DE1083944B - Vorrichtung zum Einbringen eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe in einen Stroemungsmittelkreislauf, insbesondere fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die !Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbringen eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe in einen Strömungsmittelkreislauf, der sich in einem Behälter befindet, insbesondere für Kernreaktoren.

In Reaktoren, bei welchen der Kernbrennstoff aus einer Lösung oder einer Aufschlämmung aus Spaltmaterial, z. B. Uran oder Plutonium, besteht, welches sich in einem flüssigen, vorteilhafterweise metallischen Kühlmittel, wie Wismut, befindet, wird diese Lösung oder Aufschlämmung im hohen Ausmaße radioaktiv.

Um die Gefahr einer Verseuchung beim Leckaustreten der Lösung aus dem Reaktorkernbehälter oder den zugeordneten Pumpen, Wärmeaustauschern, Rohrleitungen usw. herabzusetzen, sehen verschiedene Konstruktionsplanungen das Einschließen aller dieser Bauteile bzw. Bauteilgruppen innerhalb eines abgedichteten Stahlbehälters vor. Dieser Behälter selbst ist dann wieder innerhalb einer biologischen Betonabschirmung untergebracht.

Durch das Unterbringen aller Bauteilgruppen innerhalb des Stahlbehälters wird ihre Instandhaltung bzw. Wiederinstandsetzung äußerst schwierig, besonders wenn sie im Laufe der Zeit stark radioaktiv werden. Es können zwar Fernsteuergeräte verwendet werden; derartige Geräte können jedoch nur mit großem Aufwand an Zeit und Mühe gehandhabt werden. Ein besonderes Problem tritt auf, wenn Bauteile wieder instandgesetzt oder erneuert bzw. ausgewechselt werden sollen, die einen Teil des flüssigen Metallkreislaufs bilden und deren Ausbau bzw. Entfernen das Unterbrechen des Kreislaufs erforderlich macht. Beispiele derartiger Bauteilgruppen sind elektromagnetische Pumpen, welche dazu verwendet werden, das flüssige Metall durch den Reaktorkern und die Wärmeaustauscher hindurch in Umlauf zu bringen und zu halten.

Diese Pumpen bedürfen eher einer Wiederinstandsetzung als der übrige Teil des Kreislaufsystems, und zwar wegen der relativ großen Zerbrechlichkeit bzw. Empfindlichkeit der Stutzen, Bälge usw., welche ihr Aufbau aufweist. DieseBauteile werden üblicherweise in den flüssigen Metallkreislauf mit Hilfe von Rohrleitungen und geschweißter, geflanschter oder sonstwie hergestellter Verbindungen eingeschaltet. Um einen Bauteil entfernen zu können, müssen die Verbindungen an jeder Seite des Bauteils unterbrochen werden. Dieser Vorgang ist außerordentlich schwierig, wenn die Verbindungsstellen stark radioaktiv sind und sich innerhalb des Behälters befinden.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, in dem abgedichteten Stahlbehälter den Ein- und Ausbau der Bauteile bzw. Bauteilgruppen zu ermöglichen, ohne eine Rohrverbindung im Strömungsmittelkreislauf

Vorrichtung zum Einbringen eines Bauteils

oder einer Bauteilgruppe

in einen Strömungsmittelkreislauf,

insbesondere für Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom

Atomic Energy Authority,

London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 5. Juni 1957

Samuel Brittan Hosegood, Brian Edward Puffett
und Joseph Henry Swain, London,
sind als Erfinder genannt worden

herstellen oder unterbrechen zu müssen. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht nur auf mit flüssigem Metall arbeitende Strömungsmittelkreislaufe, wie Reaktor-Kühlmittelkreisläufe, sondern sie kann auch beispielsweise bei chemischen Arbeitsvorgängen zur Anwendung kommen.

Erfindungsgemäß wird' dies bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch erreicht, daß sich in das Innere des Behälters ein einen Teil der Behälterwandung bildender Hohlkörper erstreckt, welcher Ein- und Auslaßrohröffnungen aufweist, die in den Behälter hineinführen, und in welchem ein Einsatzbehälter sitzt, welcher Ein- und Auslaßöffnungen für die Verbindung mit der darin befindlichen Bauteilgruppe, beispielsweise einer Pumpenanlage, aufweist, und daß eine mindestens eine Teildichtung bewirkende Abdichtung zwischen Einsatzbehälter und Hohlkörper, welche zwischen den Ein- und Auslaß-

so öffnungen sitzt, sowie eine zweite Abdichtung zwischen Einsatzbehälter und Hohlkörper, welche zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen einerseits und der Außenwand des Behälters andererseits sitzt, vorgesehen sind.

009 547/334

Eine der Ein- oder Auslaßöffnungen kann sich in einer Innenendfläche des Einsatzbehälters befinden, wobei diese Öffnung mit einer kurzen Rohrleitung versehen ist, welche dazu vorgesehen ist, in eine entsprechende Rohrleitungsöffnung im Hohlkörper einzutreten, um mit diesem eine Teildichtung zu bilden.

Die zweite Dichtung kann eine Druckdichtung sein, und sie kann durch eine dritte Dichtung unterstützt werden, welche sich am Außenende des Einsatzbehälters befindet.

Der Behälter kann in einer dickwandigen Abschirmung untergebracht sein, wobei sich die Wände des Hohlkörpers durch die dicke Abschirmungswand hindurch erstrecken, die zweite Dichtung kann auf der Innenseite der Abschirmung und die dritte Abdichtung auf der Außenseite der Abschirmung hergestellt sein, und der Abschnitt des Einsatzbehälters innerhalb der Abschirmung, welcher zum Zwecke der Aufnahme des Bauteils oder der Bauteilgruppe vorgesehen ist, kann durch eine Innenplatte abgedichtet bzw. verschlossen sein, wobei der Zwischenraum zwischen der Platte und dem Außenende des Einsatzbehälters Abschirmungsmaterial enthält.

Der Strömungsmittelkreislauf kann der Kühlmittelkreislauf eines Kernreaktors sein.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines z. B. mit flüssigem Metall arbeitenden Reaktor-Strömungsmittelkreislaufs, welcher beispielsweise das Prinzip der Erfindung veranschaulicht, während

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Einbauanordnung gemäß der Erfindung, welche bei der elektromagnetischen Pumpe des Strömungsmittelkreislaufs gemäß Fig. 1 verwendet wird.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, bei welcher sich ein Stahlreaktorbehälter 1 innerhalb einer biologischen Betonabschirmung 2 befindet. Innerhalb des Behälters 1 befinden sich ein Reaktorkernbehälter 3, ein Wärmeaustauscher 4 und eine elektromagnetische Pumpe 5. Diese drei Bauteile bzw. Bauteilgruppen stehen mit Hilfe von Rohrleitungen 6,7,8 miteinander in Verbindung. Die Strömungsrichtung des Strömungsmittelkreislaufs, z. B. des zirkulierenden flüssigen Metalls, welches ein Uran-Wismut-Schlamm oder eine Lösung dieser Bestandteile sein kann, ist durch Pfeile angedeutet.

In der oberen Wand des Behälters 1 ist ein zylindrischer Hohlkörper 9 eingelassen, welcher die Rohrleitungsöffnungen 10 und 11 aufweist, die jeweils mit den Rohrleitungen 7 und 8 in Verbindung stehen. Innerhalb des Hohlkörpers 9 befindet sich ein Einsatzbehälter 12_, welcher die elektromagnetische Pumpe 5 umgibt, deren Einlaß- und Auslaßrohrstutzen jeweils an die Öffnungen 13 und 14 in der Wand des Einsatzbehälters angeschlossen sind. Zwischen dem Einsatzbehälter und dem Hohlkörper ist oberhalb der Höhe der Öffnung 14 eine Druckdichtung 15 vorgesehen. Der obere Teil des Einsatzbehälters 12 wird durch eine Platte 22 abgedichtet, während der Raum zwischen dieser Platte und dem Außenende 17 des Einsatzbehälters 12 teilweise mit Abschirmungsmaterial 16 ausgefüllt ist. Der Einsatzbehälter ist mit Hilfe einer mit Flanschen versehenen Platte 17, die sich an seinem Außenende befindet, an der Außenseite der Abschirmung 2 befestigt. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die Öffnungen 13 und 14 jeweils gegenüber den Rohrleitungsöffnungen 10 und 11 liegen, der flüssige Metallkreislauf über die Pumpe geschlossen ist. Die Pumpe hat ebenfalls das Bestreben, Metall zwischen die Auslaß- und Einlaßöffnungen im ringförmigen Raum zwischen dem Hohlkörper und dem Einsatzbehälter zu pumpen. Die Menge des so gepumpten Metalls kann jedoch, vorausgesetzt, daß der Einsatzbehälter mit genügend engem Paß sitz im Hohlkörper sitzt oder daß eine einfache Teildichtung 32 im Kreisring zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen vorgesehen ist, im Vergleich zu derjenigen Menge, welche durch den

ίο Kern und den Wärmeaustauscher hindurch zirkuliert, klein gehalten werden. Wenn die Pumpe ausfällt, wird zunächst das flüssige Metall aus der Anlage abgelassen. Sodann kann der Einsatzbehälter mit der Pumpe aus dem Hohlkörper herausgezogen werden, ohne daß irgendeine Rohrleitungsverbindung im Kreislauf des flüssigen Metalls unterbrochen wird.

Es sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen, in welcher der Hohlkörper 9 und der Einsatzbehälter 12 eingehender dargestellt sind. Wie ersichtlich, besteht die Pumpe 5 aus einem Magneten und der Elektrodenbauteilgruppe 18, aus einem Stutzen 19 und den Bält, gen 20. Der vollständige Pumpenaufbau ist auf einem Befestigungsring 21 befestigt, welcher an der Wand des Einsatzbehälters festgeschweißt ist. Elektrische Adern 23 führen von der Pumpe her durch die Platte 22 und das Abschirmungsmaterial 16 hindurch, wobei sie einem versetzten Weg durch letzteres hindurch folgen, um die Abschirmwirkung aufrechtzuerhalten.

Um die Strömung des flüssigen Metalls im ringförmigen Raum zwischen dem Hohlkörper und dem Einsatzbehälter zu verringern und den Einsatzbehälter im Hohlkörper zu halten, befindet sich die Einlaßöffnung 13 am Ende eines kurzen Rohrleitungsabschnittes 24, welcher sich von der Endfläche des Einsatzbehälters mit kurzem Abstand in die Rohrleitung 7 hinein erstreckt, in welcher er sich mit Gleitsitz befindet und dadurch eine Teildichtung bildet.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei anderen Ausführungsbeispielen der Einsatzbehälter nicht mit dichtem Paßsitz im Hohlkörper ruht und somit die Auslaßöffnung und die Rohrleitungsöffnung nicht, wie dies im vorliegenden Beispiel dargestellt ist, gegenüberliegen müssen. Ebenfalls kann die Strömungsrichtung umgekehrt werden.

Da ein Reaktor dieser Bauart normalerweise dazu bestimmt ist, mit einem Schutzmantel aus reaktionsträgem Gas oberhalb des Kühlmittels zu arbeiten, ist die zweite Dichtung 15 eine Gasdichtung, wobei der Flüssigkeitsspiegel des flüssigen Metalls normalerweise durch den Druck des Gases, welches im Kreisring unterhalb der Dichtung eingeschlossen ist, zwischen dieser Dichtung und der Auslaßöffnung 14 gehalten wird.

Der Oberteil des Einsatzbehälters führt durch ein zylindrisches Stahlrohr 29, welches jeweils an oberen und unteren Stahlplatten 28 und 30 festgeschweißt ist, zwischen denen die Betonabschirmung 2 liegt. Das untere Ende des Rohres 29 ist über einen biegsamen

6u Balgabschnitt 31 an der Wand 1 des Behälters festgeschweißt und bildet den Oberteil des Hohlkörpers 9. Aus Sicherheitsgründen wird die Dichtung 15 durch eine dritte Dichtung verstärkt, welche durch Schweißnähte gebildet wird, die zwischen einem Balgabschnitt 26, dem Flansch 17 und einem Ring 27 ausgeführt sind, der an der Platte 28 festgeschweißt ist. Wenn gewünscht wird, den Einsatzbehälter auszubauen, wird jede der beiden Schweißdichtungen unterbrochen, und wenn der Einsatzbehälter wieder an seinen Platz zurückgebracht wird, werden die

Schweißnähte erneut hergestellt. Der ringförmige Raum zwischen den beiden Dichtungen wird ständig auf Radioaktivität hin überwacht, und zwar durch Abziehen von Gas durch ein Probeentnahmerohr (nicht dargestellt).

Die biegsamen Abschnitte 31 und 26 sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wärmeausdehnungen zuzulassen. Aus dem gleichen Grunde sind die Muttern 33, welche den Flansch 17 befestigen, mit Federunterlagsscheiben (nicht dargestellt) versehen.

Wenn die Anlage zeitlich vor dem Entfernen bzw. Ausbauen des Einsatzbehälters entleert wird, muß das flüssige Metall aus dem ringförmigen Raum entleert werden, welches dort infolge des dichten Paßsitzes zwischen den Rohrleitungen 24 und 7 verbleibt. Dies J wird durch Bohren eines kleinen Loches (nicht dargestellt) durch die Wand der Rohrleitung 24 hindurch erreicht, durch welches das flüssige Metall im ringförmigen Raum in die Rohrleitung 7 abläuft. Dieses Loch hat eine solche Größe, daß die Menge des flüssigen Metalls, welches mit Hilfe der Pumpe durch das Loch hindurch zur Zirkulation oder zum Umlauf gebracht wird, als vernachlässigbar klein angesehen werden kann.

Es ist offensichtlich, daß sich die Anordnung gemäß der Erfindung nicht nur für den Einbau elektromagnetischer Pumpen eignet, sondern auch andere in einem Strömungsmittelkreislauf liegende Bauteile, beispielsweise Wärmeaustauscher, chemische 'Verfahrenseinheiten usw., aufnehmen kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einbringen eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe in einen Strömungsmittelkreislauf, der sich in einem Behälter befindet, insbesondere für Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß sich in das Innere des Behälters (1) ein einen Teil der Behälterwandung bildender Hohlkörper (9) erstreckt, welcher Ein- und Auslaßrohröffnungen (10,11) aufweist, die in den Behälter (1) hineinführen, und in welchem ein Einsatzbehälter (12) sitzt, welcher Ein- und Auslaßöffnungen (13,14) für die Verbindung mit der darin befindlichen Bauteilgruppe, beispielsweise einer Pumpenanlage (5), aufweist, und daß eine mindestens eine Teildichtung bewirkende Abdichtung (32) zwischen Einsatzbehälter (12) und Hohlkörper (9), welche zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen (10,11,13,14) sitzt, sowie eine zweite Abdichtung (15) zwischen Einsatzbehälter und Hohlkörper, welche zwischen den öffnungen (10, 11) und den Öffnungen (13,14) einerseits und der Außenwand des Behälters (1) andererseits sitzt, vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest eine (13) der Ein- oder Auslaßöffnungen (13,14) in einer Innenendfläche des Einsatzbehälters (12) befindet, wobei die Öffnung (13) mit einer kurzen Rohrleitung (24) versehen ist, welche dazu vorgesehen ist, in eine entsprechende Rohrleitungsöffnung (10) im Hohlkörper (9) einzutreten und mit diesem die Teildichtung zu bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtung (15) eine Druckdichtung ist und durch eine dritte Dichtung (26,17, 27) unterstützt wird, welche sich am Außenende (17) des Einsatzbehälters (12) befindet.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) verschlossen in einer dickwandigen Abschirmung (2) liegt und daß sich die Wände des Hohlkörpers (9) durch die dicke Abschirmungswand (2) hindurch erstrecken, die zweite Abdichtung (15) auf der Innenseite der Abschirmung (2) und die dritte Abdichtung (26, 17, 27) auf der Außenseite der Abschirmung (2) hergestellt sind und der Abschnitt des Einsatzbehälters (12), welcher sich auf der Innenseite der Abschirmung (2) zum Zwecke der Aufnahme des Bauteils oder der Bauteilgruppe (18,19, 20) befindet, durch eine Innenplatte (22) abgedichtet ist, und daß der Raum zwischen der Platte (22) und dem Außenende (27) des Einsatzbehälters (12) Abschirmungsmaterial (16) enthält.

5. Vorrichtung" nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmittelkreislauf der Kühlmittelkreislauf eines Kernreaktors ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©009 547/334 6.60