专利名称:水冷核反应堆尤其是供热反应堆的控制棒的液压传动装置的制作方法由专利DE-OS 3345099(特别从它的图1至图3)可见一种水冷核反应堆，在其实施例中为按内部自然循环原理进行工作的热反应堆。它有一个反应堆压力壳和一个装在它里面的反应堆芯，后者包括一个立式的燃料元件格架和在燃料元件之间的空间中可移进移出的控制棒，以及燃料元件和控制棒的支架及其传动装置。由上述专利的图3中还可看到此反应堆液压控制棒的传动装置，控制棒可克服重力而移出，也可沿重力方向移入，控制棒的传动轴设有液压的活塞缸筒系统，作为工作液体的冷却水可以通过图中未表示的反应堆内部管路，从下部进入该系统，冷却水池用来排水。此外，由专利EP-OS0173767中给出一种反应堆内部液体泵，它通过压力管和吸入管以及有关的管路，在压力管一侧与反应堆压力壳中的活塞缸筒系统相连，而其吸入管一侧则与反应堆压力壳中的冷却水水池相连，并进一步借助于一个装在反应堆压力容器外部的调节阀装置调节液体泵出口的流量，以便在“上升”或“下降”方向调整控制棒或将其固定在已有的位置上。按照后一个专利EP-OS0173767所给出的控制棒的传动装置，调整液体泵出口的流量，不仅可以通过由泵的旁通阀构成的调节阀装置，而且首先还通过一个液压泵的转速调节装置来进行。而相反，按照本发明提出的这类液压式控制棒传动装置，当泵在其最佳转速区工作而作为定量泵(Konstantpumpe)时，可以进行控制棒的精确剂量调整，这时，不仅反应堆外部液体泵装置，而且与之相联接的调节阀装置，均应非常安全可靠，也就是说，当泵有故障时同样能工作，就如同用于控制棒上升过程的调节阀装置的支路遇有故障时那样。对于在本文中所指明的那种液压式控制棒传动装置，本发明是通过一系列的叙述从而说明了所提出的任务的。具有各种优点的其他设计也在以下的叙述中看到。通过本发明所能获得的优点首先是，上升阀在其打开位置被卡住时，调节阀装置使处于移出位置的控制棒不能继续移出或不合要求地停住不动的固有安全性大大提高了，也就是说，在不降低转速或停止液体泵工作的情况下便使安全性得到保证，所以，考虑到液体泵能被紧急切断的这样一种总体安全性，因而是不会产生误操作的。本发明特别适用于根据具有内部自然循环的压水堆原理工作的供热反应堆，或适用于重水减速的压水堆(PHWR＝Pressure Heavy Water Reactor)。下面借助于几个附图所表示的实施例来详细说明本发明及其优点。其中示意表示的图有图1 具有内部压力壳和外部安全壳的供热反应堆，它按内部自然循环压水堆(INR)的原理工作，并按本发明配备有一个控制棒传动装置;图2 图1中液体泵装置的X部位局部线路详图;图3 图1中液体泵装置的Y部位局部线路详图，但只有一个操纵支路CV，它用来操纵控制棒的传动装置，借助于此简化了的线路来理解基本工作原理;图4 脉冲图，图中表示信号电压U(单位为伏特)随时间t(秒)的变化，信号由装在上升阀上的位置传感器测得，时间ta表示阀门打开过程的开始，时间tz表示关闭过程的正常时间;图5 在上升支路中所设的多重调节阀装置，亦即在上升支路中总是串联有两个上升阀;图6 与图5具有同样的串联的多重装置简化线路图，不过串联上升阀中的一个作为所有的上升支路公用的主上升阀;图7 与图6相应的液压式操纵支路装置的实施例，它有三个串联线路，在每个上升支路中各有前置主上升阀、涡流室阀以及后置上升阀;
图8 单个的径向式涡流室阀的透视图，用来说明其基本工作原理;
图9 涡流室阀的出口流量f3(t)(纵坐标)与时间t(横坐标)之间定性的变化关系;
图10 另一个液压式操纵支路装置的实施例，只表示了用于两根控制棒的传动装置，各上升支路的保险装置通过一个公共的涡流室阀的整个上升支路来起作用;
图11图10所示液压线路的改型，这时确定涡流室阀入口压力的节流阀有些改变;
图12 带有一个设计成涡流节流阀的涡流阀操纵支路装置，它可使控制棒传动装置CD3的结构特别简单;以及图13 图12中ⅩⅢ部分的透视图，并作了许多简化。
在图1中仅示意表示的供热反应堆有一个内部的、基本上是圆柱形的反应堆压力壳1，以及一个通过中间间隔室3围绕在它外面的安全壳2。这两个容器各具有壳的下部1.1或2.1，向外凸起成半球形的盖板1.2或2.2，以及向外凸起成半球形的壳底1.3或2.3。壳的下部1.1和2.1以及盖板1.2和2.2上分别有壁厚增大的法兰1.10、2.10和1.20、2.20，法兰1.10与1.20以及2.10与2.20各通过顶盖螺钉1.4和2.4而气密地压紧。
在压力壳1的内部是上下开口的圆柱形核心容器4，而堆芯5通过图中未表示的支架固定在容器4中，这个支架可以例如设计为在专利DE-OS 3345099或EP-OS 0173767中所表示的那样。堆芯5是由一个其燃料元件为立式安装的燃料元件格架5.0所构成，这里只表示了两个燃料元件5.1、5.2。控制棒6装在燃料元件5.1、5.2间的中间腔中，可移入移出。在图中所示的情况下，燃料元件为长方形横截面，中间腔是十字形的，图中属于控制棒6的只有用点划线表示的控制棒导轴6.1、在此控制棒导轴6.1上导引的控制棒导管6.2、以及固定在控制棒导管6.2上的十字形立式吸收棒6.3，吸收棒6.3的长度至少要和堆芯高度hk相同，最好如图中表示的那样比活性区高度高一些。通过一个与控制棒6联结在一起的活塞缸筒系统，可以使控制棒6与其吸收棒部分6.3从堆芯5向上移出，活塞缸筒系统可以使控制棒以步进方式从堆芯中升起或下降到堆芯5中去，这意味着在堆芯中的中子流密度或多或少地增加;或通过降低液体压力可以再次沿重力方向或多或少移入堆芯5中，这意味着堆芯中的中子流密度或多或少地剧烈下降，直至完全停止核反应(除了所谓的二次蜕变热以外)。
在图示的情况下，每一根控制棒6配有一个这种活塞缸筒系统(例如与DE-OS 3345099或更近一些与EP-OS0173767中所说明的相同)，其中，反应堆冷却水作为工作液，反应堆压力壳1中注有冷却水，直至水面1.5，冷却水同时还作为减速剂。在核裂变反应的标准工作状态下，在核反应堆5中，冷却水KW按照空心箭头fkw方向流动，而不需要内部的冷却水泵，按自然循环原理其途径是在燃料元件5.1、5.2等等的垂直冷却通道中向上并在这一过程中冷却燃料元件，比重较轻的加热了的冷却水从侧面进入在堆芯容器4和压力壳1.1之间的环形腔7中所装的热交换器8中，热交换器8仅示意表示其轮廓。在热交换器8中设有U形管束，二次冷却介质(尤其是同样为水)在其中流动，而反应堆冷却水KW从这些U形管外部流过和被冷却，由于冷却，比重增加而使之在环形腔7中继续向下流入在堆芯5下部的空腔7.0中，此后循环从新开始。
标号9表示供热堆建筑物的壁和顶的结构，其中壁9.1设计为围绕两个壳1、2并与之相隔一个中间腔100的环形或多边形的壁，它同时还作为护板。装在外部的安全壳2通过一个未在图中表示的立框装在同样未表示的底座上。同样，内部的压力壳1借助于设在底部的纵向肋和在其外套上的定距肋，在安全壳的里面径向同心地和轴向可热膨胀地支承，这些支承元件图上也未表示，因为这对于理解本发明是不必要的。
本发明的对象液压式控制棒传动装置的整体用CD来表示，属于它的有前面已经提到过但未进一步描述的与控制棒6相连的活塞缸筒系统、反应堆内部的液体管道10(图中只表示了其中的一根，液体管道10实际上应理解为有许多根，每一根控制棒6设一根管道10)，液体管道10将作为工作液的冷却水从下方引入各控制棒6的活塞缸筒系统。属于控制棒传动装置CD的还有一个装在反应堆压力壳外部并气密固定的调节阀装置11，它调节液体泵12的出口流量，以便在“上升”或“下降”方向移动控制棒6，或停止在所占有的控制棒位置上，这时作为代表的一根内部液体管道10从这一调节阀装置11出发，经一根穿过盖1.2的耐压管道13向下敷设，如图所表示的那样设在环形腔7中。最后属于控制棒传动装置CD的还有已经提到过的反应堆外部液体泵12，它固定在建筑物顶9.2上，并经由一根压力管12.1、一根吸入管12.2以及经过在安全壳2外壁中的耐压的管道套管14和在压力壳下部1.1的法兰中的管道套管(Leitungsdurchführrung)15，使压力侧通过已论及的调节阀装置11而与活塞缸筒系统相连，吸入侧与反应堆压力壳1中的冷却水水池KW相连。在压力壳1的里面敷设了压力管道12.1的内部管段12.1a，这一管段是从管道套管14至调节阀装置11的管道套管13。通过另一个内部吸入管段12.2a将工作液从冷却水水池KW吸至液体泵12中。
图1和图2表示液体泵12有一个出口接头121和一个入口接头122，压力管12.1和吸入管12.2分别与之连接。图2中还详细表示了两个并联的每一个均设计成具有全部流量的液体泵12A和12B，也就是说两个彼此并联的液体泵12A和12B中每一个设计成有100%的额定流量。这两个泵各装在一个泵支路ZA或ZB中，在支路ZA的串联线路中有下列组件一个泵吸入侧调节阀V11、泵12A本身、一个单向阀R1，以及一个泵出口侧调节阀V12。与此相对应，在泵支路ZB的串联线路中有一个泵吸入侧调节阀V21、泵12B本身、单向阀R2以及泵出口侧调节阀V22。在管道套管14前反应堆外部的出口管道12.1中顺序装有两个可用马达操纵的隔离阀16a、16b，在反应堆外紧挨着管道套管15前的吸入管道12.2中则装有两个可用马达操纵的隔离阀17a和17b。
至少有两个并联工作的液体泵12A、12B是有好处的，这时当有一台泵发生故障时，另一台自动进入工作，而对那一台借助于在泵进出口端的两个阀将其分隔开来的泵可以进行检查，并在必要时进行修理。为了提高整个反应堆设备的可用性还可以设三个彼此并联的泵支路ZA、ZB和ZC，于是在一台泵出故障的情况下，总还有两台高效能的泵可供使用。
图3中以线路示意图详细表示了对于每根要操纵的控制棒6来说，其控制棒传动装置CD的操纵阀装置11具有下列操纵支路1.其入口与压力管道12.1a相连和出口与活塞缸筒系统的压力侧(液体管道10)相连的停止支路A，它具有第一节流阀a1和有一个在此第一节流阀a1的前面与之相连而其出口经旁通管A1流出的旁通节流阀a2。第一节流阀a1和旁路节流阀a2的横截面尺寸的确定要使之能在液体泵12运转时通过其流量，这一流量要足够能使有关的控制棒6停止在其相应的位置上。如果泵12在循环回路中经由旁路节流阀a2输送液体，则在管道连接点17处形成使部分流量经由第一节流阀a1供入停止支路A中去的压力水平。此外旁路节流阀还具有去除废料的功能(排空液压管道);
2.具有串联线路的上升支路B，串联线路上有一个上升阀装置H和第二节流阀b1，这时，上升支路B通过支路两端，在第一节流阀a1前连接点17处以及在第一节流阀a1后连接点18处与停止支路A相连;
3.有一个下降阀SV和第三节流阀C1构成串联线路的下降支路C，此下降支路C以其一端在第一节流阀a1的后面连接点18处与停止支路A相连，其另一端同样如旁路管A1那样以出口管道的形式通过相应的压力密封管道套管13穿过盖1.2流入压力容器1的内部，亦即排出或流入冷却水水池KW中。
在这种调节阀装置11中，采取了这样一些措施，即(a)，当上升阀装置H的开着的上升阀被卡住时，在上升支路之一中自动打开有关的下降支路中的下降阀SV，和/或(b)，有效的上升阀装置H由至少两个串联的上升阀H1-H2(图5);H10-H2(图6、图10、图11);H0-W01-H2(图7)以及W100-H2(图12)构成，这时通过有故障的上升支路B、Bi的液体流量至少应减少到能阻止所操纵的控制棒6进一步上升。在图3中所表示的上升阀装置H按道理在最简单的情况下可以只包括一个上升阀，但亦可如后面的一些图中所表示的那样，有两重或三重由多个上升阀组成的串联线路。在图10和11所表示的实施例中为各包括两个上升阀H10和H2的双重串联线路，并补充一个涡流室阀W10。在出故障时此涡流室阀将上升流量排到出口KW中去。
为了实现前面先提到的第一个措施(a)，在上升阀H上配备有位置指示器，它给控制室提供可用的电子检测信号。可以例如借助于终端开关来获得这一信号，终端开关通过感应形式或借助于超声波来工作，并给出一个指明上升阀的关闭位置和打开位置的电信号，特别是给出一个电压信号，但也可以给出相应于中间位置的信号。为了监测整个调节阀装置11的工作，也可以在下降阀SV上设置位置指示器。尤其是在有大约从10兆瓦起的功率的供热反应堆或压水重水减速反应堆的情况下，要使由人们所不希望的一根控制棒或直至三根控制棒构成的控制棒组的移出所引起的堆芯5中的中子流密度的变化保持在允许的范围之内，建议采取下列措施将上升阀的打开时间与为了达到所希望的控制棒上升步长所要求的额定打开时间作比较。为此如图4所示，从信号“上升阀开”到信号“上升阀关”之间经过的，在一般情况下用ta-z来表示的时间间隔的实际值与额定的打开时间间隔的极限值△t1作比较。当超过此额定打开时间到一个预先规定的量K·(△t1)时(0＜K＜1)，有关的下降阀SV被打开。在给出的曲线中，时间间隔ta-z1小于额定打开时间△t1，所以按规定关闭上升阀。反之，实际值ta-z2大约高于额定打开时间△t1的30%，以及将一个与之有关的装在调节阀装置11中的电子检测线路调整为在超过额定打开时间△t1为K·(△t1)并因而达到切断极限值时，将有关的下降阀SV打开，因此上升指令失效，所涉及的控制棒不能继续移出，而停止在它刚才所占有的位置上。显然可以通过操纵许多个下降阀SV或全部下降阀，降低活塞缸筒系统压力侧的液体压力，以致使全部控制棒下降至它们的最下部位置，也就是说这里也包括了上升阀在其打开位置出了故障的那根控制棒。当所要求的极限值定为高于额定打开时间△t1的例如20%至40%，上升阀处于打开位置并产生故障的那根控制棒不再显著地移出而是能够非常迅速地停止。在实施例中，系数K取为0.3。最好为0.3＜K＜1。
图5所示第二个实施例用于液压式控制棒传动装置CD01，它装在功率最大为10兆瓦左右的小型供热反应堆或压水重水减速反应堆中。在这种较小的供热反应堆或核反应堆的情况下，各控制棒的吸收截面显然包含在整个中子吸收截面中，所以必须在任何情况下均避免各控制棒不应有的移出。按图5达到这一点是通过使每一个在图3中用CV表示的、并在液压式控制棒传动设备CD的总结构范围内每一根控制棒6装设在一个操纵支路装置的上升支路B中，有至少由两个上升阀H1、H2构成的串联线路，所以当有一个上升阀H1或H2在其打开位置被卡住时，中断上升液流可通过另一个提升阀H2或H1来实现反之亦然。在图5中只表示了两个操纵支路装置CV1、CV2，当然应相应于控制棒6的数量而设置相应数量的操纵支路装置。由图3来看，对于操纵支路装置CV1，各停止支路、上升支路和下降支路分别用AⅠ、BⅠ和CⅠ来表示，对于操纵支路装置CV2则相应地用AⅡ、BⅡ和CⅡ。一般情况可以用AⅠ、BⅠ和CⅠ来表示停止、上升和下降支路，其中的i(1，2，…，i)表示各操纵支路装置。A0在这里是所有停止支路公共的分配管道，A表示停止支路装置的总体。除此以外的线路结构与图3中的相同，其中通向冷却水水池去的出口管道，在它的末端用水力学符号D来表示。两个串联上升阀H1、H2均在其打开位置被卡死的可能性非常小，但无论如何在发生这种故障时，所有的下降阀SV均应打开。如果用后面图7至11还要叙述的那种所谓的涡流室阀作为各上升支路B、BⅠ、BⅡ等的第三个上升阀、作为调节阀或作为涡流节流阀，则可以避免发生上述情况。如已经提及的，只有在泵12或泵装置提供必要的液体入口压力的情况下，才能移出控制棒;在泵的转速降低或停车时，工作液的压力下降，所有的控制棒均自动到达或下降到其进入位置。
按图6，与图5相似，同样对控制棒传动装置CD02的每一根控制棒各设一个操纵支路装置CV1、CV2等，但未在每一个操纵支路装置中设前置上升阀(图5中的H1)，即不是有多个，而是只有一个为所有操纵支路装置CV1、CV2等所公有的前置主上升阀H10以及与之串联的节流阀b10。当主上升阀H10打开时，它允许液流流过每一个后置的上升阀H2，于是，当应该上升某根控制棒时，便打开有关的后置上升阀H2。若它在某打开位置被夹住，不允许关闭或在很滞后的情况下关闭，则关闭主上升阀H10，全部控制棒停止在其所占有的位置不动，任何一根控制棒不可能再沿“上升”方向继续移动。其它液压元件和管道的符号与图5中的一致，但每一个分开的接点18.1或18.2分别表示上升支路BⅠ、BⅡ或下降支路CⅠ、CⅡ与停止支路AⅠ或AⅡ的连接。图5中节流阀a1、a2、b1、c1的图形与图3和6中的有些不同，但含意相同。
按图6所示方案的控制棒传动装置节省了n-1个上升阀，这里n是操纵支路装置或要操纵的控制棒数量。可以按图6将操纵线路与借助于图4所说明的上升阀位置检测的措施联合起来，所以在控制室可以准确得知哪一个上升阀出了故障，在这种情况下自动打开有关的下降阀，所以在已经关闭了主上升阀H10的情况下，有关的控制棒降到其零位(进入位置)。
按图7至12用于控制棒传动装置CD03、CD1、CD2和CD3的液压式操纵支路装置的实施例，较之按图3、图5和图6为控制棒传动装置CD、CD01和CD02所设置的液压式操纵支路装置有很重要的发展。比较图7和图6的线路，可以肯定，按图7的线路，装在多控制棒传动装置中的操纵支路装置CV1、CV2等等的(这里还是只表示了两个控制支路装置)结构，与图6是一致的。此线路的补充和进一步发展主要涉及主上升阀H10在上升阀H10后面装了一个涡流室阀W01，它有三个接头s0、c0、e0，针对三种类型的液流，即供入液流f1、操纵液流f2和出口液流f3。可以看出，涡流室阀W01从s0至e0的内部可操纵的流路设在上升支路B中，这一流路处于供入液流的入口s0和阀的出口e0之间。在这里B0是所有上升支路BⅠ、BⅡ等共同的分配管道。操纵液流f2经过节流阀b2进入涡流室阀W01。节流阀b2在管道c中，管道c与管道支路A10在连接点17.2处相连，管道支路在连接点17.1与停止支路的分配管道A相连。
由管道支路A10、节流阀a21和节流阀a22串联而成的线路共同构成了通到出口D的旁通支路A1，并和在各停止支路中的第一节流阀a1一起调整液流，此液流使各控制棒保持在其停止位置。此旁通支路A1的另一个任务是，在其两个节流阀a21和a22之间，亦即在线路连接点17.3处，形成比线路连接点17.2处的压力水平约低5-10%的压力水平，从连接点17.2通过操纵液流管道c和节流阀b2继续流入涡流室阀的操纵液流接头c0。
在进一步讨论图7所示的线路中涡流室阀W01的作用前，应首先按图8说明单个涡流室阀的工作情况它的接头s0、c0和e0以及液流，即供入液流f1、操纵液流f2和出口液流f3与图7中所表示的完全一致。涡流室阀是纯粹的液压元件，它仅仅借助于流动效应进行工作，没有任何运动零件，也不需要系统外部的辅助能量。对此可参看H·Brombach在杂志“messen-steuern-regeln”上发表的论文“涡流装置的结构和管道”，VEB技术出版社，Ber-lin，1978.11第11期，第638至642页，特别是第641和642页。在图8中举例表示的径流式涡流室阀(也还有轴流式和锥形涡流室阀)的组成包括一个它里面是涡流室21′的扁平空心圆柱形涡流室外壳21，一个用于供入液流接头s0并径向汇入涡流室21′的连接套管，一个用于操纵液流接头c0沿切线流入涡流室的连接套管，以及一个相对于外壳21亦即涡流室21′旋转轴的轴向设置并用于出口液流接头e0的连接套管。出口液流f3的连接套管可设计成喷嘴状或文邱里喷嘴状，以尽可能减少压力损失。从径向的连接套管s0流入并用点线表示的供入液流f1，经由轴向的连接套管e0离开涡流室21′，这时先假定还没有操纵液流f2流动。因此涡流室阀的节流作用比较小，而且f1等于f3。现在有一股其压力大约比供入液流f1的压力高5%至10%的操纵液流f2通过切向连接套管c0供入，则随着操纵液流量增加，在涡流室21′中产生一股强度随之增大的涡流。这股涡流的离心力在涡流室21′中形成一个反压，从而使供入液流f1的流量减少(或随着操纵液流的减小而重新增大)，因而能进行操纵。操纵液流相对而言是较小的，当它的最大流量大约为最大供入液流量f1的10%到20%时，便足以使供入液流f1停止流动。操纵液流f2用虚线表示，它从切向进入，螺旋地流向轴向连接套管e0，这一螺旋状的流动在此套管中继续进行。出口液流f3在本例中用点划线表示，以此表示它既包含一部分操纵液流f2，也包含一部分供入液流f1。当操纵液流的流量f2达到约为预定最大值的10%至20%时供入液流f1时便使后者停止流动。这时出口液流f3仅包含操纵液流，所以流动的大约为被闭锁了的供入液流f1的20%的流量。
在讨论图7线路的工作时应首先假定前置主上升阀H10是关闭的，并和它一起也关闭了后置上升阀H2。此外还应假定，由液压操纵支路CV1操纵的控制棒传动装置应上升一个预定数量的步长，而且通过同时打开后置上升阀H2和前置主上升阀H10应能产生足以实施一个上升步长的液压脉冲，步长例如可以是20毫米。主上升阀H10和后置上升阀H2同时被打开，随之使供入液流f1经管道s从主上升阀经涡流室阀W01进入上升支路B，再从这里经后置上升阀H2和其节流阀b1(分支BⅠ)进入反应堆内部的液流管道10，从而到达有关的控制棒传动装置。在图7中，上升支路BⅠ和下降支路CⅠ与停止支路AⅠ之管道10的连接点用18.1和18.2表示。
为了作进一步的说明，应首先讨论图9所示的曲线图。图中横坐标上的ta表示上面所提到的两个操纵涡流室阀的上升阀H10和H2的打开时刻，所以在它的出口e0流过出口液流f3(t)。涡流室阀W01有一个如急剧上升的曲线所表明的特点，即出口液流f3(t)先增加到一个最大值f3max(曲线段f31)，然后当操纵液流f2开始起作用后，又降到最小出口液流降到f3min(曲线段f32)。从出口液流f3(t)的开始流动到出口液流降到f3min的时间间隔用△τ来表示。也可以称这一时间间隔△τ为涡流室阀W01的时间常数。曲线段f30(t)可以说明这两个上升阀H10和H2按常规关闭的作用，也就是说，因为已经实施了所规定的控制棒的上升步长，所以这两个上升阀在曲线f3(t)的最高点或稍靠后一些时得到了关闭它们的指令，于是液流沿曲线段f30(t)按这两个上升阀的关闭时间常数降到零，而保持了额定的打开时间△t1。如果在关闭时操纵这两个上升阀H10和H2时只关闭了这两个阀门中的一个，也能得到此曲线f30(t)。尽管从时间tz起就已发出了关闭指令，但这两个正在进行工作的串联上升阀H10、H2，在其打开位置同时被卡住这种可能性非常小的情况下，由于涡流阀W01处于工作状态，并借助于通过时间常数△τ起作用的操纵液流f2，使出口液流f3(t)按曲线段f32从f3max降到f3min，f3min大约为原始供入液流f1的10%至20%。供入液流f1的10%至20%，比起能够沿上升方向对控制棒传动装置发生影响的量来说太小了。因此引入操纵液流f2，以使涡流室阀W01的出口液流f3减小到为其打开位置时的数值的如此小的一部分，从而通过这个减小后的在上升支路B、BⅠ或BⅡ中的液流f3(t)，使控制棒上升过程安全地中断，亦即有一个安全间隔。安全间隔的含意是，例如只有在50%正常供入液流流量f1的情况下才能引起控制棒的上升过程，所以相应于最小出口液流f3min为正常供入液流的10-20%这样比较低的值，是安全的。我们还知道，涡流室阀的时间常数△τ，即从时间为△t＝0或t＝ta引入操纵液流f2和供入液流f1之时起至对供入液流f1进行节流所经过的时间间隔，为了实施有关控制棒希望的最大允许上升步长所需的上升阀H10，H2的额定打开时间△t1应这样来确定，即在两个上升阀H10、H2在其打开位置均被卡住的情况下，在达到额定打开时间后或达到该时间后不久，通过将涡流室阀W01的出口液流f3(t)减少到其被节流后的值f3min，为中断上升过程，上升支路B被自动节流。
亦可对图5所示实施例中多重的上升支路BⅠ、BⅡ的每一个设置一个涡流室阀W01，然而最有利的是按图7只装设主上升阀H10，并相应地选择较大的液流量。这样便在不损害安全性的情况下大大简化了液压线路。
图7表示了一种最佳的涡流室阀W01的线路，这时其可操纵的内部液流线路s0-e0处在作为主上升阀H10的前置上升阀出口和作为多个彼此并联的后置上升阀H2的入口之间。涡流室阀W01的尺寸不难确定，即要使它的时间常数△τ例如在150至250毫秒的范围内。这是控制棒传动装置实施控制棒上升步长时出现的适用的延迟时间。
在按图9的曲线中，当额定打开时间△t1大约超过20%时，涡流室阀已经节流。根据控制棒传动装置的设计，△τ也可以比△t1大一些，直至大三倍，因为出口液流变化的下降线段f32反正不再会使控制棒上升。
在图1和图2中，液体泵12表示为反应堆外部的液体泵。也可以将液体泵与调节阀装置11在结构上统一起来，将它装在反应堆压力壳1的盖子1.2外的一个耐压容器中，如在专利DE-OS3435584的图2所示。在这种情况下可缩短压力管和吸入管12.1和12.2的长度。但在本发明范围内，由于易于拆装和维修，所以液压泵12的这种在反应堆外部的结构是有利的。
此外，本发明还涉及这样一种燃料元件一控制棒装置，在这种装置中具有十字形吸收层的控制棒装在四个彼此相邻的燃料元件所构成的十字形空腔内，如专利DE-OS 3345099中所示。控制棒也可以插在燃料棒之间燃料元件中，如专利US-PS 3379619在一个压水堆的实施例中所示。
以下根据图10和11来说明的例子是基于这样一种理解，即这种涡流室阀不仅可以与控制棒各上升支路中的上升阀串联(在这种情况下当一个上升阀在打开位置被卡住时，它按一定时间间隔截断或节流上升液流)，而且可以实现具有许多优点的控制棒传动装置上升支路的安全线路结构，这时，在需要时涡流室阀将液流从主液流处分流和控制排出。
由图10可以看出，它有与图3至图8同类的液压元件和组件，采用相同的符号，所以图10线路的基本功能易于理解。它与图3至图8的区别是装了两根控制棒6，其符号的标注适合于有多个这种可操纵的控制棒的情况。在图中表示的彼此同心的管子中，外管6.2是可移动的控制棒导管，它通过图中未表示的活塞可以向上或向下运动，内管表示控制棒导杆6.1。用CV1表示装有上部控制棒的操纵支路装置的整体，CV2则表示装有下部的控制棒6的相应部分。一个公共的停止支路A属于操纵支路装置CV1和CV2等，对于每个操纵支路装置可分为停止支路的分支AⅠ和AⅡ。这些分支在连接点18.1或18.2与上升支路的分支BⅠ或BⅡ连接。其总体用字母B表示的上升支路具有一个所有上升支路的分支所共用的带有前置上升阀H10的管道段以及装在它前面的节流阀b10。在线路上的连接点19处将整个上升支路B分成一个个上升支路的分支BⅠ、BⅡ等，各分支有一个后置上升阀H21、H22等以及分属于它们的前置节流阀b2。最后，每一个操纵支路装置CV1、CV2等各具有一个下降支路CⅠ或CⅡ，它们在连接点18.3或18.4与上升支路分支BⅠ或BⅡ连接，并通过一个可以遥控的下降阀SV，在必要时与出口D接通，在这种情况下出口D为反应堆压力壳1的冷却水水池(KW)。由图1可见的反应堆内部液流管道10，根据在图10中所表示的多路结构同样也进行了分路，并在图中用10.1或10.2表示。如果通过停止支路或上升支路A、AⅠ、AⅡ或B、BⅠ、BⅡ流入控制棒6传动装置中去的液流使它们的活塞缸筒系统工作，则液流从控制棒出来流到冷却水水池KW中去，这一情况由液流管道20.1和20.2来表示。在停止支路的分支AⅠ、AⅡ中的节流阀仍用a1来表示。
与已经阐明的由前置上升阀和各个后置上升阀(如前所述H2有多个分开的后置上升阀H21、H22等)组成的串联线路H10-H2相连的涡流室阀W10，它通过其供入管道s，与上升支路B的两个上升阀H10和H2之间的线路位置22处相连。在一般情况下，这个涡流室阀W10的作用是，当上升支路B或各个上升支路的分支BⅠ、BⅡ等中的液流超过额定打开时间△t1后还向外流动，并由于阀门的功能故障，通过上升阀H10-H2的串联线路的液流不能截止时，减小此液流。在这种情况下，被操纵的控制棒6的上升过程将立即中断。在涉及前置和后置上升阀的串联线路中，涡流室阀的这一功能已通过图3至图9作了详细说明。这一串联线路要求涡流室阀两个前后相接的上升阀的液流在额定打开时间△t1结束后不被中断。当在串联线路中的两个上升阀H10-H2中的一个，特别是前置上升阀H10发生故障时，依据本发明涡流室阀W10可满足要求。在进一步讨论图10线路中的涡流室阀的功能以前，应当首先对图8的涡流室阀的作用原理作一些补充的说明。
操纵液流f2和供入液流f1的功能可以颠倒过来，亦即当供入液流f1的入口压力比操纵液流f2的压力大百分之几，如3%至10%时，供入液流可抵消在涡流室21′中操纵液流f2的起截止作用的涡流，被截止了的涡流室阀本身又可流通。刚才提到的流过占支配地位的供入液流f1的涡流室阀其调节可流通性的功能，在下面两个实施例中得到使用。出口液流的箭头f3用点划线表示，如前所述它包含操纵液流f2和供入液流f1两部分。当操纵液流的流量f2达到约为供入液流f1的规定的最大值的10%至20%时使供入液流停止流动，涡流室阀被截止。出口液流f3这时只含有操纵液流f2，所以流过约为现在已被闭锁的供入液流的20%的流量。
如在图8中所表示的涡流室阀W10，现在按图10的线路，通过供入管道s与上升支路B(在连接点22)，亦即在前置和后置上升阀H10、H2之间与之相连，它的出口管道e流入出口，即流入压力壳1的冷却水水池KW，而它的操纵管道c经过至少一个产生压力Pc的节流阀a21与前置上升阀H10前面的上升支路B连接。由此可见，为了调整在操纵管道c中的操纵压力Pc，一个流入出口KW的由至少两个节流阀a21、a22组成串联线路的旁路A10，在前置上升阀H10的前面，与上升支路B，即泵12的压力管道12.1在连接点17处相连，这时操纵管道c从两个节流阀a21和a22之间的分岔点23引出。压力Pc调整成使它在前置上升阀H10关闭时，大于在供入管道s中的压力Ps，所以压力Pc维持了在涡流室阀W10中的起截止作用的涡流。反之，在打开前置上升阀H10时，操纵管道c中的压力Pc小于供入管道s中的压力Pc，所以经过与涡流室阀W10的时间常数△τ相应的时间△t2之后(而这个时间等于或稍大于上升阀H10、H2用来实施一个所要求的最大允许的上升步长的额定打开时间△t1)，操纵液流f2的闭锁作用被供入液流f1所取消，而在上升支路B中的大部分液流，作为供入液流f1，经开着的涡流室阀W10，在出口KW中按照使上升过程中断的方向调整。现在还可以通过上升支路B流动以驱动有关控制棒6的剩余液流(假定有一个与之有关的后置上升阀仍处于故障之中)，使之不再足以维持或引起一个上升过程。为了更好地理解其工作原理，我们在下面再一次说明各种不同的状态。
a).悬浮或停止状态(正常工作情况)两个上升阀H10和H2(亦即有关的后置上升阀H21或H22)均关闭。经过停止支路A流过为停止控制棒6所需的液流。旁路A10中的节流阀a21和a22应这样来选择，即使得在操纵管道c中调整为比供入管道s中的压力Ps略微高一些的压力Pc，以及有足够的从切向进口c0到轴向出口e0经过涡流室阀W10的液流，以便建立所要求的闭锁状态。如已经提到过的，闭锁状态的含义为建立了旋涡流，以及没有液流从供入管道s到出口管道e。若有一个可能的高压从两个上升阀H10和H2之间封闭的管子处从s到e经过涡流室阀而降低或去负荷，则可在涡流室21′(参见图8)中建立一个旋流或涡流，并使涡流室阀W10闭锁。
b).上升过程(正常工作状态)阀H10和H2同时打开，并保持打开一个短时间△t1＜△t2(△t2＝时间，在此时间后解除涡流室阀中的锁闭状态)，直至使在悬浮和停止状态所需流量以外为了下一个阶段上升所要求的上升质量流量时间足够长地流动为止。在此时间△t1内，在供入管道s内的压力Ps虽然大于在操纵管道c中的压力Pc，但没有能力将涡流室21′中的涡流(这是造成锁闭状态的原因)完全消除。
c).上升过程(假定两个阀H10和H2均发生故障)两个串联的阀H10和H2在时间△t2＞△t1保持打开。在进入上升过程时调整供入管道s中的压力Ps，使之比操纵管道c中压力Pc要高很多。如果这个压力Ps能较长时间(至少是△t2或更长)作用在涡流室阀的进口s0，则按照选定的涡流室阀的外壳尺寸，使闭锁状态程度不同地迅速取消。当先前在悬浮状态(见前面工作状态a的说明)建立的涡流最终不再能维持时，从供入管道s通过涡流室到出口管道e的流路被打通。这一由径向流入和轴向流出的路径的压力损失系数很小，并能以较小的流阻使上升质量流量的大部分排入出口或水池KW。通过这个现在打开的旁路s0-e0，提高了在节流阀b10和阀H10中的压力损失，这是因为液体的质量流量增加了。在供入管道s中的压力Ps可以降到略低于操纵管道c中的压力Pc(它始终大于在后置上升阀H2后面的线路点18.1处的压力)，但可以通过涡流室阀W10的设计来防止在这种情况下经过入口c0重新生成涡流。在这种情况下上升过程将不能继续进行。
d).前置上升阀H10有故障，后置上升阀H2关闭如果阀H10持续开放，则经过一段时间≥△t2后，通过在供入管道s中的压力Ps(它高于在操纵管道c中的压力)使涡流室21′中的涡流停止，并打通经过涡流室的流路s0-e0。若现在打开阀H2，则上升过程不可能进行。
e).后置上升阀H2有故障，前置上升阀H10关闭如果上升阀H2持续打开，则在供入管道s中的压力将调整为上升支路的分支A1或A2出口处(线路点18.1)的压力或一个较低的压力。按照阀门的设计参数，涡流室阀W10维持闭锁状态或允许流出悬浮用体积流量或停止用质量流量的一个较小部分。
在按图11所示的第二个实施例中，涡流室阀W10的操纵管道c和供入管道s各经过节流阀d2或d1，(它们使压力均衡)，在前置上升阀H10的前面或后面直接与上升支路B相连。如图所示，在涡流室阀W10的出口管道e中也装有一个使压力均衡的另一个节流阀d3。除此以外，这里的液压式控制棒传动装置CD2与图11所表示的那个控制棒传动装置CD1没有区别。这个方案CD2的特点在于，在上升过程中假设两个上升阀H10和H2有故障，在时间≥△t2后操纵液流管道c和供入管道s之间的压差，主要仅由阀H10确定，因此它很小，而节流阀d1、d2和d3仅用于微调。这种情况导致从一开始这两个串联上升阀H10、H2被打开的瞬间起(其中涡流室阀W10尚处于闭锁状态)，至涡流或旋流完全消失的状态(旁路s0-e0全开)，对设计阀门来说重要的压力比(Pc-Pe)/(Ps-Pe)接近于常数，式中的Pe是涡流室阀W10后出口管道中的压力。除此以外，涡流室阀W10以及其液压线路的布置与前面所述的按图10的线路CD1是相同的。因为图11的线路CD2在悬浮或停止状态(正常工作状态)-见对图10的说明部分(a)-涡流室阀W10的c0-e0段是打开的(操纵液流f2流入出口管道e)，所以应当考虑在节流阀d2和d3中的压力降，还有在前置节流阀b10中的压力降以及涡流室21′内部线段c0-e0的内部压力降，以确定停止段或悬浮段的A的液压测量。这意味着，在这种正常工作情况下，涡流室阀W10如同一个普通的节流阀。它在按b10、d2和d3的顺序通向出口KW的旁通支路中。
图10和图11中只画了一个液体泵12，以便表示按照本发明的控制棒液压传动装置CD1或CD2要通过一个液体泵起作用。然而有利的是通过至少两个并联液体泵(图2)来提高安全性，如图2所述。
图12和图13表示的最后一个实施例中，上升阀装置H的两个串联的上升阀H100和H2中，至少一个是涡流节流阀H100(见图12)。图中用CD3表示控制棒传动装置的总体，它的操纵支路装置CV的基本结构与前面图3或图6中表示的相同，这就是说，有一个主停止支路A和停止支路的分支Ai，有一个主上升支路B和上升支路的分支Bi。此外图中还有一个唯一的主下降支路c，它为所有的操纵支路装置CVi所公有。唯一的一根作为代表并示意表示的控制棒表示了它处于两个位置的情况，即其吸收棒6.3的下部进入位置Ⅰ以及移出或部分移出时的上部位置Ⅱ。6.1仍表示为一根控制棒导轴，6.2表示控制棒导管，后者设置活塞缸筒装置(在图中未表示)，如图1所述。
图13示意表示放大了的涡流节流阀有一个围绕圆柱形涡流室21′的外壳;有一个与外壳的外壁21.3连接并经过切向喷嘴c01进入涡流室21′的接头或接头套管c0，以便与操纵管道c连接;有一个经轴向喷嘴e01与涡流室21′相联并与外壳端壁21.2(在图的下方)相连，带连接套管e0的出口管道e。在图上部的外壳端盖用21.1表示。在与出口管道e的轴向喷嘴e01处于相对位置的端盖21.1上，连接着另一根出口管道e1，它的截面比出口管道e小。这一根出口管道e1用来作为排气管和排出膨胀水;它以其未在图中表示的另一个管道端部与一个液压出口相联，亦即反应堆压力壳1的冷却水水池KW。
这种涡流节流阀W100是一个无源的流阻。通过从泵压力管道12.1或12.1a(图12)来的切向操纵管道c，使液体在涡流室21′中形成旋流，亦称涡流。这种涡流的流动路径是对数螺旋线。通过损耗很小的液体微粒加速，在接近轴向出口喷嘴e01处形成了很大的切向速度，因而有很大的离心力。此离心力产生一个反压，它使涡流室的入流减少。这种以流体进行工作的涡流节流阀中处于低压下的涡流芯部用蒸气或气体来充填。在建立了涡流时，涡流节流阀W100中从c0至e0的流阻用z2来表示，它比液流从操纵管道c刚刚进入而未形成涡流时在这个涡流节流阀中所产生的流阻z1大一个因子K′倍。这种涡流节流阀W100的结构可以设计为使因子K′，例如，在5和20之间的范围之内。在图13中所标明的流动箭头表示了一个涡流刚刚形成的状态，因此这时的流阻z1还比较小。操纵液流f2的大部分作为出口液流f3流向上升阀H2。当在涡流室21′中建立了涡流后，大约10%至最高为20%的操纵液流f2通过轴向出口管道e1流向上升阀H2;这些流量不足以引起控制棒6(图12)和其吸收棒6.3作另一次上升。
图12所示线路的工作情况如下如果要一根所选定的控制棒6上升一个步长或一个步长单位，则打开与它有关的在上升支路的分支Bi中的上升阀H2。这时由泵压力管道12.1、12.1a来的液流在涡流节流阀W100中形成了从操纵接头c0到出口e0的流动，这种流动是在涡流节流阀内部的压差(Pc-Pe)＞0的推动下进行的。因为在上升阀H2的额定打开时间△t1(例如为200毫秒)期间，在涡流节流阀W100内涡流形成还没有完成，所以涡流节流阀的流阻尚处于较低的值z1。控制棒6得到一个足够大的脉冲或流量来实施所要求的上升步长。经过额定打开时间△t1之后上升阀H2关闭是正常的。因此涡流节流阀的出口液流中止，形成的涡流被瓦解，所以经过第二个出口管道e1只能流过空气或气体，也可能有一些膨胀水。如果在经过它的额定打开时间△t1之后，尽管给了关闭指令，上升阀H2仍始终是开着的，亦即被卡住，那么液流f3(为了表示这是一种非正常状态，所以图中加了括弧)可以继续流动，直至经过时间△t2，这个时间比△t1要大一些，例如大20%到30%。经过时间△t2后，在涡流室21′(图13)内部的涡流完全建立起来，所以这时的流阻z2增大，因此出口液流f3减少到例如它的最大值的10%;这样的出口液流不再适合于使控制棒6上升或是无效的。在控制室可从远距离位置指示中看出，所涉及的上升阀H2是否进入关闭位置，所以可以决定对故障上升阀采取相应的修理措施或予以更换。
如串联的涡流室阀W01一样，最好涡流节流阀W100为多个操纵支路装置CVi和与之相应的多个上升支路的分支Bi所公用。用涡流节流阀W100使串联线路比较简单，因为这个涡流节流阀将一个普通的前置上升阀的功能和可调整流阻的功能统一在一起。通过“前置”的涡流节流阀和在彼此并联的上升支路的分支Bi中各有一个后置上升阀H2，构成了多重的串联线路。


水冷核反应堆尤其是供热反应堆的控制棒液压传动装置，它有一个反应堆压力壳(1)反应堆堆芯(5)，后者是一个立式安装的燃料元件格架(5.0)和在燃料元件(5.1、5.2)之间的空间内可沿重力方向或逆重力方向移入和移出的控制棒(6)所组成，控制棒(6)的传动轴(6.2)设有液压的活塞缸筒系统，可以从下面将冷却水作为工作液经反应堆内部的液体管道(10)供入其中，冷却水水池(KW)作为液压的出口。反应堆内部的液体泵(12)通过压力壳(1)外面的调节阀装置(11)来调整流量。