DE2417397A1

DE2417397A1 - Druckwasserreaktor

Info

Publication number: DE2417397A1
Application number: DE2417397A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Braun; Leonhard Irion; Hans-Peter Dipl Ing Schabert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1974-04-09
Publication date: 1975-10-23
Also published as: FR2267611A1; BE827618A; US4077837A; FR2267611B1; JPS50138299A; CH578233A5

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den

Werner-von-Siemens-Str.

VPA 74/9408 Sm/Hgr

Druckwasserreaktor

Die Erfindung betrifft einen Druckwasserreaktor mit einem Reaktordruckbehälter, an dem eine Hauptkühlmittelleitung angeschlossen ist, die eine druckabhängig schließbare Rückschlagarmatur aufweist. Die Rückschlagarmatur soll, wie zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift 1 564 beschrieben ist, die Hauptkühlmittelleitung sperren, wenn bei einem Leitungsbruch ein großes Druckgefälle zustande kommt, weil das unter hohem Druck stehende Kühlwasser ausströmt. Die bekannte Anordnung ist aber nicht in der Lage, alle denkbaren Störungen zu beherrschen, die an den Hauptkühlmittelleitungen eines Druckwasserreaktors vorkommen können. Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sicherheit der Kühlung von Druckwasserreaktoren zu verbessern, damit nach dem hypothetischen Leitungsbruch Überhitzungen im Reaktorkern vermieden werden.

Erfindungsgemäß ist die Hauptkühlmittelleitung im Bereich der Rückschlagarmatur mit einer Berstsicherung umgeben, die einen bis zum Reaktordruckbehälter reichenden Raum einschließt. Damit ist sichergestellt, daß auch bei einem Bruch der Hauptkühlmittelleitung im Bereich zwischen dem Reaktordruckbehälter und der Rückschlagarmatur kein ungehindertes Ausströmen des Kühlwassers möglich ist. Das Kühlwasser wird in diesem Fall von der Berstsicherung zurückgehalten, so daß eine für die Notkühlung des Kerns ausreichende Kühlmittelmenge erhalten bleibt. Liegt der Bruch dagegen auf der dem Reaktor abgekehrten Seite der Hauptkühlmittelleitung, so wird das Ausströmen des Kühlmittels durch das Schließen der Rückschlagarmatur gesperrt.

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Die Erfindung kann an einzelnen oder allen Strängen eines Druckwasserreaktors mit mehreren Kühlmittelschleifen eingesetzt werden. Besonders wirksam ist die Zuordnung zu dem zu einer Hauptkühlmittelpumpe führenden kalten Strang. Wenn dieser bricht, ergibt sich nämlich sonst eine Umkehrung der normalen Strömungsrichtung des Kühlwassers in diesem Strang, wobei der Reaktorkern insgesamt nur noch in verringertem Umfang mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Es können sich dann deutlich höhere Hüllrohrtemperaturen der Brennstäbe einstellen als bei einem Bruch des heißen Strangesί Die Erfindung unterbindet dagegen eine solche Strömungsurakehr.

Die Berstsicherung kann vorteilhaft so ausgeführt werden, daß sie die Hauptkühlmittelleitung als Doppelrohr umgibt. Sie kann ferner am Reaktordruckbehälter befestigt sein, so. daß dieser einen Teil der das Kühlmittel zurückhaltenden Begrenzung bildet. Die Berstsicherung kann aber auch mit einer den Druckbehälter umgebenden Berstsicherung zusammengefaßt werden.

Das dem Reaktordruckbehälter abgekehrte Ende der Berstsicherung kann vorteilhaft an einem auf der Hauptkühlmittelleitung sitzenden Flansch befestigt sein. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Abstützung und man erhält eine größere mechanische Festigkeit, so daß die Berstsicherung auch bei geringem Materialaufwand den durch den hohen Kühlmitteldruck hervorgerufenen Kräften gewachsen sein kann.

Es empfiehlt sich, die Berstsicherung zwischen den beiden Befestigungsstellen, also der Anbringung am Reaktordruckbehälter oder einer diesen umgebenden Berstsicherung und der Abstützung an der Hauptkühlmittelleitung mit zwei ineinander gleitenden Teilen auszurüsten. Mit diesen können nämlich wärmeabhängige Relativbewegungen ausgeglichen werden, die zwischen der heißen Hauptkühlmittelleitung und der kälteren Berstsicherung beim An- und Abfahren der Reaktoranlage auftreten.

Eine weitere Erhöhung der Sicherheit ergibt sich bei einer

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anderen Ausführungsform der Erfindung dadurch, daß die Berstsicherung zwei in Reihe liegende Rückschlagarmaturen einschließt. Dies läßt sich besonders günstig so verwirklichen, daß die eine der beiden Rückschlagarmaturen im Inneren des Reaktordruckbehälters zum Verschluß der Hauptkühlmittelleitung angeordnet ist, die die andere Rückschlagarmatur enthält. Man erreicht damit, daß.die die Rückschlagarmaturen einschließende Berstsicherung besonders klein ausfällt.

Damit die Berstsicherung auch in dem Bereich klein gehalten werden kann, in dem eine Rückschlagarmatur im Verlauf der Hauptkühlmittelleitung liegt, ist es ratsam, die Ansprechgenauigkeit und die beim Ansprechen wirkende Kraft optimal auszulegen. Zu diesem Zweck kann die von der Berstsicherung umgebende Rückschlagarmatur an ihrem Schließkörper umlaufende Nuten aufweisen, die im Querschnitt der abzusperrenden Strömung entgegengerichtet sind. Solche Nuten ergeben im Normalbetrieb gegenüber einem glatten oder tropfenförmigen Schließkörper nur eine unwesentliche Erhöhung des Strömungswiderstandes. In Gegenrichtung, also in Sperrichtung, wird der Strömungswiderstand dagegen erheblich erhöht, weil die Strömung von den die Nuten begrenzenden Teil schirmartig aufgefangen wird. Es lassen sich Ansprechwerte bei Strömungsumkehr von 0,5 bis 1 des Normaldurchsatzes erreichen. Dabei können mehrere Nuten in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sein, die entweder in Form von Ringnuten oder schraubenlinienförmig um den Schließkörper laufen.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die von der Berstsicherung umgebene Rückschlagarmatur einen zweiteiligen Schließkörper aufweist, wobei ein kleinerer Teil des Schließkörpers mit einer Bewegung in Schließrichtung die Schließbewegung des größeren Teils einleitet. Der kleinere Teil wirkt hier als Steuerorgan. Er kann speziell für diesen Zweck angeordnet und bemessen sein, so daß eine hohe Ansprechsicherheit bei relativ kleiner Strömung zu erreichen ist. Der große Teil kann dagegen stabil,vor allem schwingungssicher fest-

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gelegt sein, da er beim Schließvorgang vom kleineren Teil mitgerissen wird. Dies gilt besonders dann, wenn der kleinere Teil vom größeren Teil konzentrisch umgeben ist. Ferner ist es günstig, wenn der kleinere Teil am größeren Teil mit einer federnden Raste festgelegt ist, die eine relativ kleine Haltekraft zur Folge hat.

Da der Schließkörper als mechanisch fester Teil ausgeführt sein muß und bei dem in Druckwasserreaktoren üblichen Abmessungen der Hauptkühlmittelleitungen relativ schwer ausfällt, ist es günstig, wenn dem Schließkörper ein Kolben zugeordnet ist, der die Schließbewegung mit Hilfe des Kühlmittels abbremst. Anderenfalls können sich Schläge ergeben, die sich nur durch eine entsprechende kräftigere Ausbildung der Hauptkühlmittelleitung beherrschen lassen und deshalb einen größeren Durchmesser der Berstsicherung erfordern können.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden Figuren einige Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 in einem Teilschnitt den für die Erfindung wesentlichen Teil eines Druckwasserleistungsreaktors. Die Fig. 2 zeigt in demgegenüber größerem Maßstab Einzelheiten der Berstsicherung an der Hauptkühlmittelleitung. In Fig« 3 ist vereinfacht in einem Schnitt die Hintereinanderschaltung von zwei Rückschlagarmaturen gezeichnet. Die Fig. 4 und 5 zeigen in Schnitten längs der Hauptkühlmittelleitung zwei besondere Ausführungsformen der Rückschlagarmatur, wobei die die Rückschlagarmatur umgebende Berstsicherung der Einfachheit halber weggelassen ist.

In Fig. 1 ist mit 1 als Ganzes der Reaktordruckbehälter eines Druckwasserleistungsreaktors von zum Beispiel 1000 MWe gezeichnet. Der Druckbehälter ist in einer Reaktorgrube 2 untergebracht, die von einem mit einer Isolierschicht 3 ausgekleideten Betonschirm 4 gebildet wird. Durch die Abschirmung 4 führen Hauptkühlmittelleitungen 5, die von Rohrstutzen 6 des Reaktordruckbehälters 1 ausgehen. Die Hauptkühl-

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mittelleitungen 5 führen das im Reaktordruckbehälter 1 erhitzte und unter hohem Druck stehende Kühlwasser in den sogenannten heißen Strängen zu nicht gezeichneten Dampferzeugern. Von diesen wird es über Hauptkühlmittelpumpen 8, die von Elektromotoren 9 angetrieben werden, über die kalten Stränge der Kühlmittelschleifen in den Reaktordruckbehälter zurückgepumpt.

Wie die Fig. 1 zeigt, sind in dem kalten Strang der Hauptkühlmittelleitung 5, der das Druckwasser, vom Dampferzeuger über die Pumpe 8 zum Reaktordruckbehälter 1 zurückführt, zwei in Reihe liegende Rückschlagarmaturen 10 und 11 angeordnet, die gleich ausgebildet sein können. Die Rückschlagarmaturen 10, 11 sind im wesentlichen so aufgebaut, wie in der deutschen Offenlegungsschrift 1 564 654 beschrieben ist. Sie sind von einer als Ganzes mit 14 bezeichneten Berstsicherung umschlossen, die in Fig. 2 in größerem Maßstab gezeichnet ist.

Die Berstsicherung 14 umfaßt ein die Hauptkühlmittelleitung konzentrisch umgebendes Rohr 15» das an seinem dem Reaktordruckbehälter 1 zugekehrten Ende einen aufgeschraubten Flansch 16 aufweist. Der Flansch ist mit Schrauben 17 an einer Kreisfläche 18 des Reaktordruckbehälters 1 angeschraubt, so daß eine Befestigungsstelle der Berstsicherung 14 entsteht. Das freie Ende des Rohres 15, das bei 20 konisch zugespitzt ist, wird von einer Hülse 21 mit einem relativ dichten Gleitsitz umgeben. Die Hülse 21 besitzt einen nach innen gezogenen Boden 22, Dort sind Bohrungen 23 für Schrauben 24 vorgesehen, mit denen der Boden 22 an einem Flansch 25 befestigt wird. Der Flansch 25 ist symmetrisch ausgebildet und mit zwei um die Hauptkühlmittelleitung 5 verlaufenden Schweißnähten 27 und 28 auf dieser befestigt.

Die Fig. 2 zeigt deutlich, daß die Berstsicherung 14 einen zum Teil mit dem Reaktordruckbehälter 1 begrenzten Raum 30 einschließt, in dem der mit den Rückschlagarmaturen 10 und versehene Teil der Rohrleitung 5 liegt. Deshalb kann bei einem

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Bruch der Rohrleitung 5 im Bereich zwischen der Riickschlagarmatur 10, 11 und dein Reaktordruckbehälter 1 das Kühlwasser des Druckwasserreaktors nur in diesem Raum 30 austreten. In diesem bleibt es eingeschlossen, so daß die Kühlung des nicht gezeichneten Reaktorkerns nicht nennenswert beeinträchtigt wird. Ein Bruch der Hauptkühlmittelleitung 5 auf der dem Reaktordruckbehälter 1 abgekehrten Seite der Rückschlägaraaturen 10, 11 wird dagegen durch die Rückschlagarmaturen abgesperrt. In jedem Fall ist vermieden, daß sich bei einem Bruch des kalten Stranges die normale Strömungsrichtung umkehrt und heißes Kühlwasser aus den heißen Strängen in den Reaktorkern zurückströmt.

Bei der in Fig. 3 gezeichneten Ausführungsform der Erfindung umschließt die Berstsicherung 14 gemeinsam mit dem Reaktordruckbehälter 1 zwei Rückschlagarmaturen 10, 11 unterschiedlicher Ausbildung. Die Rückschlagarmatur 10 umfaßt einen in einer Erweiterung 33 der Hauptkühlmittelleitung 5 angeordneten Verschlußstopfen 34, der an der Abstützung 35 mit einer definierten Kraft befestigt ist. Das andere Ende des Stopfens 34 ist an einer in der Leitung 5 gleitenden Abstützung 36 befestigt. Bei dieser Anordnung verschließt der Stopfen 34 den Querschnitt der Hauptkühlmitteileitung 5 dann,wenn bei einem Bruch am Stopfen 34 ein Druckgefälle entsteht, das die Kraft der Abstützung 35 überwindet. Der Stopfen 34 nimmt dann die gestrichelt gezeichnete Lage 34' ein.

Sollte die Rückschlagarmatur 10 versagen, wird durch das aus dem Reaktordruckbehälter 1 in die Hauptkühlmittelleitung 5 strömende Druckwasser mit Sicherheit die Rückschlagarmatur mitgerissen. Sie besitzt einen pilzförmigen Verschlußkörper 40 mit einer dem Rohrstutzen 6 zugekehrten Kappe 41 und einem Bolzen 42, der von einer Feder 43 mit einer vorgegebenen Kraft festgehalten wird. Die Feder 43 ist zu diesem Zweck in einem Topf 44 untergebracht, der in das Innere des Kernbehälters 45 hineinragt.

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Die Federkraft ist so eingestellt, daß das Verschlußglied bei der normalen, in Richtung der Pfeile 46 aus der Hauptkühlmi ttellßitung 5 in den Reaktordruckbehälter 1 führenden Strömung die gezeichnete Normal- oder Ruhelage einnimmt. Bei einem Differenzdruck, der durch das Brechen der Hauptkühlmittelleitung 5 und das Versagen des Stopfen 34 zustande kommt, wird das Verschlußglied 40 dagegen von. der umgekehrten Strömung mitgerissen und auf die Öffnung im Rohrstutzen 6 gepreßt. Die Kappe 41 nimmt also die gestrichelt gezeichnete Lage 41' ein. Hierdurch ist auch für den Fall, daß die Rückschlagarmatur 10 versagt, sichergestellt, daß im Reaktordruckbehälter 1 eine für die Notkühlung des Kerns ausreichende Flüssigkeitsmenge zurückgehalten wird. Sollte dagegen die Rohrleitung 5 zwischen der Erweiterung 33 und dem Reaktordruckbehälter 1 brechen, so verhindert die Berstsicherung 14 ein freies Abströmen des Kühlwassers aus dem Raum 30.

In Fig. 4 ist die Rückschlagarmatur 10, 11, die in der Erweiterung 33 der Hauptkühlmittelleitung 5 angeordnet ist, mit einem genuteten Schließkörper 34 versehen. Zu diesem Zweck sind in den Umfang des tropfenförmigen Schließkörpers 34 vier Nuten 50, 51, 52, 53 eingearbeitet. Die Nuten sind im Querschnitt schräg zur Achse des rotationssymmetrischen Schließkörpers 34 angeordnet und zwar so, daß die in Richtung des Pfeils 55 verlaufende Normalströmung praktisch nicht beeinträchtigt wird. Bei dieser Strömungsrichtung wird der Nutenquersehnitt ohne große Strömungsverluste durch Wirbel aufgefüllt, so daß die ursprüngliche glatte Tropfenform strömungstechnisch wirksam ist. In Gegenrichtung jedoch, d.h. bei der abzusperrenden Strömung in Richtung des Pfeils 56, wirken die Nuten wie Schirme und vergrößern die in Schließrichtung wirkende Druckkraft.

Wenn die Schließkraft in Richtung des Pfeils 56 die Haltekraft von Dehnschrauben 57 übersteigt, reißen die Dehnschrauben, und der Schließkörper 34 bewegt sich auf einer Tragwelle 58, bis die gepanzerte Kante 60 gegen den ebenfalls gepanzerten

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Sitz 61 im Gehäuse 33 läuft« Auf der Tragwelle ist ein Kolben 62 befestigt, in den auch die Dehnschrauben 57 eingeschraubt sind. Über diesen Kolben greift der als Zylinder wirkende Hohlraum 63 des Schließkörpers 34. Deshalb wird durch das über eine Bohrung 64 in den Zylinder 63 gelangende Kühlmittel als Dämpfungsflüssigkeit der letzte Teil der Schließbewegung sanft abgebremst.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der Rückschlagarmatur 10, 11 besitzt einen inneren Teil 66, der rotationssymmetrisch von eine® äußeren Teil 67 umgeben ist. Der innere Teil wirkt als Kolben für die abzusperrende Strömung in Richtung des Pfeils 56„ Diese Strömung, die durch große Bohrungen auf die Rückseite 70 des Teils 66 wirkt, überwindet die Kraft von federnden Rasten 72, die as Umfang des Schließkörpers verteilt sind, so daß sich der innere Teil 66 im Fall© der Strömungsumkehr schon bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten definiert in Bewegung setzt. Die Bewegung des Teils 66 hat wiederum zur Folge, daß das Druckgefälle am Schließkörper 34 verstärkt wird, so daß schließlich die Haltekraft eines Abreißrohres 74 überwunden wird, mit dem der Schließkörper 34 in der gezeichneten Lage festgelegt ist„ Der äußere Teil 67 des Schließkörpers folgt dann dem inneren nach und sperrt den Querschnitt der Hauptkühlmittelleitung vollständig»

14 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

(lyDruckwasserreaktor mit einem Reaktordruckbehälter, an dem eine Hauptkühlmittelleitung angeschlossen ist, die eine druckabhängig schließbare Rückschlagarmatur aufweist, dadurch gekennzeichnet,, daß die Hauptkühlmittelleitung (5) im Bereich der Rückschlagarmatur (10,11) mit einer Berstsicherung (14) umgeben ist, die einen bis zum Reaktordruckbehälter '(I) reichenden Raum (30) einschließt.

2. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstsicherung (14) die Hauptkühlmittelleitung (5) als Doppelrohr (15) umgibt.

3. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstsicherung (l4) an dem Reaktordruckbehälter (1) befestigt ist.

4. Druckwasserreaktor nach Anspruch l_s 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das dem Reaktordruckbehälter (1) abgekehrte Ende der Berstsicherung (14) an einem auf der Hauptkühlmittelleitung (5) sitzenden Flansch (25) befestigt ist. ;

5* Druckwasserreaktor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstsicherung (14) zwischen den beiden Befestigungsstellen (16, 25) zwei in Längsrichtung der Hauptkühlmittelleitung (5) ineinander gleitende Teile (15, 21) umfaßt.

6. Druckwasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstsicherung (14) zwei in Reihe liegende Rückschlagarmaturen (10, 11) einschließt.

7. Druckwasserreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Rückschlagarmaturen (10,11) im Inneren des ReaktordruckbehäTfcers (1) zum Verschluß der Hauptkühlmittelleitung angeordnet ist, die die andere

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Rückschlagarmatur (10) enthält.

8e Druckwasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Rückschlagaraatur (10,11) und Berstsicherung (14) dem zu einer Hauptkühlmittelpusape (8) führenden kalten Strang zugeordnet sind.

9c Druckwasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Berstsicherung (14) umgebene Rucks chlagamatur (1O₅Il) an ihrem Schließkörper (34) Nuten (50 bis 53) aufweist₉ die im Querschnitt der abzusperrenden Strömung entgegengerichtet sind.

10. Druckwasserreaktor nach Anspruch 9s dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nuten (50 bis 53) in Ströiiungsrichtung hintereinander angeordnet sind»

Ho Druckwasserreaktor nach ©in©m der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Berstsicherung (14) umgebene Rüekschlaganaatur (1O₉Il) einen zweiteiligen Schließkörper (34) aufweist und daß ein kleinerer Teil (66) des Schließkörpers (34) mit einer Bewegung in Schließrichtung die Schließbewegung des größeren Teils (67) einleitete

12. Druckwasserreaktor nach Anspruch H₉ dadurch gekennzeichnet j daß der kleiner© Teil (66) vom größeren Teil (67) konzentrisch umgeben ist.

13. Druckwasserreaktor nach Anspruch 11 ©der 12, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Teil (66) im größeren Teil (67) mit einer federnden Raste (72) befestigt ist.

14. Druckwasserreaktor nach ©inesa der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet» daß die von einer Berstsicherung

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(14) umgebene Rückschlagarmatur (10,11) einen die Bewegung des Schließkörpers (34) unter Verwendung des Reaktorkühlmittels bremsenden Kolben (62) aufweist.

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