DE1514148C - Siedewasserreaktor mit Zwangs umlaufkühlung mittels Umwälzpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Siedewasserreaktor, bei dem der Reaktorkern von einem im wesentlichen zylindrischen Kühlmittelrückströmraum umgeben ist, mit Zwangsumlaufkühlung mittels Umwälzpumpen, deren Laufräder von außerhalb des Reaktorgefäßes angeordneten, abkuppelbaren Motoren über vertikal das Reaktordruckgefäß durchdringende Pumpenwellen angetrieben werden.

Bei Siedewasserreaktoren, die eine größere Leistung erzeugen, ist man auf einen Zwangsumlauf des Kühlmittels Wasser angewiesen. Es ist bekannt, diesen Zwangsumlauf so auszuführen, daß von dem Reaktordruckgefäß mehrere Schleifen seitlich abführen (externe Bauweise), wobei in diesen Schleifen die Zwangsumlaufpumpen angeordnet sind. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß viel Raum neben dem Druckgefäß für die Zwangsumlaufschleifen benötigt wird. Aus diesem Grunde kann die Betonabschirmung erst in einem größeren Abstand vom Reaktordruckgefäß angeordnet werden. Dies führt zu einer Vergrößerung der Gesamtanlage, ganz abgesehen von den nachteiligen sicherheitstechnischen Überlegungen bezogen auf den Bruch einer externen Umwälzschleife.

Bekannte Siedewasserkernreaktoren mit Zwangsumlaufkühlung mittels sogenannten internen Umwälzpumpen vermeiden diese Nachteile (französische Patentschriften 1 370 992, 1 287 582, 1 362 881). Bei diesen Reaktoren ist der Reaktorkern von einem im wesentlichen zylindrischen Kühlmittelrückströmraum umgeben, wobei die innerhalb des Druckgefäßes befindlichen Laufräder der Umwälzpumpen von außerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten Motoren über vertikal das Reaktordruckgefäß durchdringende Pumpenwellen angetrieben werden. Die Motoren sind dabei abkuppelbar (deutsche Auslegeschrift 1 092 138).

Das Druckgefäß nimmt in den sicherheitstechnischen Überlegungen einen wesentlichen Platz ein, da im allgemeinen davon ausgegangen wird, daß das Druckgefäß bei einem Unfall nicht reißt. Alle Durchbohrungen und Durchführungen sollen möglichst so ausgelegt sein, daß sie diese Ausgangsposition stärken. Andererseits ist die Pumpe ein Element, das zu bestimmten Zeiten einer gewissen Wartung bedarf bzw. an dem auch unter Umständen Reparaturen auszuführen sind. Der Anordnung der Pumpe relativ zum Reaktordruckgefäß kommt daher besondere Bedeutung bei.

In bekannten Reaktoren sind die Pumpen so am Druckgefäß angeordnet, daß sie als Einheit einschließlich des Laufrades ausbaubar sind. Daraus resultiert zwar eine relativ einfache Montage der Pumpe, jedoch bedingt es den erheblichen Nachteil, daß die öffnung im Druckgefäß dem maximalen Durchmesser — also dem Durchmesser des Laufrades — entsprechen muß, was sich ungünstig auf die sicherheitstechnischen Überlegungen auswirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der Pumpe so zu treffen, daß die im

Druckgefäß vorzusehende Öffnung möglichst gering ist, ohne daß die Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit wesentlich beeinträchtigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Laufräder durch den Rückströmraum nach oben ausbaubar angeordnet sind.

Das Ausbauen des Laufrades nach oben bringt den Vorteil mit sich, daß die Öffnung im Druckgefäß nur den wesentlich kleineren Durchmesser der Pumpenwelle zu besitzen braucht. Da der Rückströmraum von oben relativ gut zugänglich ist, werden die Wartung und gegebenenfalls notwendige Reparaturen praktisch nicht beeinträchtigt.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden erläutert werden.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die untere Hälfte eines Siedewasserreaktors mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Pumpe,

F i g. 2 denselben Schnitt, jedoch mit zum Ausbau hochgezogenem Laufrad,

F i g. 3 das untere Wellenende mit einer Dichtkappe,

F i g. 4 das obere Wellenende mit einem Sperrschieber, F i g. 5 eine besondere Ausbildung des Laufrades, F i g. 6 einen Querschnitt durch den Reaktor in Höhe der Brennelemente.

Bei einem Siedewasserreaktor strömt das Kühlmittel Wasser in Pfeilrichtung durch die Brennele- ; mentel (Fig. 1), die an dem Traggitter2 befestigt ; sind, wird dort erwärmt und strömt dann nach Tren-. nung von dampfförmiger und flüssiger Phase im Rückströmraum 5 zurück. Brennelemente und Rückströmraum sind durch den Kernmantel 3 voneinander getrennt. Bei Siedewasserreaktoren größerer Leistung muß diese natürliche Konvektion durch Zwangsumlaufpumpen unterstützt werden. Bei der Anordnung nach den Ausführungsbeispielen ist das Laufrad 6 der Zwangsumlaufpumpe samt seinem Leitrad 7 und dem Abströmgehäuse 17 innerhalb des Reaktordruckgefäßes 4, und zwar speziell bei der Anordnung nach F i g. 1 im unteren Teil des Rückströmraumes 5, angeordnet. Mit seinem außerhalb des Druckgefäßes befindlichen Antrieb, dem Elektromotor 16, ist das Laufrad über die Kupplung 15 durch die Pumpenwelle 8, die in dem Pumpenkörper 9 läuft, fest verbunden. Dabei läuft die Welle in den Lagern 12. Am unteren Ende der Welle befindet sich die Dichtung 13 und der Dichtungsflansch 14. An der Stelle des Durchbruches der Welle durch das Reaktordruckgefäß 4 ist der Pumpenführungskörper 10 angeschweißt, an den unten das Druckgefäß-Verlängerungsrohr 11 angeschweißt ist.

Da auch die Steuerstäbe von unten in den Reale- ! torkern eingreifen und somit eine bestimmte Gesamt- ! höhe bereits durch das Druckgefäß und die Steuer- | stäbe festgelegt ist, kommt der eingangs erwähnte Vorteil der Platzersparnis bei der Anordnung mit , dem bekannten sogenannten internen Axialpumpen ^! voll zur Geltung. Ferner hat sich gezeigt, daß die Durchmesser der Durchbrüche durch das Druckgefäß bei gleicher Reaktorleistung im Vergleich zu der bekannten Anordnung mit seitlich angeordneten Kühlschleifen um mehr als die Hälfte verringert werden können. Da derartige Durchbrüche bekanntlich stark in das Sicherheitsrisiko eingehen, wird durch diese bekannten internen Axialpumpen eine beträchtliche Erhöhung der Reaktorsicherheit erzielt.

Um die Pumpe auszubauen, wird der Elektromotor 16 mittels der Kupplung 15 abgekuppelt und die Welle 8 nach Öffnung des Reaktordeckels mittels eines oder mehrerer Verlängerungsrohre 18 (F i g. 2) nach oben gestoßen. Natürlich muß dabei eine Dichtung zwischen der Welle bzw. den Verlängerungsrohren und dem Reaktordruckgefäß vorgesehen sein. Der Ausbau des Laufrades nach oben bringt den Vorteil mit sich, daß der Durchbruch durch das Reaktordruckgefäß nur den Durchmesser des Pumpenkörpers 9 zu besitzen braucht.

Eine andere Möglichkeit des Ausbaues ist gegeben, wenn man nach dem Entkuppeln des Motors die Welle um einige Millimeter absenkt, so daß der Wulst 19, der sich am oberen Ende der Pumpenwelle befindet, mit der Einbuchtung 20 des Pumpenführungskörpers 10 dichtet (F i g. 1 und 4). Dann wird das untere Ende der Welle mit einer Dichtkappe 21 verschlossen (F i g. 3) und das Laufrad mit seiner Welle nach oben abgezogen.

Um zu vermeiden, daß, falls ein Reaktor mehrere Pumpen besitzt, bei Ausfall einer dieser Pumpen diese als Bypass für die anderen Pumpen wirkt, ist jede der Pumpen mit einem hydraulischen Sperrschieber 22 versehen, der bei Ausfall der Pumpe hochgefahren wird und'' den Förderweg sperrt (F i g. 4). Das Herunterlassen des Sperrschiebers geschieht dadurch, daß man die betreffende Pumpe fördern läßt.

Ferner kann man zur Vereinfachung der Reparatur der Wellenlager zwischen der Pumpenwelle 8 und dem Pumpenkörper 9 noch einen rohrförmigen Lagerschalenträger 23 anbringen, der nach unten auswechselbar ist (F i g. 4).

Es ist denkbar, den Wirkungsgrad der internen Axialpumpen zu verbessern, indem man auf eine Pumpenwelle 8 zwei oder mehr Lauf räder 6 zweiflutig anordnet. F i g. 5 zeigt eine solche Anordnung, mittels derer eine Verdoppelung der Förderleistung erreicht wird.

Um ohne Vergrößerung des Reaktordruckgefäßes und ohne Verkleinerung des Reaktorkernes Pumpen relativ großen Durchmessers ein- und ausbaubar in das Reaktordruckgefäß einsetzen zu können, kann man an dem Reaktorkern 1 und dem ihn umgebenden Kernmantel 3 über den Umfang verteilt halbkreisförmige Einbuchtungen vorsehen, wie es F i g. 6 zeigt. Auf diese Weise kann man mit weniger Pumpenaggregaten den gewünschten Gesamtumlauf erzielen.

Aus Gründen der Belastbarkeit ist es vorteilhaft, das Reaktordruckgefäß so auszubilden, daß die Pumpenwelle es senkrecht durchstößt. Dies kann durch eine örtliche Verstärkung erreicht werden oder auch indem man sämtliche Durchbrüche in einem ringförmigen Durchführungsschmiedekörper 10, wie ihn F i g. 1 zeigt, anbringt.

Es ist ebenfalls denkbar, das Pumpenlaufrad mittels eines Motors anzutreiben, der ebenfalls innerhalb des Reaktordruckgefäßes, also unter Wasser, angeordnet ist. In diesem Fall spart man die Durchführung der Pumpenwelle durch das Druckgefäß. Hierfür wäre besonders ein Spaltrohrmotor geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Siedewasserreaktor, bei dem der Reaktorkern von einem im wesentlichen zylindrischen Kühlmittelrückströmraum umgeben ist, mit Zwangsumlaufkühlung mittels Umwälzpumpen, deren Laufräder von außerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten, abkuppelbaren Motoren über vertikal das Reaktordruckgefäß durchdringende Pumpenwellen angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (6, 8) durch den Rückströmraum (5) nach oben ausbaubar angeordnet sind.

2. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reaktordruckgefäß (4) und dem verschiebbaren Pumpenkörper (8,9) Abdichtungen vorhanden sind und daß der Pumpenkörper durch ein oder mehrere Verlängerungsrohre (18), die in die Dichtung eingepaßt sind, verlängerbar ist.

3. Siedewasserreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenwelle unterhalb des Laufrades einen Wulst (19) trägt, der in die obere Mündung des Pumpenführungskörpers (10) eingepaßt ist.

4. Siedewasserreaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Laufrad (6) und dem Reaktordruckgefäß (4) auf der Pumpenwelle (8) ein hydraulisch betätigbarer Sperrschieber (22) angeordnet ist.

5. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkern (1) und der ihn umgebende Kernmantel (3) über den Umfang verteilt halbkreisförmige Einbuchtungen nach innen aufweisen, die sich längs der gesamten Höhe des Reaktorkernes und des Kernmantels erstrecken, daß die Laufräder (6) einen größeren Durchmesser besitzen als der Abstand Innenwand Druckgefäß — Außenwand Kernmantel beträgt und daß die Laufräder an den Stellen des Umfanges im Rückströmraum angeordnet sind, an denen sich die Einbuchtungen befinden (F i g. 6).

6. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (4) an den Stellen der Durchführung der Pumpenwelle örtlich verstärkt ist.

7. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß mit einem ringförmigen Durchführungsschmiedekörper (10) aufgebaut ist, durch den die Bohrungen für das Einsetzen der Pumpenkörper geführt sind.

8. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Pumpenwelle und dem Pumpenkörper ein rohrförmiger Lagerschaltenträger (23) angeordnet ist, der von unten eingeführt werden kann (F i g. 4).

9. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Pumpenwelle zwei Laufräder zweiflutig angeordnet sind (Fig. 5).

10. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsumlaufpumpe von einem unter Wasser laufenden Motor, insbesondere einem Spaltrohrmotor, angetrieben wird und daß Pumpe und Motor innerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordnet sind.