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Die Erfindung betrifft eine Hauptkühlmittelpumpe, insbesondere für Druckwasser-Atomkraftwerke, mit einer Sicherheitseinrichtung die ein Überdrehen der Pumpe bei Bruch einer Pumpensaug- bzw. Druckleitung verhindert, wobei die Pumpe mit einem Bypass versehen ist, der über die Saugseite des Läufers hinweg in den Druckraum reicht.
Diese Sicherheitseinrichtung dient dazu, die rotierenden Pumpenteile, wie Läufer mit den Laufschaufeln vor Überbeanspruchung durch Fliehkraft zu schützen und somit die gesamte Pumpe vor Beschädigung zu bewahren, falls in den Zuführungs- bzw. Ablaufleitungen Schäden eingetreten sind.
Die Hauptkühlmittelpumpen bestehen in der Regel aus einem Axiallaufrad und Leitapparat und werden über einen Elektromotor angetrieben. Dieser Motor weist meist ein Schwungrad auf, das aber bei starker überdrehzahl den Fliehkräften nicht standhalten kann. Ein Ausfall einer Hauptkühlmittelpumpe würde die gesamte Reaktoranlage ausser Betrieb setzen.
Man hat deshalb versucht, eine Sicherheitseinrichtung anzuordnen, um dem Überdrehen der rotierenden Teile von Pumpe und Motor wirksam zu begegnen. Es ist eine Einrichtung bekannt, die im Prinzip nach einer Fliehkraftkupplung arbeitet. Hier wird beim überschreiten der Nenndrehzahl der Motor von der kraftschlüssigen Pumpenwelle getrennt, so dass ein Überdrehen vermieden wird.
Es wäre denkbar, eine druckabhängige Drehzahlregelung einzubauen, die dahingehend anspricht, sobald ein Druckgefälle eintritt, dass auch der Motor abgeschaltet wird.
Auch ist bekannt bei Hochdruckkreiselpumpen, wie Kesselspeisepumpen, ein Freilaufrückschlagventil in die Druckleitung einzubauen, wobei über einem Nebenauslass zum Abführen der Mindestwassermenge ein verstellbares Drosselorgan angeordnet ist, das den Durchflussquerschnitt verändert. Hiezu wird ein Servomotor zur Verstellung des Drosselorgans verwendet, der in Wirkverbindung mit der Mindestwassermenge bzw. mit der vorletzten Pumpenstufe steht. Ausserdem ist dem Drosselorgan ein Absperrorgan nachgeschaltet, das ebenfalls auf Druckänderungen in den Leitungen anspricht und somit als Sicherheitseinrichtung dient.
Ferner ist bekannt das Freilaufrückschlagventil im Nebenauslass anzuordnen, das in Abhängigkeit von der Durchflussmenge gesteuert wird. Dabei ist der Nebenauslass so bemessen, dass er im voll geöffneten Zustand des Freilaufrückschlagventils sowohl eine gewisse Freilaufmenge, als auch eine grössere Umlaufmenge zur Druckabsenkung durchlässt. Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil gemeinsam, dass sie sehr träge arbeiten, d. h. erst nach einer gewissen Auslaufzeit wirksam werden. Diese Zeit genügt, um die gesamte Pumpe zu zerstören.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, an Hauptkühlmittelpumpen, insbesondere für Druckwasser-Atomkraftwerke, eine Sicherheitseinrichtung zu schaffen, die ein überdrehen der Pumpe bei Bruch einer Pumpensaug- bzw. Druckleitung wirksam begegnet, wobei die Pumpe mit einem Bypass versehen ist, der über die Saugseite des Läufers hinweg in den Druckraum reicht. Ausserdem soll die Sicherheitseinrichtung trägheitsfrei und ohne Regeleinrichtungen arbeiten, so dass bei auftretenden Schäden deren Wirksamkeit sofort eintritt.
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Berstscheiben angeordnet sind, die bei Änderung der Widerstandszahl den Bypass freigeben.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass bei Bruch der Zu- bzw. Abführungsleitung und damit eintretenden Druckunterschied gegenüber dem Betriebsdruck die Sicherheitseinrichtung ohne Kontroll- und Meldeleitungen sofort in Aktion tritt.
An Hand eines Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Hauptkühlmittelpumpe mit einer Sicherheitseinrichtung.
In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch eine Hauptkühlmittelpumpe dargestellt, wie sie bei Atomkraftwerken zwischen Dampferzeuger und Reaktor zwischengeschaltet ist. Das Pumpengehäuse --1-- enthält die Wellenverkleidung--2--und die Laufradnabe--3--. Daran schliesst der Leitapparat mit den
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--3-- sind--5-- sitzt noch ein Strömungsgleichrichter--8--. An der Innenseite des Gehäuses--l--ist in Weiterführung der Abströmkanal --9-- angeordnet. Zwischen dem Gehäuse--l--und dem Laufradmantel --6-- befindet sich eine Bypass-Leitung--10--als Ringkanal.
Diese führt auf der Oberseite des Laufradmantels --6-- über den Leit-und Laufschaufeln--4, 5--hinweg in den Bereich der Saugleitung
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Strömungsgleichrichters--8--einerseits, bzw. vor den Laufschaufeln--5--anderseits, sind Öffnungen vorgesehen, in denen Berstscheiben--11--angeordnet sind. Diese Berstscheiben--11--weisen einen runden Querschnitt auf und sind im Laufradmantel --6-- so eingeführt, dass der Saugkanal keine Querschnittsveränderung erfährt, wobei sie im Laufradmantel --6-- rotationssymmetrisch gruppiert befestigt sind.
Ferner weisen diese an ihrem äusseren Ende einen Anschlag--12--auf, der nur ein einseitiges öffnen der Berstscheiben --11-- zulässt. Der Durchmesser der Berstscheiben entspricht etwa in der Gesamtheit der Fläche des Ringquerschnittes der Bypass-Leitung.
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Beim Reissen einer Saug- bzw. Druckleitung würde die Pumpe eine höhere überdrehzahl erreichen und somit unweigerlich zu Bruch gehen. Um dies zu vermeiden, sind die Berstscheiben--11--angeordnet, welche beim Reissen dieser Leitungen aufplatzen und einen Bypass zu Lauf-und Leitrad freigeben. Da die Widerstandszahl von Lauf-und Leitrad verhältnismässig gross ist, wird der grössere Teil des ausströmenden Dampf-Wassergemisches durch den Bypass strömen. Dadurch wird die Energieabgabe an den Pumpenläufer wesentlich verringert und die überdrehzahl klein gehalten. Weiters sei auf einen besonderen Effekt hingewiesen, woraus resultiert, dass durch die Freigabe des Bypasses in der Hauptkühlmittelpumpe deren resultierender Widerstand absinkt.
Die Folge davon ist, dass von dem gesamten abzubauenden Systemdruck, in der Regel etwa 160 at, grössere Anteile im Dampferzeuger und in der Pumpensaugleitung vernichtet werden. Die Druckdifferenz in der Hauptkühlmittelpumpe wird kleiner und aus diesem Grunde bleibt die überdrehzahl der Hauptkühlmittelpumpe noch niedriger.
Die Berstscheiben--11--werden vorteilhaft so ausgelegt, dass sie beim Reissen der Pumpendruckleitung bei einer Druckdifferenz von zirka 5 at öffnen, während sie bei Bruch der Pumpensaugleitung bei einer Druckdifferenz von 15 bis 20 at in Aktion treten.
Diese Einrichtung weist den Vorteil auf, dass keine verzögernden übertragungsleitungen vorhanden sind.
Bei einer defekten Leitung wird die Sicherheitseinrichtung sofort wirksam. Ferner ist sichergestellt, dass nur die Berstscheiben öffnen und dabei die gesamte Anlage vor weiterer Beschädigung gewahrt bleibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hauptkühlmittelpumpe, insbesondere für Druckwasser-Atomkraftwerke, mit einer Sicherheitseinrichtung, die ein überdrehen der Pumpe bei Bruch einer Pumpensaug-bzw. Druckleitung verhindert, wobei die Pumpe mit einem Bypass versehen ist, der über die Saugseite des Läufers hinweg in den Druckraum reicht,
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