DE1095415B

DE1095415B - Druckerzeuger fuer Druckwasserreaktoren

Info

Publication number: DE1095415B
Application number: DEB52109A
Authority: DE
Inventors: Donald Frank Judd
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1958-02-14
Filing date: 1959-02-13
Publication date: 1960-12-22
Also published as: US3114414A; FR1220310A; NL236115A; GB913654A; NL120971C; ES247216A1

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Druckerzeuger für Druckwasserreaktoren, der bei einem Kraftwerksreaktor Verwendung finden soll. Dabei besteht das Druckerzeugungssystem aus einem Druckerzeugungsbehälter mit einem Vorwärmer, Druckausgleichsleitungen und Sprühleitungen mit einem Sprühkopf. Die Funktion des Druckerzeugers besteht darin, den Systemdruck im Primärkreislauf des Kernkraftreaktors innerhalb im voraus festgelegter Grenzen herzustellen und aufrechtzuerhalten. Dieser Druck soll während der Aufheizung, des ständigen Betriebes, während Lastwechseln und während der Stillsetzung regelbar sein und ferner so ausgebildet sein, daß das Einströmen des Kühlmittels des Primärkreislaufes verhindert werden kann, wenn die Dichte im Primärkreislauf sich verringert. Bei Zunahme der Dichte im Primärkreislauf soll die Aufbereitung des Kühlmittels vorgenommen werden.

Der erfindungsgemäße Druckerzeuger besteht in bekannter Weise aus einem stehenden, beiderseits verschlossenen Druckzylinder mit einer oder mehreren Sprühdüsen über dem Wasserspiegel im Druckerzeuger und einem Wasserein- und -auslaß im Boden des Behälters. Die Erfindung besteht darin, daß der Wasserein- und -auslaß in einer Düse angeordnet und gegen die ebenfalls im Boden angebrachten Heizelemente durch einen Leitzylinder abgeschirmt ist. Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung ist der Leitzylinder auf seinem unteren Umfang auf Konsolen gelagert, die zwischen sich Öffnungen für einen schnellen Wasserauslaß frei lassen. Weiterhin sind die Heizelemente in druckdichte, in den Behälter bis zur Länge der Heizelemente reichende Hülsen so eingeschraubt, daß sie während des Betriebes entnommen werden können. Durch einen Schraubverschluß am unteren Ende der Hülsen wird erreicht, daß auch beim Undichtwerden der Hülsen kein Austritt des Wassers erfolgen kann.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme liegt darin, die Heizwendeln der Heizelemente erst etwa im zweiten Drittel der Einbauhöhe beginnen zu lassen, damit eine Wärmeerzeugung nur innerhalb des Druckbehälters erfolgt. Dadurch wird vermieden, daß die Wärme an die Schmutzteilchen, die sich in den Ritzen zwischen den Vorwärmerstutzen und Behälterwänden ansammeln, übertragen wird. Es wurde festgestellt, daß die Wärme, die sich solchen Schmutzteilchen mitteilt, die Korrosionstendenz beschleunigt.

Der Druckerzeuger ist in seinem unteren Teil mit Wasser und im oberen Teil mit gesättigtem Dampf gefüllt. Das Wasser bildet eine Reserve bei plötzlicher Zunahme der Dichte des Kühlmittels im Primärkreislauf. Der darüberliegende Dampf wirkt wie ein Kissen und stellt ein Ausgleichsvolumen bei plötzlicher Verminderung der Kühlmitteldichte dar. Die Heizelemente im Boden des Druckerzeugerbehälters dienen Druckerzeuger für Druckwasserreaktoren

Anmelder:

Babcock & Wilcox Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr. E. Karstedt, Patentanwalt,
Oberhausen (RMd.), Lipperheidstr. 30

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Februar 1958

Donald Frank Judd, Marietta, Ga. (V. St. Α.),
ist als Erfindar genannt worden

dazu, ihn beim Anfahren zu heizen und einen solchen Dampfdruck zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, wie er erforderlich ist, um das Primärkühlsystem bei normalem Betriebsdruck zu halten. Er ist über die Ein- und Ausströmdüse im Behälterboden mit der heißen Austrittsseite des Reaktors verbunden, wobei diese Ausgleichsleitung das Wasser zwischen dem Primärkühlsystem und dem Druckerzeuger entweder zu- oder abführt, je nachdem, welcher Wechsel in der Dichte des Kühlmittels eintritt. Durch einen um die Düse angebrachten Leitzylinder wird eine Kammer gebildet, die dazu dient, plötzliche Temperaturwechsel gegenüber den Heizelementen zu verhindern.

Im oberen Dampfteil des Behälters ist eine Sprühleitung mit einer Sprühdüse angeordnet, der das Wasser von der kalten Eintrittsseite des Primärkühlmittels in den Reaktor zugeführt wird. Die Sprühleitung ist mit einem Kontrollventil versehen, das die Aufgabe hat, das Wasser entweder stoßweise oder kontinuierlich zum Sprühkopf zu leiten, um eine Druckerhöhung bei normalem Betrieb während des Einströmens des Wassers zurückzuhalten und um den Druck beim Stillsetzen zu reduzieren. In der Sprühleitung ist weiterhin eine Blende eingebaut, um die Flußmenge in der Sprühleitung einzuschränken für den Fall, daß das Kontrollventil in geöffneter Stellung blockiert wird. Weiterhin ist ein Druckkontrollgerät, das vom Behälterdruck abhängig ist, vorgesehen, um die Betätigung des in der Sprühleitung eingebauten Kontrollventils und der Heizelemente zu^koordinieren, damit der Druck im Kühlmittelsystem innerhalb vorher bestimmter Grenzen erhalten wird.

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Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung in besteht aus einem beidseitig offenen Zylinder, der au.'

einem Ausführungsbeispiel vereinfacht dar. Es zeigt Konsolen 31 gelagert ist. Diese schließen Öffnungen 32

Abb. 1 ein Schaltbild der gesamten Atomkraftanlage, zwischen sich ein, die am Boden der Kammer liegen und

Abb. 2 einen lotrechten Schnitt durch einen Druck- durch die das Wasser aus dem Vorwärmer schnell

erzeuger in der Anlage gemäß Abb. 1, 5 abgelassen werden kann. Der Zylinder kann auch so

Abb. 3 einen Schnitt durch ein Heizelement, angeordnet werden, daß eine umgekehrte konische

Abb. 4 einen Schnitt durch den Mannlochverschluß und Kammer od. dgl. entsteht.

Abb. 5 einen Schnitt durch den unteren Teil eines Das erfindungsgemäße Druckerzeugungssystem umfaßt

Heizelementes. eine Vielzahl von Vorwärmer vorrichtungen, die von

Wie es aus Abb. 1 ersichtlich ist, wird das Wasser des io unten durch den Boden 25 in den Zylinder 23 hinein-

Primärkreislaufes einem Kernreaktor 10 zugeführt und reichen. Die Vorwärmer bestehen aus hülsenähnlichen

strömt von diesem dem Wärmeaustauscher 12 zu. Die elektrischen Vorwärmern 33, die in druckdichten Stutzen

Mantelseite des Wärmeaustauschers 12 ist durch Steig- 34 (s. Abb. 3 und 5) angeordnet sind. Sie werden im

rohre 16 und Fallrohre 17 mit der Dampfabscheide- Inneren des Behälters von einer Muffe aus rostfreiem

trommel 15 des Kessels verbunden, in dessen Kreislauf 15 Stahl 35 eingeschlossen, der an der inneren Seite mit der

infolgedessen ein Naturumlauf entsteht. Auskleidung 23« des Behälters verschweißt ist. Ein mit

Das Wasser des Primärkreislaufes wird über ein Gewinde 39 versehenes Verschlußstück 38 ist an die

Pumpenpaar 18, 19 und entsprechende Ventile 20, 21 äußere Seite des Stutzens 34 angeschweißt. An jedem

auf der Abströmseite des Wärmeaustauschers 12 zum Vorwärmer 33 ist eine Mutter 40 befestigt. Dadurch

Reaktor zurückgeführt. Die Ventile 20, 21 sind zweck- ao wird es möglich, jeden hülsenähnlichen Vorwärmer 33 in

mäßigerweise als Rückschlagventile gebaut, um Rezirku- die Stutzen einzuschrauben, auch wenn das Druck-

lationen des Kühlmittels vom Reaktor zu verhindern, erzeugungssystem unter Druck ist. Beim Undichtwerden

wenn nur eine Pumpe arbeitet. Im Falle des Leckwerdens eines Vorwärmerstutzens ist dafür Sorge getragen, daß

der Kesselrohre verhindern die Rückschlagventile 20, 21 die Dichtung der äußeren Seite einen Wasseraustritt

einen übermäßigen Wasserverlust im Reaktor, während 25 verhindert.

die langsam ansprechenden Schieber 22, 22 a sich Der in Abb. 5 gezeigte Vorwärmer 33 besitzt ein

schließen, um den Kreislauf des Primärkühlmittels zu hülsenähnliches Gehäuse 33«, das ein Heizelement 336

unterbrechen. umschließt. Der untere Teil 33ίί des Heizelementes ist so

Die beiden motorgetriebenen Schieber 22, 22« sind ausgebildet, daß es einen sehr niedrigen Widerstand hat,

im Kreislauf des Primärkühlmittels vorgesehen, um den 30 so daß sich dieser Teil nicht erhitzt. Auf diese Weise

Kessel 14, die Pumpen 18, 19 und Rückschlagventile 20, wird verhindert, daß sich Wärme auf die in den Ritzen

21 vom Reaktor abschließen zu können. Das Ventil 22« zwischen den Vorwärmerstutzen und Behälterwänden

in der Reaktoreintrittsleitung 136 ist mit einer Um- angesammelten Schmutzteilchen überträgt. Dadurch

gehungsleitung 22δ und einem Drosselventil 22c aus- wird die Korrosionsgefahr verringert,

gerüstet, um den Druck in den Leitungen während des 35 In sämtliche Vorwärmer sind Druckmeßgeräte ein-

Anfahrens auszugleichen und um den Durchfluß durch gebaut.

die Leitungen beim stufenweisen Aufwärmen zu be- Eine Sprüheinrichtung 41 (s. Abb. 1) dient zum Eingrenzen, sprühen von Wasser, um einen Druckanstieg während

Das Druckerzeugersystem soll den Primärkreislauf- des normalen Reaktorbetriebes durch Einströmen größerer druck innerhalb der vorausbestimmten Druckbegren- 40 Mengen Heißwasser auszugleichen und um den Druck zungen während der Aufwärmung, des ständigen Betriebs, herabzusetzen, wenn die Anlage stillgesetzt wird. Die während Lastwechseln und während der Stillsetzung Sprüheinrichtung besteht aus einer Sprühleitung 42, die erzeugen und halten. Es soll weiterhin den Wärme verlust mit der Eintrittsleitung 13 δ des Primärkreislaufes verausgleichen und die Temperatur wiederherstellen, wenn bunden ist und mit dem anderen Ende in den Dampfsich das vom kalten Reaktor kommende Wasser des 45 raum 43 des Druckerzeugers 11 eintritt. An deren Ende Primärkreislaufes mit dem im Druckerzeuger vor- ist der Sprühkopf 44 angebracht, der aus einer Kegelhandenen, als Vorrat dienenden Wasser vermischt. Das sprühdüse besteht. Ein Kontrollventil 45 ist vom Druck erfindungsgemäße Druckerzeugungssystem 11 (s. Abb. 1) im Inneren des Behälters abhängig und kann so geregelt besteht, wie es aus Abb. 2 ersichtlich ist, aus einem werden, daß der Fluß durch das Ventil entweder kontizylindrischen Behälter 23, der nach oben durch den 50 nuierlich oder stoßweise erfolgt.

Deckel 24 und nach unten durch den Boden 25 ver- Parallel zum Kontrollventil 45 ist ein zweites Ventil 47

schlossen ist. Im unteren Teil des Behälters ist Flüssigkeit angeordnet, das eine Umführung um das Kontroll-

und im oberen gesättigter Dampf. Er ist im Innern mit ventil 45 regelt. Der Zweck liegt darin, eine geringe

einer korrosionsbeständigen Auskleidung 23« versehen. Zirkulation in den Sprüh- und Ausgleichsleitungen

Der Boden ist vorteilhafterweise elliptisch ausgebildet, 55 aufrechtzuerhalten, um die Entstehung eines kalten

um die Gesamtbauhöhe des Behälters herabzusetzen. Wasserpfropfens zu verhindern, der beim Eintritt in die

In der Mitte des Bodens 25 ist eine Ein- und Ausström- Ausgleichsleitung einen Wärmeschock verursachen könnte,

düse 27 angeordnet, die mit einer Muffenverbindung 26 Zu diesem Zweck ist das zweite Ventil durch eine

gegen thermische Beanspruchung gesichert ist. Eine Temperaturanzeigekontrolle 63 gesteuert, die dafür sorgt,

Ausgleichsleitung 28 (s. Abb. 1) verbindet diese Düse 27 60 daß dieses Ventil die Temperatur der Ausgleichsleitung

mit der Austrittsleitung 13« des Reaktors. Auf diese annimmt.

Weise leitet die Ausgleichsleitung 28 das Wasser aus Der Zugang zu dem Druckerzeugerbehälter erfolgt dem Primärkühlkreislauf dem Druckerzeugersystem zu, durch eine Mannlochöffnung 48, die im Deckel 24 anwenn eine Änderung in dem Volumen des Primär- geordnet ist. Die Mannlochöffnung 48 ist mit einem kreislaufes eintritt. 65 Verschluß 49 mittels der dichtgeschweißten Membran-Zentrisch zur Düse 27 ist ein Zylinder 29 angeordnet, dichtung 50 (s. Abb. 4) durch Stiftschrauben verschlossen, der eine Kammer 30 bildet, in der normalerweise das Der gesamte Druckbehälter wird durch einen Mantel 51 einströmende Wasser enthalten ist, wenn sich die Dichte getragen.

des Umlaufwassers des Primärkühlkreislaufes während Der Betrieb des erfindungsgemäßen Druckerzeugers

des Betriebes vermindert oder verstärkt. Der Zylinder 29 70 verläuft auf folgende Weise:

Der Wasserstand im Druckerzeugerbehälter 23 wird dadurch aufrechterhalten, daß der Ablaß zur Leitung 13 a geregelt wird. Durch die Wasserstandsanzeige 52 (Abb. 1) wird ein Signal durch die Leitung 53 zum Ventil 54 gesandt, das die Umlaufwassermenge regelt. Der Wasserstand im Behälter 23 soll so eingestellt werden, daß die Vorwärmerstutzen 34 bedeckt sind. Sodann werden alle Vorwärmer 33 eingeschaltet und die Druckbehälter-Belüftungsventile 56 und die Kontroll-Entlüftungsventile 57 geöffnet, um die Luft aus dem Behälter 23 abzulassen. Sobald das Wasser im Behälter zu kochen, beginnt, werden die Ventile 56, 57 geschlossen. In der Abb. 2 sind die Verbindungsstutzen 58 und 59 für diese Ventile dargestellt. Sodann wird der Behälter 23 auf Betriebsdruck gebracht durch Handeinstellung der Betätigungs- vorrichtung 60, die aus einer Verbindung einer Druckanzeige 61 und einer Temperaturanzeige 62 besteht, die die Temperatur in der Austrittsleitung 13 a des Primärkreislaufes anzeigt. Mit Hilfe des Druckanzeigegerätes 61 werden die Vorwärmer während der normalen Betriebszeit und während der Anheizperiode sowie das Kontrollventil 45 in der Sprühleitung während des Abkühlens geregelt.

Wenn der Betriebsdruck erreicht ist, wird der Wasserstand im Behälter allmählich durch Handbetätigung der Wasserstandkontrollvorrichtung 52 erhöht, bis der Betriebswasserstand erreicht ist und die Regelung des Wasserstandes von diesem Zeitpunkt an automatisch erfolgt. Von diesem Punkt an regelt sich das Druckerzeugersystem selbst.

Bei Stillsetzung werden alle Vorwärmer von Hand abgestellt. Die Kontrollfunktion der Anzeigevorrichtung 60 wird auf den Kontrollkreislauf zurückgeschaltet. Die Druckabsenkung erfolgt durch Einsprühen in den Dampfraum 43 in Übereinstimmung mit der Anzeige des Kontrollgerätes 60 bis zum Erreichen eines Mindestdruckes. Danach wird die Kontrollfunktion des Gerätes 61 ausgeschaltet und der Druck durch Handregelung des Kontrollventils 45 gesenkt.

Während des normalen Betriebes muß jedem Ausgleich in der erfindungsgemäßen Anordnung ein gleicher Ausgleich in der entgegengesetzten Richtung folgen, da die Kontrollgeräte ein bestimmtes Gleichgewicht zu halten suchen.

Um thermische Erschütterungen in den Ausgleichsleitungen beim plötzlichen Einströmen oder Ausströmen auszuschalten, wird in der Sprühleitung und in der Ausgleichsleitung immer ein kleiner Durchfluß aufrechterhalten, der so groß ist, daß die Temperatur in der Ausgleichsleitung zwischen der der Primärleitung und der des Druckerzeugers liegt. Dieser Durchfluß wird durch die Temperaturanzeige 63 geregelt, so daß immer die gewünschte Ausgleichsleitungstemperatur aufrechterhalten werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Druckerzeuger für Druckwasserreaktoren, bestehend aus einem stehenden, beiderseits verschlossenen Druckzylinder mit einer oder mehreren Sprühdüsen über dem Wasserspiegel und einem Wasserein- und -auslaß im Boden des Behälters, dadurch ge kennzeichnet, daß der Wasserein- und -auslaß in einer Düse angeordnet und gegen die ebenfalls im Boden angebrachten Heizelemente durch einen Leitzylinder abgeschirmt ist, so daß das einströmende oder ausströmende Kühlmittel nicht mit den Heizelementen in Berührung kommt.

2. Druckerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitzylinder auf seinem unteren Umfang auf Konsolen gelagert ist, die zwischen sich Öffnungen für den Wasserdurchtritt frei lassen.

3. Druckerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Regelmittel vorgesehen sind, die das Einströmen des Primärkühlmittels verhindern, wenn sich die Dichte im Wasserkreislauf verringert, und die Aufbereitung bei zunehmender Dichte ermöglichen.

4. Druckerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente in druckdichte, in den Behälter bis zur Länge der Heizelemente reichende Hülsen ihrerseits nach außen druckdicht eingebaut sind.

5. Druckerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendeln der Heizelemente so bemessen sind, daß eine Wärmeerzeugung nur innerhalb des Druckbehälters erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, 1955, Bd. 3, S. 221.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen