mantel 24 des Kerns verbunden.
Die Grundplatte 20 und damit das gesamte den Kern enthaltende Bauteil wird von dem
Kernbehälter 26 aufgenommen, der an dem Rand 28 des Reaktordruckbehälters 12 aufgehängt
ist.
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Eine Baugruppe 30, für die obere Führung ist unabhängig von den Brennelementgruppen
18 des Kerns 14 aber im Abstand davon angeordnet. Diese Baugruppe 30, die auch an
dem Rand 28 des Reaktordruckbehälters 12 innerhalb des Kernbehälters 26 angeordnet
ist, besteht aus einem Behälter 32 mit einer Stützplatte 36 am unteren Ende. An
dieser sind senkrechte Hüllen 34 befestigt, die innerhalb des Behälters 32 den Umfang
einer Gruppe von Steuerelementen umgeben. Die Stützplatte 36 nimmt das obere Ende
einer Anzahl von oberen Führungsrohren 38 auf, die nach unten herabhängen und mit
einer unteren Stützplatte 50 verbunden sind, so dass diese von den Rohren 38 getragen
wird, und zwar so, dass sie einen kleinen Abstand vom Bereich des Kernes 14 hat.
Die Rohre 38, die Piatten 36 und 40, bilden einen wesentlichen Teil der Baugruppe
30 für die obere Führung der Stäbe. Die oberen Führungsrohre 38 fluchten mit den
Öffnungen in den Platten 36 und 40, die ihrerseits wiederum mit den hohlen Verbindungsstäben
17 und den Führungsrohren 11 für die Brennelementgruppen fluchten. Die Verbindungsstäbe
17 erstrecken sich nach oben und gleiten in Ansätzen 42 der oberen Führungsrohre
38, die von der Platte 40 sich nach unten erstrecken um in waagerechter Richtung
die Ausrichtung auf die Brennelementgruppen 18 sicher zu stellen. Die Platte 40
und/oder die Ansätze 42 dienen dazu, eine Aufwärtsbewegung der Brennstoffelementgruppen
18 zu verhindern.
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Beim Betrieb tritt eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser durch die Eingangsöffnung
44 des Reaktors ein und fliesst abwärts entlang der Aussenseite des Kernbehälters.
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Sie kehrt dann ihre Richtung um und fliesst aufwärts durch die Öffnungen
22 in der Grundplatte 20, durch den Bereich des Kerns 14, wo sie erhitzt wird. Die
Flüssigkeit
fliesst dann aufwärts durch Öffnungen in der Stützplatte
und nach aussen durch Löcher in der Wand des Kernbehälters 26. Diese Öffnungen und
Löcher sind im einzelnen nicht dargestellt. Weitere Löcher in der Platte 35 und
in den Hüllen 34 ermöglichen es der Kühlflüssigkeit, den ganzen Bereich innerhalb
des Druckgefässes 12 oberhalb der Stützplatte 36 zu überfluten und insbesondere
auch innerhalb der Hüllen 34. Allgemein gesprochen stagniert die Kühlflüssigkeit
in diesem Bereich im Gegensatz zu den andern Bereichen des Druckgefässes 12, besonders
dem Bereich der oberen Führungsrohre 38 und der Ausgangsöffnung 46.
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Die Steuerung des Neutronenflusses innerhalb des Bereiches des Kerns
14 erfolgt in bekannter Weise durch Steuerelemente 48, die aus einem Neutronengift
bestehen oder ein solches enthalten. Die Steuerelemente können von oben in die Rohre
38 hinein und durch sie hindurch in die Führungsrohre 11 der Brennstoffelementgruppen
18 geführt und wieder herausgezogen werden, um wie gewünscht, zu steuern. Eine Anzahl
von Steuerelementen 48 sind an einem gemeinsamen Joch 50 aufgehängt und mit ihm
verbunden und bilden damit eine Einheit 52 von Steuerelementen. Die Einheit 52 und
dementsprechend auch die Steuerglieder 48 werden in senkrechter Richtung durch einen
nicht dargestellten Antrieb, der auf der Durchführung 54 befestigt wird, angetrieben.
Dieser Antrieb betätigt einen Antriebsstab 56 und einen damit verbundenen Verlängerungsstab
58. Steuerbare Greifer 60 am unteren Ende des Verlängerungsstabe 58 ergreifen die
Einheit 52 von Steuerelementen während des normalen Betriebs um deren Rückführung
zu bewirken. Sie können zum Zwecke der Brennstoffauswechselung ausser Eingriff mit
der Einheit gebracht werden. Die im normalen Betrieb
sich ergebende
Fallhöhe einer Einheit 52 von Steuerelementen liegt im Bereich von 4 - 5 m (13 -
15 feet).
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Beim normalen Betrieb ist die Einheit 52 mit den Steuerelementen ständig
in Eingriff mit dem Antrieb und wird nach oben oder unten geführt wie es die Steuerung
verlangt, und zwar verhältnismässig langsam.
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Wenn jedoch im Notfall der Antriebs stab 56 ausgeklinkt wird, so dass
die Steuereinheit 52 unter dem Einfluss der Schwerkraft sehr schnell in die voll
oder nahezu voll "eingefahrene" Stellung geführt wird, so muss die Beschädigungder
Einheit 52 von Steuerelementen und/oder der Einheit 18 von Brennstoffelementen und
ihrer Führungsrohre 11 verhindert werden. Bei einem solchen Schnellschluss muss
also die Einheit mit Steuerelementen vor Erreichen der voll "eingefahrenen"Stellung
stetig verzögert werden. Dies geschieht mit Hilfe des Puffers nach der Erfindung,
der die Verzögerung in der Nähe der untersten Stellung der Steuerelemente bewirkt.
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In der Figur 2 a ist die Einheit von Steuerelementen im einzelnen
dargestellt, und zwar ohne den Verlängerungsstab 58, der natürlich auch während
eines Schnellschlusses mit dem Puffer verbunden bleibt. Wie erwähnt, besitzt die
Einheit 52 eine Vielzahl von Steuerelementen 48, die an einem gemeinsamen Joch 50
in senkrecht abwärts gerichteter Richtung befestigt sind. Die Steuerelemente sind
an einem horizontalen Arm oder einem kreuzförmigen Teil 62 mit Schrauben 64 und
einem Sperrstift 66 befestigt. Das kreuzförmige Teil 62 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Gusstück aus rostfreiem Stahl, das etwa die Form eines 11H11 hat, wie dies auch
in Figur 3 a besser ersichtlich ist, die eine
Ansicht auf das kreuzförmige
Teil von oben darstellt.
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Das kreuzförmige Teil 62 kann eine Vielzahl von Formen annehmen, je
nach dem wie viel Steuerelemente 48 an einem Joch aufgehängt werden sollen. Eine
zweite Möglichkeit ist in Figur 3 b gezeigt, wo eine einzige.
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Einheit 52 von Steuerstäben, acht Steuerelemente 48 besitzt, die von
einem kreuzförmigen Teil 62 in Form eines doppelten H" getragen werden.
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Ein Kolben und Zylinder sind mit dem Joch 50 und der Stützplatte 36
verbunden, um die nötige Pufferung zu bewirken. Obwohl es im Rahmen der Erfindung
möglich ist, den Zylinder der Platte 36 und den Kolben, dem Joch 50 zuzuordnen und
daran zu befestigen, wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Pufferkolben
mit der Platte 36 und der Zylinder mit dem Joch 50 verbunden.
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In diesem Zusammenhang ist unter Verbindung sowohl die Benutzung von
Verbindungsmitteln aber auch die Herstellung aus einem Stück gemeint.
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Das Joch 50 der Einheit 52 von Steuerelementen besitzt auch eine mittlere
als Hohlzylinder 68 ausgebildete Achse aus rostfreiem Stahl. Der obere Teil des
Zylinders 68 ist so geformt, oder bearbeitet, dass der innere Durchmesser grösser
ist als im unteren Teil, so dass ein Absatz entsteht, der einen Anschlag 74 bildet.
Der äussere Umfang des Zylinders 68 ist unten mit einem Gewinde versehen, das mit
dem Gewinde in der mittleren Bohrung des rohrförmigen Teiles 62 verschraubt werden
kann. Die Sicherung erfolgt durch einen Stift 75, der beide Teile durchdringt und
mit ihnen verschweisst ist. Auch der äussere Umfang des Zylinders 68 kann am unteren
Umfang so geformt oder bearbeitet sein, dass eine Schulter entsteht, die einen Anschlag
77 bildet, wenn die beiden Teile verschraubt
Werden. Der Anschlag
77 ist so angeordnet, dass das untere Ende des Zylinders 68 einwenig oberhalb des
unteren Endes des kreuzförmigen Teiles 62 sich befindet.
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Das obere Ende des Zylinders 68 ist durch einen Stopfen 80 flüssigkeitsdicht
verschlossen, z. B. durch Verschraubung oder Verschweissung. Der Verschlusstopfen
80 besitzt ein oberes kugelförmiges Greifteil 82, das von dem verstellbaren Greifer
60 des Verlängerungsstabes 58 ergriffen werden kann. Der Stopfen 80 bildet auch
noch einen unteren Anschlag 81 der weiter unten beschrieben wird. Der Zylinder 68
mit dem Verschlusstopfen 80 bildet eine zylindrische Kammer 67, die am unteren Ende
offen ist um den Pufferkolben aufnehmen zu können.
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Unterhalb des Verschlusstopfens 80, befindet sich ein Loch 89 in der
Wand des Zylinders 83, das z. B. eine Grösse son 1,6 mm (1/16 Zoll) hat und zur
Entlüftung der Kammer 67 dient. Obwohl unter Betriebsbedingungen kaum Gas, z. B.
Dampf im oberen Bereich der Kammer 67 sich befinden kann, so kann doch Luft vorhanden
sein, die vor dem ersten Betrieb des Reaktors sich dort angesammelt hat. Das Loch
83 ist genügend klein, um beim Puffervorgang keine. grössere Menge der Kühlflüssigkeitdurchzulassen.
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Der Pufferkolben 84, der bei der Erfindung verwendet wird, ist ein
Stab, aus rostfreiem-Stahl,der fest an seinem unteren Ende mit der Stützplatte 36
z. B. durch Verschraubung und Verschweissung verbunden ist. Er erstreckt sich von
da aus nach oben konzentrisch zur Kammer 67, die durch den Zylinder 68 gebildet
wird. Der Durchmesser des Kolbens 84 ist -einwenig kleiner als der innere Durchmesser
des Zylinders 68 der nötig wäre die Einführung des Kolbens in den Zylinder 68 zu
gestatten; es besteht also ein geringer ringförmiger Ahstand zwischen beiden Teilen.
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Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Pufferkolben 84 einen
Durchmesser von 49 mm, während der innere Durchmesser des Zylinders 68 mindestens
50 mm (2 Zoll) beträgt.
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Der Teil des Kolbens 84, der sich oberhalb der Stützplatte 36 befindet,
kann den gleichen Querschnitt haben; er kann aber auch - und das wird hier bevorzugt
- an seinem oberen Ende bei 86 verjüngt sein, um seiner Einführung in die Kammer
67 zu ermöglichen. Dementsprechend ist die innere Oberfläche der zentralen Bohrung
in dem kreuzförmigen Teil 62 am unteren Ende bei 88 nach unten konisch erweitert,
um auch hier die Einführung des Kolbens 84 zu erleichtern.
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Der grösste Weg den die Einheit 52 nach abwärts zurücklegt, kann durch
das Aufliegen des kreuzförmigen Teiles G2 auf der Stützplatte 36 begrenzt werden;
bei der bevorzugten Ausführungsform wird jedoch die Abwärtsbewegung durch den Anschlag
81 und den Kolben 84 begrenzt. Der Anschlag 81 ist ein stabförmigen Fortsatz des
Stopfens 80 und so lang, dass er das obere Ende des Kolbens 84 berührt; vorzugsweise
ist aber noch eine Scheibe 92 zwischen den beiden Teilen vorgesehen die berührt
wird bevor das kreuzförmige Teil 62 die Stützplatte 36 erreicht. Dadurch wird eine
Berührung zwischen der unteren Oberfläche des kreuzförmigen Teiles 62 und der StUtzplatte
36 vermieden; das Gewicht der Baueinheit von Steuerelementen und des zugehörigen
Antriebes wird durch die Stützplatte 36 über den Zylinder 84 getragen. Diese Endstellung
bei maximaler Einführung der Steuerstäbe ist so gewählt, dass das untere Ende der
Steuerelemente 48 mindestens voll im Bereich des Kernes 14 einer Gruppe 18 von Bauelementen
knapp am unteren Ende der Führungsrohre 11. Diese voll eingefahrene Stellung ist
in Figur 2 a dargestellt. In dieser Stellung trägt die
Stützplatte
36 ein totes Gewicht von etwa 130 -250 kg (300 - 500 pounds). Die voll eingefahrene
Stellung entsteht bei einem Schnellschluss bei dem der Antrieb von dem Antriebsstab
56 getrennt wurde.
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Der Antriebsstab 56 wird meist mit Zähnen versehen, die mit dem Antrieb
in Eingriff sind und sicherstellen, dass Antrieb auch wieder in Eingriff mit dem
Antriebsstab 56 kommen kann.. Zu diesem Zweck ist es auch oft nötig, dass die Einheit
52 von Steuerelementen und ihr Antrieb um einen kleinen Betrag oberhalb ihrer unteren
Grenzstellung flexibel abgestützt werden, so dass der Antrieb von einem Teil des
Gesamtgewichtes entlastet wird, wenn Antrieb und Antriebsstange 56 wieder in Eingriff
kommen. Diese flexible Abstützung bewirkt durch eine Spiralfeder 90 im Zylinder
68 die beim Zusammendrücken über die Scheibe 92 auf den Kolben 84 und weiter nach
oben auf den Abschlusstopfen 80 wirken.
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Die Feder 90 ist koaxial zu dem Anschlagteil 81 des Abschlusstopfens
80 angeordnet. Die Scheibe 92 hat einen Kreisquerschnitt von solcher Grösse, dass
sie im Zylinder 68 gleiten kann. Ihre Abwärtsbewegung ist durch den Anschlag 74,
wie früher beschrieben, begrenzt.
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Bevor also der Pufferkolben 84 in Berührung mit der Scheibe 92 kommt,
ist letztere gegen den Anschlag 74 durch die Feder vorgespannt, wie dies in Figur
2 b dargestellt ist. Die Feder 90 ist so ausgelegt, dass ihre Vorspannung jeden
Druckverlust ausgleicht der durch den Austritt von Flüssigkeit durch die Entlüftungsöffnung
83 entstehen könnte. Wenn die Einheit 52 von Steuerstäben bei ihrer Abwärtsbewegung
mit dem Kolben 84 das die Scheibe 92 berührt wird die Scheibe durch den Kolben bis
zum Anschlag 81 aufwärts bewegt um dadurch die Abwärtsbewegung der Einheit von Steuerelementen
zu
begrenzen. Dadurch wird auch die Feder 90 zusammengedrückt, die ihrerseits nach
oben auf die Einheit von Steuerelementen wirkt, so dass ein Teil von dessen Gewicht
aufgenommen wird und der Wiedereingriff zwischen Antriebs- und Antriebsgliedern
erleichtert wird. Die Feder 90 kann so stark sein, dass die Einheit 52 zurückprallt
und in einer Stellung zur Ruhe kommt, in der das kreuzförmige Teil 62 leicht oberhalb
der Stützplatte sich in einer Stellung befindet die zwischen den in Figur 2 a und
Figur 2 b gezeigten liegt. Ausserdem wirkt die vorgespannte Feder 90 als Unterstützung
bei dem Puffervorgang der schnell abwärtsfallenden Einheit 52.
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Wenn beim Betrieb ein Schnellschluss erfolgt, so bewegt sich der Zylinder
68 der mit der umgebenden Kühlflüssigkeit gefüllt ist sehr schnell durch die Hülle
34 und wird über den Pufferzylinder 84 gestreift oder mit anderen Worten, der Kolben
84 taucht in den Zylinder 68 ein. Dabei wird die Flüssigkeit aus der Kammer 67 durch
den kleinen ringförmigen Zwischenraum zwischen Kolben und Zylinder herausgedrückt.
Da dieser Querschnitt begrenzt ist, übt die Flüssigkeit eine nach oben gerichtete
Kraft gegen den Abschlusstopfen 80 aus und damit auch gegen die Einheit 52 von Steuerelementen
und den zugehörigen Antriebsgliedern. Durch diese aufwärtsgerichtete Kraft wird
die Fallgeschwindigkeit so verkleinert, dass keine Beschädigung der Einheit von
Steuerelementen und der damit zusammenarbeitenden Teile eintritt.
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Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wiegt die Einheit
52 mit ihren Antriebsgliedern ungefähr 180 kg (400 pounds); dann ist ein Kolbenweg
von 25 cm (10 Zoll)
ausreichend um die fallende Einheit 52 von
Steuerelementen sicher zu verzögern. Dieser Kolbenweg wird von dem grossen Durchmesser
des Kolbens 84 innerhalb der kleineren Durchmessers des Zylinder 68 zurückgelegt
und schliesst nicht den Weg ein, der von dem verjüngten Teil des Kolbens oder innerhalb
des erweiterten Teils des Zylinders zurückgelegt wird. Es müssen deshalb Kolben
und Zylinder einwenig länger sein als 0,3 m (1 foot). Dieser Wert kann sich natürlich
ändern je nach dem wieviel Puffer je Einheit verwendet werden, welchen Durchmesser
Kolben und Zylinder haben und welches Gewicht und welche Abmessungen die Einheit
hat. Die nach oben gerichtete Kraft, die durch die Flüssigkeit in der Pufferkammer
67 auf die Einheit 52 ausgeübt wird, wirkt in der Achse der Pufferkammer, d. h.
in der Achse des Zylinders 68.
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Diese Kraft sollte tatsächlich im Schwerpunkt der Einheit von Steuerelementen
angreifen, um ein Biegungsmoment auszuschliessen. Bei der hir im Ausführungsbeispiel
benutzten Geometrie und in den meisten Steuereinheiten liegt der Schwerpunkt senkrecht
zur Mitte des Joches 50 und des Greifteils 82 und damit der Steuereinheit 52 sowie
des einzigen Pufferzylinders 68.
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Es kann wünschenswert sein, mehrere Puffer, Zylinder und Kolben für
jede Einheit von Steuerelementen zu benutzen.
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Dies kann z. B. der Fall sein, wenn es nötig ist, den Weg des Kolbens
zu kürzen, weil die Höhe nicht ausreicht oder die Gewichte zu gross werden. Auch
in diesem Falle sollen sie so in Bezug auf die Einheit von Steuerelementen angeordnet
werden, dass die resultierende nach oben gerichtete Verzögerungskraft, die sie erzeugen,
in der senkrechten Achse liegt, die durch den Schwerpunkt der Einheit von Steuerelementen
verläuft. Dies erreicht man
am einfachsten wenn man einen oder
mehrere gleiche Pufferzylinder symmetrisch zu dieser vertikalen Achse anordnet.
Es ergibt sich, dass die oben beschriebene Anordnung der Puffer und insbesondere
die Stelle wo sie angeordnet werden, auch Versuche erleichtern. Man kann nämlich
z. B. einen Schnellschluss, d. h. eine Auslösung der Einheit von Steuerelementen
auch dann veranlassen, wenn im Bereich des Reaktorkerns keine Brennstoffeinheiten
vorhanden sind. Auch unterbricht der Puffer bei keinem Betriebszustand die normale
Strömung des Kühlmittels und stört sie auch nicht.