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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ganz allgemein eine Vorrichtung und Verfahren,
um Schwingungen in einer Komponente eines Kernreaktors zu reduzieren.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Ein
Reaktordruckbehälter
(RPV = Reactor Pressure Vessel) eines Siedewasserreaktors (SWR) ist
gewöhnlich
im Wesentlichen zylindrisch gestaltet und kann, beispielsweise durch
einen unteren Kopf und einen abnehmbaren oberen Kopf an beiden Enden
geschlossen sein. Gewöhnlich
kann innerhalb des Reaktordruckbehälters oberhalb einer Kernplatte beabstandet
eine obere Führung
angeordnet sein. Typischerweise ist der Kern von einem Kernmantel umgeben,
der durch eine Mantelträgerkonstruktion getragen
sein kann.
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1 zeigt eine schematische,
geschnittene, teilweise aufgebrochene Teilansicht eines Reaktordruckbehälters (RPV) 20 für einen
Siedewasserreaktor. Der Reaktordruckbehälter weist eine im Wesentlichen
zylindrische Gestalt auf und kann an einem Ende durch eine unteren
Kopf und an seinem anderen Ende durch einen (nicht gezeigten) abnehmbaren
oberen Kopf geschlossen sein. Der Reaktordruckbehälter kann
mit einem (nicht gezeigten) Reaktorkühlfluid gefüllt sein. Eine (nicht gezeigte) obere
Führung
kann innerhalb des Reaktordruckbehälters oberhalb einer Kernplatte 22 angeordnet
sein. Ein Mantel 24 umgibt die Kernplatte 22 und
kann durch eine Mantelträgerkonstruktion 26 getragen sein.
Ein Fallrohrringspalt 28 kann zwischen dem Mantel 24 und
einer Seitenwand 30 des Reaktordruckbehälters ausgebildet sein.
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Eine
Ringspaltdüse 32 erstreckt
sich durch die Seitenwand 30 des Reaktordruckbehälters und kann
an eine Strahlpumpenvorrichtung 34 gekoppelt sein. Die
Strahlpumpenvorrichtung 34 kann eine thermische Muffe 36,
die sich durch die Düse 32 erstreckt,
einen unteren Krümmer
(in 1 lediglich teilweise
sichtbar) und ein Steigrohr 38 enthalten. Eine thermischen
Muffe 36 kann mit einem (nicht gezeigten) ersten Ende an
einem zweiten Ende des unteren Krümmers befestigt sein. Das erste
Ende der thermischen Muffe 36 kann an das zweite Ende des unteren
Krümmers
geschweißt
sein. Ein erstes Ende des unteren Krümmers ist in ähnlicher
Weise an dem einen Ende des Steigrohrs 38 beispielsweise
durch Schweißen
befestigt. Das Steigrohr 38 erstreckt sich im Wesentlichen
parallel zwischen dem Mantel 24 und der Seitenwand 30.
Eine Steigrohrstrebenanordnung 40 stabilisiert das Steigrohr 38 innerhalb
des Reaktordruckbehälters.
Die Steigrohrstrebenanordnung 40 kann basierend auf rostfreiem
Stahl des Typs 304 hergestellt sein, der nach gewissen
Perioden des Einsatzes möglicherweise für die Bildung von
Rissen an geschweißten
Verbindungen anfällig ist.
Die Steigrohrstrebenanordnung 40 kann zwischen dem Steigrohr 38 und
der Seitenwand 30 angeordnet sein.
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Siedewasserreaktoren
haben sich als ein zuverlässiger
Kernreaktortyp zum Erzeugen elektrischer Energie erwiesen. Allerdings
trat bei einigen Siedewasserreaktoren in vielfältigen Komponenten des SWR
Rissbildung auf. Ein zur Rissbildung von Komponenten in einem SWR
beitragender Faktor ist möglicherweise
die Ermüdung
aufgrund von Schwingungsbeanspruchung. Typischerweise kann ein SWR
mit einer einzigen Kernbrennstoffladung etwa ein bis zwei Jahre
betrieben werden. Nach Vollendung einer vorgegebenen (als Energiezyklus
oder Brennstoffzyklus bekannten) Periode kann etwa ¼ bis ½ des am
geringsten reaktiven (d. h. ältesten
oder am weitesten abgebrannten) Brennstoffs aus dem Reaktor entfernt
werden. Die Anzahl von Zyklen, die möglicherweise sehr groß ist, kann
von SWR zu SWR differieren, da die Zykluszeit möglicherweise von andere Faktoren,
z.B. von der Konstruktion, Betriebsbedingungen usw., beeinflusst
wird.
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Schwingungsbeanspruchungsermüdung kann
beispielsweise durch eine verhältnismäßig hohe
akustische Frequenz, z. B. eine Frequenz oberhalb von 100 Hz, und/oder
durch Schwingungen mit einer relativ niedrigen Frequenz von beispielsweise unterhalb
100 Hz verursacht werden. Es ist selbstverständlich, dass die Frequenz,
die als eine hohe und/oder eine niedrige akustische Frequenz einzuordnen
ist, abhängig
von der Anwendung variieren kann. Die Amplitude einer Schwingung
in einem SWR kann unmittelbaren Einfluss auf die Schwingungs beanspruchungsermüdung haben
und diese beschleunigen, was wiederum die Rissbildung einer Komponente
des SWR verursachen kann. Die Amplitude der auf eine SWR-Komponente
wirkenden Schwingung in dem SWR, kann direkt proportional zu der
Spannung in der Komponente sein. Eine große Schwingungsamplitude in
dem SWR kann zu einem hohen Spannungsniveau führen, das möglicherweise in der Lage ist,
die Rissbildung bei einer Komponente des SWR hervorzurufen.
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2 zeigt eine detaillierte
Ansicht einer herkömmlichen
Steigrohrstrebenanordnung. Die Steigrohrstrebenanordnung 40 bildet
in erster Linie über
das Steigrohr 38 ein seitliche Stütze für die Strahlpumpenvorrichtung 34 und
basiert auf einem Steigrohrstrebenblock 43 und zwei Steigrohrstrebenflügel, nämlich einem
oberen Steigrohrstrebenflügel 41 und
einem unteren Steigrohrstrebenflügel 42.
Die Flügel 41 und 42 sind
durch Schweißnähte an dem Steigrohrstrebenblock 43 befestigt,
und der Steigrohrstrebenblock 43 kann an eine Stützplatte 130 geschweißt sein,
die wiederum an dem Reaktordruckbehälter der Seitenwand 30 befestigt
sein kann. Am anderen Ende sind die Flügel 41 und 42 der
Steigrohrstrebenanordnung 40 mit einem Joch, beispielsweise
einer Strebenplatte 49 verbunden. Die Strebenplatte 49 wiederum
kann an dem Steigrohr 38 angeschweißt sein.
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Die
Steigrohrstrebenanordnung 40 kann konstruiert sein, um
auf ein Anfahren und Hochfahren des Reaktors zurückzuführende unterschiedliche Wärmeausdehnung
auszugleichen und die durch Strömung
induzierte Schwingung aufzunehmen, die dem (nicht gezeigten) Reaktorwasserumwälzsystem aufgrund
der Reaktorumumwälzpumpen
eigen sein kann. Dementsprechend existiert ein Problem im Zusammenhang
mit der Steigrohrstrebenanordnung 40, insofern als die
Eigenfrequenz der Steigrohrstrebenanordnung 40 bei irgendeiner
Pumpendrehzahl größer sein
könnte,
als die Schaufelübergangsfrequenz der
Umwälzpumpen.
Falls die Schaufelübergangsfrequenz
der Umwälzpumpen
gleich der Eigenfrequenz der Steigrohrstrebenanordnung 40 ist
oder diese überschreitet,
kann die Steigrohrstrebenanordnung 40 möglicherweise einer Resonanz
ausgesetzt sein, während
die Schwingungsamplitude ansteigt. Eine verhältnismäßig hohe Amplitude der Schwingungsfrequenz
in der Steigrohrstrebenanordnung 40 kann zu hohen Spannungsniveaus
an den Flügeln 41 und 42 und/oder
an den Schweißnähten zwischen den
Flügeln 41/42 und
dem Block 43 und/oder der Seitenwand 30 führen, wodurch
es möglicherweise zu
Rissbildung an einer oder mehreren Positionen in der Steigrohrstrebenanordnung 40 kommt.
Eine schwingende und/oder rissgeschädigte Steigrohrstrebenanordnung 40 könnte möglicherweise
bewirken, dass das Steigrohr 38 instabil wird, mit negativen
Folgen für
die Strahlpumpenvorrichtung 34.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die für eine operative
Anbindung an eine Komponente eines Kernreaktors eingerichtet ist,
um Schwingungen in der Komponente zu dämpfen. Die Vorrichtung kann
eine Federeinrichtung, eine an der Federeinrichtung angebrachte
Masse und ein Zähigkeitsdämpfungsmedium
enthalten.
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Die
Federeinrichtung, die Masse und das Zähigkeitsdämpfungsmedium können dazu
eingerichtet sein, Schwingungseffekte in der Komponente zu reduzieren.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern
von Schwingungen in einer Komponente eines Kernreaktors. Eine zum
Reduzieren von Schwingungseffekten in der Komponente konfigurierte
Vorrichtung kann an der Komponente angebracht werden. Aufgrund des
Hinzufügens
der Vorrichtung an die Komponente, können gedämpfte Eigenfrequenzen entstehen,
die oberhalb und unterhalb einer ursprünglichen Eigenfrequenz der
Komponente liegen.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die für eine operative
Anbindung an eine Komponente eines Kernreaktor konfiguriert ist,
um Schwingungen in der Komponente zu dämpfen. Zu der Vorrichtung können gehören: eine
erste Platte, die dazu dient, mit einer ersten Oberfläche der
Komponente einzugreifen, eine zweite Platte, die dazu dient, mit
einer zweiten Oberfläche
der Komponente einzugreifen, und eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung,
die mit der ersten Platte verbunden ist, um eine dämpfende
Wirkung einzubringen, um Schwingungen in der Komponente zu reduzieren.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der im folgenden vorgelegten
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
in denen ähnliche Elemente
mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen sind, leichter zu verstehen sein, wobei die
Beschreibung und Zeichnungen lediglich einer Veranschaulichung dienen
sollen und daher in keiner Weise die Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung beschränken
sollen.
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1 zeigt
eine schematische, geschnittene, teilweise aufgebrochene Teilansicht
eines herkömmlichen
Reaktordruckbehälters
eines Siedewasserreaktors.
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2 zeigt
eine detaillierte Ansicht einer herkömmlichen Steigrohrstrebenanordnung.
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3 zeigt
eine exemplarische isometrische Ansicht einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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4 zeigt
eine exemplarische Darstellung einer alternativen Anbindung einer
Klammervorrichtung innerhalb eines Reaktordruckbehälters (RPV) gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
einen Graph, der dazu dient, eine ursprüngliche Eigenfrequenz mit gedämpften Eigenfrequenzen
zu vergleichen, die durch die Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung eingeführt werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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3 zeigt
eine exemplarische isometrische Ansicht einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß eines
exemplarischen Ausführungsbeispiels der
Erfindung. 3 veranschaulicht eine im folgenden
mit "Vorrichtung 60" bezeichnete Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60,
die sich in verbindendem Eingriff mit einer Kernreaktorkomponente
befindet, die hier als eine Steigrohrstrebenanordnung 40 gezeigt
ist. Es ist selbstverständlich,
dass eine Steigrohrstrebenanordnung 40 lediglich exemplarisch
für eine
Komponente eines Kernreaktors steht; die Vorrichtung 60 kann
dazu eingerichtet sein, mit anderen Komponentenstrukturen innerhalb
des Reaktordruckbehälters
in Eingriff zu kommen.
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Im
Allgemeinen kann die Vorrichtung 60 für eine Reaktorkomponente angepasst
sein, um die Schwingungsamplitude in der Reaktorkomponente zu reduzieren.
Beispielsweise kann die Vorrichtung 60 an der Steigrohrstrebenanordnung 40 vorgesehen sein,
um die Schwingungsamplitude der Steigrohrstrebenanordnung 40 zu
reduzieren, wenn diese der harmonischen akustischen Anregung einer Übergangsfrequenz
einer Reaktorumwälzpumpenschaufel
ausgesetzt ist. Die Vorrichtung 60 kann die Schwingungsamplitude
in der Steigrohrstrebenanordnung über einen möglicherweise während des Reaktorbetriebs
zu erwartenden Bereich von Schaufelübergangsfrequenzen erheblich
reduzieren. Dies kann teilweise durch Einrichten eines sekundären Masse-Feder-Systems
erreicht werden, das wesentliche Eigenschaften einer auf die Steigrohrstrebenanordnung 40 wirkenden
Zähigkeitsdämpfung aufweist.
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Die
Vorrichtung 60 kann ferner zwei neue gedämpfte Eigenfrequenzen
einbringen, die oberhalb und unterhalb der ursprünglichen Eigenfrequenz von Schwingungen
der Reaktorkomponente (d. h. der ohne die Vorrichtung 60 vorhandenen
ursprünglichen Schwingung
der Reaktorkomponente) beabstandet eingerichtet sein können. Wie
weiter unten im Einzelnen erläutert,
kann ein strukturelles Ansprechen bei der ursprünglichen Eigenfrequenz, die
sich anfänglich
in Resonanz mit der Erregerfrequenz befand, bedeutend reduziert
werden. Dementsprechend kann die Vorrichtung 60 so konstruiert
sein, dass die strukturelle Antwort über eine gewünschte Frequenzbandbreite
hinweg unterhalb einer vorgegebenen Amplitude liegt. Die Vorrichtung 60 kann
daher einer Klasse von dämpfenden
Vorrichtungen zugeordnet werden, die als "abgestimmte Massen verwendende Dämpfungseinrichtungen" bekannt ist.
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Im
Allgemeinen kann die Vorrichtung 60 eine sekundäre Masse,
eine Feder und eine Zähigkeitsdämpfungseinrichtung
enthalten, die dazu verwendet werden können, die Schwingungscharakteristik
einer Reaktorkomponente, beispielsweise einer Steigrohrstrebenanordnung 40,
einzustellen oder zu beeinflussen. Beispielsweise kann eine sekundäre Masse
und eine Zähigkeitsdämpfungseinrichtung
(die in Form eines Fluid verwirklicht sein kann) in der Weise interagieren,
dass sie die Schwingungsamplitude der Steigrohrstrebenanordnung 40 während einer
harmonischen Anregung (d. h. während
des Reaktorbetriebs auftretender Schwingungsvorgänge, die auf Reaktorkomponenten
wie die Steigrohrstrebenanordnung 40 übertragen werden) reduzieren.
Wie sich weiter unten entnehmen lässt, kann die Vorrichtung 60 an
einer Reaktorkomponente, beispielsweise einer Steigrohrstrebenanordnung 40,
während
der Ausfallzeit einer Brennstofferneuerung angebracht und über die
Dauer der operativen Lebensdauer der Reaktoranlage an Ort und Stelle
verbleiben.
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In
einem Aspekt kann die Vorrichtung 60 dazu eingerichtet
sein, mit Komponenten in verbindenden Eingriff zu gelangen, die
normalerweise während
des Reaktorbetriebs in ein Reaktorkühlmittel eingetaucht sind.
Auf diese Weise kann die Vorrichtung 60 das Reaktorkühlmittel
innerhalb des Reaktordruckbehälters
als das zähflüssige Fluid
nutzen, das möglicherweise
eine dämpfende
Funktion durch Scherverformung bereitstellt. Die Vorrichtung 60 kann
dichtungslos sein, d. h. die Vorrichtung 60 benötigt keinerlei
Dichtungen zum Verhindern von Leckage, was die Konstruktion vereinfacht.
Die Vorrichtung 60 kann an eine Reaktorkomponente angebracht
und von dieser abgenommen werden, ohne dass eine bleibende Modifikation
an der Reaktorkomponente vorzunehmen ist.
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Die
Vorrichtung 60 kann nach Prinzipien bekannter Dämpfungstechnologien
abgestimmter Masse konstruiert sein. Zusätzlich zu der sekundären Masse
kann Reaktorkühlmittel
dafür.
eingesetzt werden, um eine Zähigkeitsdämpfung bereitzustellen, die
durch die Scherverformung des in der Vorrichtung 60 enthaltenen
Fluids erzeugt wird. Da die Vorrichtung 60 in dem Reaktorkühlmittel
eingetaucht ist und das Reaktorkühlmittel
als das zähflüssige Fluid
verwendet, sind Probleme des Entweichens von Fluid nicht mehr von
Belang. Dementsprechend lässt
sich die Konstruktion des Systems vereinfachen, indem Erwägungen im
Zusammenhang mit Dichtungen wegfallen, die dazu dienen sollen, einen
Transfer des dämpfenden
Fluids aus der Vorrichtung 60 heraus oder eine Übertragung
von Reaktorkühlmittel
in die Vorrichtung 60 hinein zu verhindern.
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Wie
weiter unten erläutert,
kann das Hinzufügen
des sekundären
Masse-Feder-Systems zu der Steigrohrstrebenanordnung 40 die
Schwingungscharakteristik der Steigrohrstrebenanordnung 40 verändern. Die
modifizierte Schwingungscharakteristik kann daher gegenüber der
Eigenfrequenz der Steigrohrstrebenanordnung 40 eine unterschiedliche Struktur
von Eigenfrequenzen aufweisen. Ein Konstrukteur kann dementsprechend
eine oder mehrere der Abmessungen von Masse, Feder und/oder Kapsel
modifizieren, um die Frequenzantwort einer mit der Vorrichtung 60 konfigurierten
Reaktorkomponente zu beeinflussen.
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Mit
Bezugnahme auf 3, kann die Vorrichtung 60 einen
Stützmechanismus
mit einer Deckelplatte 51 und einer Trägerplatte 52 enthalten.
Die Deckelplatte 51 und die Trägerplatte 52 können eine Reaktorkomponentenoberfläche, beispielsweise
den in 2 gezeigten oberen Steigrohrstrebenflügel 41, sandwichartig
zwischen sich aufnehmen. Die Deckelplatte 51 und die Trägerplatte 52 sind
durch eine Anzahl Klemmbolzenschrauben 53, die in die Grundplatte 52 eingeschraubt
sind, fest an eine Komponente geklemmt, beispielsweise eine Steigrohrstrebenflügel 41.
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Die
Deckelplatte 51 ist mit Bohrungen 54 ausgebildet,
um Klemmbolzenschrauben 53 aufzunehmen. Die Deckelplatte 51 ist
zusätzlich,
beispielsweise durch eine Bolzenschraube 62, an der Vorrichtung 60 befestigt.
Die dämpfende
Vorrichtung 60 ist auf einer Seite der Deckelplatte 51 angeordnet
gezeigt, die der Seite der Deckelplatte 51, die die Steigrohrstrebenanordnung 40 berührt, wenn
die Klammervorrichtung 50 an der Steigrohrstrebenanordnung 40 befestigt
ist, abgewandt ist. Allerdings ist dies lediglich eine exemplarische
Position des Eingriffs, da die Vorrichtung 60 auch an anderen
Positionen als der Steigrohrstrebenanordnung 40 und an anderen
Positionen entlang der Steigrohrstrebenanordnung 40 befestigt
sein kann.
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Die
Klemmbolzenschrauben 53 können an deren entfernt angeordneten
Ende mit einem Außengewinde
ausgebildet sein. Die Klemmbolzenschrauben 53 können in
der Trägerplatte 52 fest
angezogen werden, beispielsweise durch die Verwendung eines Werkzeugs,
das dazu dient, eine Sechskantinbusfassung 253 in Eingriff
zu nehmen, die beispielsweise in dem proximalen Ende jeder Klemmbolzenschraube 53 mittels
spanabhebender Bearbeitung ausgebildet sein kann. Die Trägerplatte 52 kann
mit Gewinde versehene Öffnungen 102 aufweisen,
die konstruiert sind, um die beiden Klemmbolzenschrauben 53 aufzunehmen.
Darüber
hinaus kann der Durchmesser der mit Gewinde versehenen Öffnungen 102 ausreichend
groß bemessen
sein, um während
des Zusammenbaus ein Anschrauben des entfernt angeordneten Endes
einer Klemmbolzenschraube 53 an die Trägerplatte 52 zu ermöglichen.
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Zu
der Vorrichtung 60 können
gehören:
eine äußere Abdeckung 310,
eine innere Abdeckung 320, ein (gelegentlich als sekundäre Masse
bezeichnetes) Dämpfungselement 69,
Federele mente 72, eine Fluidkapsel 340, die ein
zähflüssiges Fluid
(d. h. ein zähflüssiges Dämpfungsmittel
oder Zähigkeitsdämpfungsmedium)
enthält,
und zugeordnete mechanische Befestigungselemente und Haltevorrichtungen. Die äußere Abdeckung 310 kann
in Gestalt eines Bechers ausgebildet sein, der einen (aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht gezeigten) mit Gewinde versehenen Abschnitt auf einer inneren
Lippe der äußeren Abdeckung 310 aufweist,
der dazu dient, mit einem (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigten) mit
Gewinde versehenen Abschnitt der inneren Abdeckung 320 in
Eingriff zu kommen. Ein innerer zentraler Abschnitt der äußeren Abdeckung 310 kann
mit einer kreisförmigen
Nut 78 ausgebildet sein, um ein erstes Ende eines Passstift 74 und
wenigstens ein Ende einer der Federn 72 aufzunehmen.
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Die
innere Abdeckung 320 kann im Wesentlichen identisch zu
der äußeren Abdeckung 310 sein, mit
dem Unterschied, dass der Durchmesser der inneren Abdeckung 320 kleiner
bemessen ist, als derjenige der äußeren Abdeckung 310.
Darüber
hinaus kann die innere Abdeckung auf einer (aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht gezeigten) äußeren Lippe der
inneren Abdeckung 320 einen mit Gewinde versehenen Abschnitt
aufweisen. Ein innerer zentraler Abschnitt der inneren Abdeckung 320 kann
ferner mit einer kreisförmigen
Nut 79 ausgebildet sein, um ein zweite Ende des Passstifts 74 und
wenigstens ein Ende der Federn 72 aufzunehmen. Die Äußere Abdeckung 310 und
die innere Abdeckung 320 können mit einer beliebigen Gestalt
ausgebildet sein, vorausgesetzt sie passen ohne wesentliche Lücken ineinander.
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Eine
Reaktorkomponente (beispielsweise die mit der Klemmvorrichtung 50 ausgestattete
Steigrohrstrebenanordnung 40) kann in ein zähflüssiges Fluid,
beispielsweise in ein (auch als primäres Kühlfluid bekanntes) Reaktorkühlmittel
eingetaucht sein. Wie oben erörtert,
ist es nicht unbedingt erforderlich, die Verbindung zwischen der äußeren Abdeckung 310 und
der inneren Abdeckung 320 abzudichten, um das Reaktorkühlmittel
an einem Eintreten oder Austreten zu hindern.
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Das
(auch als eine sekundäre
Masse bezeichnete) Dämpfungselement 69 kann
eine scheibenförmige
Vorrichtung sein, die mit an beiden Seiten zentrisch angeordneten
kreisförmigen
Nuten 76 und einer Bohrung in Mitte des Dämpfungselements 69 ausgebildet
ist. Das Dämpfungselement 69 kann
so ausgebildet sein, dass, wie beispielsweise in 3 gezeigt,
zwischen dem oberhalb und unterhalb des Dämpfungselements befindlichen
Fluid 69 ein kleiner Spalt vorhanden ist. Eine Dämpfung kann
dadurch erzielt werden, dass sich das Fluid zwischen den oberhalb
und unterhalb des Dämpfungselements vorhandenen
Fluidregionen 69 bewegt.
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Die
Federn 72 können
als Schraubenfedern verwirklicht sein und/oder können eine Federkraft aufweisen,
die durch Freiträger
oder eine andere elastische Vorrichtung bereitgestellt wird, die
beispielsweise an Flächen
der äußeren Abdeckung 310 oder
der inneren Abdeckung 320 befestigt sind. Die Federn 72 können so
positioniert sein, dass das eine Ende jeder der Federn 72 in
den zu beiden Seiten des Dämpfungselements 69 ausgebildeten
kreisförmigen
Nuten 76 gesichert ist, wobei der Passstift 74 sich
durch jede der Federn 72 er streckt. Ein Ende einer der
Federn 72 sitzt in der kreisförmigen Nut 78 der äußeren Abdeckung 310.Ein
Ende der zweiten der Federn 72 sitzt in der kreisförmigen Nut 76 der
inneren Abdeckung 320. Der Passstift 74 passt
durch die Öffnung 77 des
Dämpfungselements 69 und
verläuft
durch die Federn 72, so dass das eine Ende des Passstifts 74 in
der kreisförmigen
Nut 78 der äußeren Abdeckung 310 sitzt,
und das andere Ende des Passstifts 74 in der kreisförmigen Nut 79 der
inneren Abdeckung 320 sitzt. Die Federn 72 können für unterschiedliche
Federkonstanten angepasst sein, was sich wiederum auf den Bereich
der Schwingungsfrequenzen auswirkt, die die mit der Vorrichtung 60 ausgestattete
Klemmvorrichtung 50 absorbieren kann.
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Das
zähflüssige Fluid
befindet sich innerhalb der Fluidkapsel 340, die beispielsweise
durch den Eingriff der äußeren Abdeckung 310 mit
der inneren Abdeckung 320 gebildet sein kann. Das zähflüssige Fluid
kann über
die Klemmvorrichtung 50 mit dem Dämpfungselement 69 zusammenwirken,
um das Bereitstellen einer dämpfenden
Funktion für
eine Reaktorkomponente, beispielsweise für eine Steigrohrstrebenanordnung 40,
zu unterstützen.
Das zähflüssige Fluid
in der Kapsel 340 und das Dämpfungselement 69 unterstützen ein
Absorbieren der durch den im Betrieb befindlichen Reaktor erzeugten
Schwingungen, während
diese über
den Reaktordruckbehälter
oder das Steigrohr 38 auf die Steigrohrstrebenanordnung 40 übertragen
werden. Das zähflüssige Fluid
kann sich während
eines Schwingungsvorgangs (bei dem eine auf die Steigrohrstrebenanordnung 40 übertragene
Erregerfrequenz erzeugt wird) verformen, um eine Dämpfung der
in dem Dämpfungselement 69 auftretenden Schwingungen
zu unterstützen.
Die äußere Abdeckung 310,
die innere Abdeckung 320, das Dämpfungselement 69,
die Federn 72 und der Passstift 74 weisen eine
natürliche Neigung
auf, in fluchtender Stellung zu verbleiben, und können daher
während
Reaktorbetriebsvorgängen,
die Schwingungen in Komponenten wie der Steigrohrstrebenanordnung 40 hervorrufen,
einwandfrei ihre passende Lage beibehalten.
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Das
Dämpfungselement 69 kann
zu beiden Seiten mit kreisförmigen
Nuten 76, die dazu dienen, Enden der Federn 72 aufzunehmen,
und mit einer kreisförmigen
Durchgangsbohrung 170 zum Aufnehmen des Passstifts 74 ausgebildet
sein. Die Abmessung des Dämpfungselement 69 kann
nach Bedarf modifiziert werden, um eine gewünschte Schwingungsfrequenzcharakteristik
für die
Reaktorkomponente, beispielsweise für die exemplarische Steigrohrstrebenanordnung 40,
auf der die Vorrichtung 60 angebracht ist, zu erreichen.
Die (zu beiden Seiten des Dämpfungselements 69 vorhandene)
Lagerung der Federn 72 in den kreisförmigen Nuten kann verhindern,
dass sich die Federn 72 in möglicherweise für die Steigrohrstrebenanordnung 40 typischen
strömungsinduzierten
Schwingungsverhältnissen
lockern. Der Passstift 74 kann zusätzlich dazu beitragen, dass
die Federn 72 und das Dämpfungselement 69 an
Ort und Stelle verbleiben.
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Dem
Dämpfungselement 69 kann
es erlaubt sein, in dem zähflüssigen Fluid
innerhalb der Kapsel 340 zu schwimmen, es kann jedoch an
einer Rotation gehindert sein, wobei es in der Weise mit der Feder 72 zusammenwirkt,
das ein relativer Abstand zwischen dem Dämpfungselement 69 und
der inneren Abde ckung 320/äußeren Abdeckung 310 kontrolliert ist.
Das Dämpfungselement 69 kann
durch den Passstift 84 in Position gehalten werden, der
seinerseits die überdimensionierte
Durchgangsbohrung 170 durchquert, um dem Dämpfungselement 69 ein Schwimmen
zu ermöglichen,
jedoch nicht, um an eine Feder 72 gebunden zu sein.
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Dementsprechend
lässt sich
eine erhebliche Verringerung der dynamischen Belastungen erzielen, indem
der Konstruktion einer Reaktorkomponente, beispielsweise der in 3 gezeigten
Steigrohrstrebenanordnung 40, die Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60 hinzugefügt wird.
Die Zähigkeitsdämpfungsfunktion
kann durch die Geometrie der Vorrichtung 60 und die Scherverformung
des in der Fluidkapsel 340 der Vorrichtung 60 enthaltenen
Fluids bereitgestellt sein. Da es möglich ist, die Zähigkeitsdämpfungsfunktion
durch das Reaktorkühlmittel selbst
bereitzustellen, ist eine Leckage aus der Vorrichtung 60 für den Reaktorbetrieb
unschädlich.
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4 zeigt
eine exemplarische Darstellung einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt
eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Steigrohrstrebenanordnung 40,
um die zwischen den Flügeln 41 und 42 der
Steigrohrstrebenanordnung 40 installierte Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60 zu
veranschaulichen. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
sind in 4 lediglich gewisse Komponenten
der Vorrichtung 60 gezeigt. Eine Oberseite der äußeren Abdeckung 310 kann
gegen eine Unterseite des oberen Steigrohrstrebenflügel 41 drücken, um
dadurch die Dämpfungvorrichtung 60 zwischen den
Steig rohrstrebenflügel 41 und 42 sandwichartig aufzunehmen.
Die Vorrichtung 60 kann einstellbar sein und kann so installiert
sein, dass das Dämpfungselement 69,
die Fluidkapsel 340 und die Federn 72 zwischen
den Steigrohrstrebenflügeln 41 und 42 befestigt
sind und auf diese Weise den Raum zwischen den Flügeln 41 und 42,
wie in 4 gezeigt, ausfüllen.
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5 zeigt
einen Graph, der dazu dient, eine ursprüngliche Eigenfrequenz mit gedämpften Eigenfrequenzen
zu vergleichen, die durch die Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung eingeführt sind.
Der Graph zeigt eine als Funktion der Vergrößerung der Frequenzantwort
wiedergegebene dimensionslose Frequenz, die die Schwingungsfrequenzantwort
eines Kernreaktors mit bzw. ohne die Einbeziehung einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60 repräsentiert.
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Wie
in 5 gezeigt, weist die (durch eine durchgezogene
Linie dargestellte) ursprüngliche
Eigenfrequenz 500 einen Scheitelpunkt auf, der den oberen
Rand der skalierten x-Achse
bei einer durch "1" auf der y-Achse
dargestellten Frequenz erreicht. Im Gegensatz dazu können die
Scheitelpunkte der (durch punktierte Linien dargestellten) beiden
gedämpften
Eigenfrequenzen 510 und 520, die durch ein Verwenden
der Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60 in
eine Reaktorkomponente eingeführt
werden, bei Frequenzen auftreten, die sowohl oberhalb als auch unterhalb
der ursprünglichen
Eigenfrequenz der Schwingung der Komponente (nämlich der Steigrohrstrebenanordnung 40)
liegen, und darüber
hinaus mit im Vergleich zu der Amplitude der ursprünglichen
Eigenfrequenz 500 reduzierten Amplituden. Folglich wurde
die Amplitude der ursprünglichen Eigenfrequenz 500 durch
Hinzufügen
der abgestimmte Masse verwendenden Dämpfungseinrichtung (d. h. der
Vorrichtung 60) reduziert, und die beiden neuen, gedämpften Eigenfrequenzen 510 und 520 weisen Amplituden
auf, die kleiner sind als die ursprüngliche Eigenfrequenz 500,
so dass die maximale Amplitude der Frequenzantwort für eine Komponente,
auf der die Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60 angebracht
ist, reduziert ist.
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Die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
einige Vorteile vorweisen. Die Vorrichtung 60 kann die
Schwingungsamplitude einer mit der Vorrichtung 60 verbundenen
Reaktorkomponente reduzieren. Die Vorrichtung 60 kann das
Reaktorkühlmittel
als ein Zähigkeitsdämpfungsmedium nutzen
und kann während
der Ausfallzeit einer Wiederbeladung installiert werden, um für den Rest
der Lebensdauer des Reaktors eingebaut zu bleiben. Da die Vorrichtung 60 in
das Reaktorkühlmittel
eingetaucht ist, erübrigen
sich Probleme im Zusammenhang mit Leckage. Darüber hinaus wird die Reaktorkühlwasserchemie
durch die Vorrichtung 60 nicht beeinträchtigt.
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Weiter
kann die Vorrichtung 60 aus Materialien wie rostfreiem
Stahl und/oder aus rostfreien Stahllegierungen hergestellt werden,
die für
eine Reaktorumgebung geeignet sind. Beispielsweise erfährt rostfreier
Stahl, der der Umgebung eines im Betrieb befindlichen Reaktors ausgesetzt
ist, keinen wesentlichen Zerfall und beeinflusst die Reaktorwasserchemie
nicht. Dementsprechend kann ein die Vorrichtung 60 verwendender
Reaktor mit Kernströmungen betrieben
werden, die andernfalls in einem nicht modifizierten Zustand einen
Ausfall von Reaktorkomponenten durch Ermüdung verursachen könnten (d. h. von
Reaktorkomponenten, die die Vorrichtung 60 nicht verwenden
oder nicht mit dieser konfiguriert sind).
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Nachdem
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung in dieser Weise beschrieben wurden, ist
es offensichtlich, dass sich dieselben in vielerlei Weise variieren
lassen. Derartige Abwandlungen sind nicht als Abweichung von dem
Gegenstand der Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zu bewerten, und sämtliche derartige dem Fachmann
naheliegenden Modifikationen sollen von dem Schutzbereich der nachfolgenden
Patentansprüche
abgedeckt sein.
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Eine
Schwingungsdämpfungsvorrichtung 60 und
ein Verfahren zum Reduzieren von Schwingungen in einer Reaktorkomponente 40 sind
beschrieben, die in der Lage sind, die Schwingungsamplitude in der
Reaktorkomponente zu reduzieren. Die Vorrichtung kann auf der Reaktorkomponente
bereitgestellt werden, um die Schwingungsamplitude der Komponente
zu reduzieren, während
die Komponente und die Vorrichtung einer harmonischen Anregung unterworfen
sind, die im Allgemeinen während
des Reaktorbetriebs auftreten kann.