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Dampf-Wasser-Gemischführungskasten für Kernreaktoren Die Erfindung
betrifft eine kastenartige Anordnung für die Dampf-Wasser-Gemischführung in einem
Siedewasserkernreaktor von der Oberseite des Reaktorkerns zu Wirbelkammerdampfabscheidern,
die in einem Fallraum zwischen dem Führungskasten und der Druckgefäßwand eines Reaktordruckgefäßes
angeordnet sind, bestehend aus einem über die Oberseite des Reaktorkerns hinaus
kaminartig verlängerten und mit seinem unteren Teil den Reaktorkern umschließenden
Mantel, der im oberen Teil oberhalb des Reaktorkerns mit seitlichen Öffnungen versehen
und mit einem Deckel nach oben abgeschlossen ist. Eine derartige Anordnung ist aus
der deutschen Auslegeschrift 1039 147 bekannt.
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Vornehmlich in Siedewasserreaktoren besteht die Aufgabe, die Phasen
des aus dem Kern austretenden Dampf-Wasser-Gemisches so zu trennen, daß das in den
Fallraum zurückströmende Wasser möglichst weitgehend blasenfrei ist. Dies geschieht
bei größeren Reaktoren dadurch, daß das Dampf-Wasser-Gemisch durch Wirbelkammerdampfabscheider
geführt wird, in denen es durch die unterschiedliche Zentrifugalkraftwirkung auf
Dampf und Wasser getrennt wird. Solche bereits vorgeschlagenen Wirbelkammerdampfabscheider
werden entweder oberhalb des Kernes oder in dem Fallraum angeordnet. Letzteres hat
die Vorteile, daß das Druckgefäß kürzer gebaut werden kann und daß z. B. für den
Brennelementwechsel der Kern auch ohne Ausbau der Wirbelkammerdampfabscheider zugänglich
bleibt, d. h., es braucht lediglich der im Vergleich zur Länge der Wirbelkammerdampfabscheider
relativ flache Deckel des zwischen Kern und Wirbelkammerdampfabscheidern befindlichen
Gemischführungskastens abgehoben zu werden, so daß im Reaktorgebäude ein wesentlich
kleineres Becken, in dem der Deckel für die Dauer des Brennelementwechsels abgesetzt
wird, notwendig ist, als bei Ausbau der Wirbelkammerdampfabscheider.
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Die Anordnung der Wirbelkammerdampfabscheider im Fallraum, ist im
Hinblick auf die Konstanthaltung des Normalwasserspiegels in Höhe des Dampfentnahmerohreintritts
der Zyklone, auf Grund des relativ kleinen Strömungsquerschnitts des Fallraums zwischen
den Wirbelkammerdampfabscheidern nachteilig.
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Diese Höhe des Wasserstandes ergibt sich aber aus der Wirkungsweise
der Wirbelkammerdampfabscheider als die für alle Lastfälle günstigste Höhe. Für
die Konstanthaltung der Höhe des Wasserspiegels wäre es günstiger, den Wasserspiegel
höher zu legen, z. B. oberhalb des Gemischführungskastens. Da dort auf Grund des
größeren Strömungsquerschnitts die gleiche dem Reaktordruckgefäß zugeführte Wassermenge
eine sehr viel kleinere Höhenveränderung des Wasserspiegels bewirkt. Dadurch würden
die Wirbelkammerdampfabscheider aber bei Teillast unerwünscht viel Wasser nach oben
auswerfen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gemischführungskasten
zu konstruieren, der es gestattet den Wasserspiegel auf einer Höhe konstant zu halten,
die sowohl für eine optimale Wirkungsweise der Wirbelkammerdampfabscheider als auch
für die Konstanthaltung der Wasserspiegelhöhe selbst günstig ist.
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Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Öffnungen durch
einen radial nach innen gewölbten toroidförmigen Leitkörper abgedeckt sind, dessen
Oberkante vom Deckel beabstandet ist, und das Dampf-Wasser-Gemisch zwischen Leitkörper
und Deckel den Dampf-Wasser-Abscheidern zuströmt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Leitkörper, vom Führungskasten
lösbar, an dessen Dekkel befestigt.
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Um eine Einstellmöglichkeit für eine günstige Stellung des Leitkörpers
ermöglichen zu können, ist dieser am Deckel des Führungskastens über einen von außerhalb
des Reaktordruckgefäßes betätigbaren Spindelantrieb befestigt.
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Die Wirkungsweise des Gemischführungskastens soll an Hand des folgenden
Beispiels erläutert werden.
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F i g. 1 a und 1 b zeigen einen Schnitt durch das Reaktordruckgefäß
in Höhe des Gemischführungskastens; F i g. 2 a und 2 b zeigen einen Querschnitt
durch dasselbe.
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Die F i g. 1 a und 2 a zeigen den Gemischführungskasten während des
Betriebes, die F i g. 1 b und 2 b
zeigen ihn z. B. kurz vor dem
Ausbau, wenn nämlich der Leitkörper nach oben unter den Deckel gezogen ist.
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Zwischen der zylindrischen Reaktordruckgefäßwand 1 (F i g. 1 a und
2 a) und dem den Reaktorkern 2 zylindrisch umschließenden Kernmantel 3 befindet
sich der Fallraum 4, mit den Wirbelkammerdampfabscheidern 5. Das Dampf-Wasser-Gemisch
G strömt aus dem Raum oberhalb des Kernes in die Wirbelkammerdampfabscheider und
wird unterhalb der Dampfentnahmerohre 6 in Dampf D und Wasser W getrennt.
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Das Wasser strömt dann nach unten in den Fallraum, während der Dampf
nach oben durch die Rohre 6 in den Dampfsammelraum 7 gelangt, von wo er durch nicht
dargestellte Trockner aus dem Druckgefäß in die Turbine strömt. Der unten offene
Raum zwischen Kernaustritt 8 und dem Wirbelkammerdampfabscheidereintritt 9 ist der
Gemischführungskasten. Er besteht aus einer kaminartigen Verlängerung des Kernmantels
3, dem Boden 10, der Außenwand 11 und ist oben begrenzt durch den Ring 12 und den
darauf aufgeschraubten Deckel 13. Der Deckel ist nach unten eingezogen, damit
in ihm Wasser für die Strahlungsabschirmung nach oben stehen kann, und damit das
Gemisch G besser geführt wird. Beim Brennelementwechsel wird der Deckel nach oben
abgehoben. Um für die Wasserspiegelregelung einen größeren Strömungsquerschnitt
im Fallraum zu erhalten, ist der Gemischführungskasten mit Öffnungen 15 in der kaminartigen
Verlängerung des Kernmantels 3 versehen. Diese COffnungen sind von einem toroidförmigen,
radial nach innen gewölbten Leitkörper 17 abgedeckt. Dadurch wird der Fallraum
und der Wasserspiegel 14 in der Höhe der Dampfentnahmeunterkante vergrößert. Auf
Grund der Öffnungen 15, ist das Oberteil des Kastens mit dem Kernmantel 3 nur durch
die Stege 16 fest verbunden. Für die Gemischführung ist der Leitkörper 17 vorgesehen.
Er wird von oben eingesetzt, liegt bei 18 auf dem Boden 10 auf und bei 19 am Kernmantel
3 an. Die Forderung großer Dichtheit vom Inneren des Gemischführungskastens nach
außen besteht nicht, weder bei 18 nach bei 19. Der Leitkörper muß beim Wechsel der
äußeren Brennelemente abgehoben werden.
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Zur Vereinfachung des Brennelementwechsels und um mit einem kleineren
Absatzbecken auszukommen, ist der Leitkörper wie folgt konstruiert: Der Leitkörper
17 wird von vier Rippen 20 gehalten und hat in der Mitte eine hohle Nabe 21, mit
einer Mutter 22. In diese greift eine Gewindespindel 23 ein. Diese ruht drehbar
und zum Ausgleich gegen Fertigungsungenauigkeiten schwenkbar mit einer oben kugelförmigen
Ausbildung in der Platte 24 der ; mit dem Deckel 13 fest verbundenen Hülse
25. Beim Brennelementwechsel werden zunächst die Schrauben 26 gelockert, die die
Aufgabe haben, mittels der Platte 27 die Spindel in der Reaktorbetriebslage festzuklemmen.
Dann greift in die Aussparung 28 ein Vierkant ein und dreht die Spindel so lange,
bis die Nabe 21 in die Hülse 25 und damit der Leitkörper 17 nach oben gezogen ist
(F i g. 1 b und 2b). Dann kann nach Lösen der Deckelschrauben 29 der Deckel 13 mitsamt
dem Leitkörper 17 in einem Arbeitsgang abgehoben und in einem Becken abgesetzt werden,
das in vorteilhafter Weise statt der Höhe H1=H2+H3, wie sie sich bei Einzelausbau
von Deckel und Leitring ergäbe, nur die kleinere Höhe H4 zu haben braucht. Damit
der Leitkörper sich beim Ausbau nicht radial verdreht, wird er mittels Rollen 30,
die am Unterteil des Leitringes angebracht sind, in Rillen 31 der Stege 16 geführt.
Durch den oben beschriebenen Gemischführungskasten wird ein günstigeres Teillastverhalten
der Dampfabschneidezyklone, ein kürzeres Druckgefäß und ein niedrigeres Absatzbecken
erreicht.