DE1589651C - Abdichtungsvorrichtung für einen drehbaren Stopfen eines Atomkernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtungsvorrichtung für einen drehbaren Stopfen eines Atomkernreaktors derjenigen Bauart, bei dein der aktive Reaktorteil durch Umlauf von flüssigem Metall gekühlt wird und wobei der Stopfen sich auf die zylindrische Wand eines Bauteiles des Reaktors abstützt, die den Stopfen koaxial umgibt.

Die Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung soll insbesondere für eine Abdichtung zwischen dem Kernreaktorgcfäß und einem im oberen Teil dieses Gefäßes drehbar angeordneten Stopfen sorgen; sie kann aber auch zwischen zwei ineinandergebauten Stopfen angewendet werden.

Dei Kernreaktoren, insbesondere solchen, deren Kern mit flüssigem Metall gekühlt wird, muß man unbedingt jedes Austreten aktiven Gases nach außen verhindern, da sonst der Raum oder das Gebäude verseucht wird, in dem der Reaktor untergebracht ist.

Diese strenge Bedingung ist nur schwer zu erfüllen, wenn die drehbaren Stopfen, die den Scheitel des Reaktorgefäßes durchsetzen, große Abmessungen haben; die Abdichtung darf überdies nicht die Beweglichkeit bzw. eine Drehbewegung der betreffenden Stopfen hindern, auch nicht eine gegebenenfalls notwendige axiale Verschiebung zur Erleichterung der Drehbewegung.

Man hat zu diesem Zweck bereits mehrere Arten von Abdichtungen entwickelt und erprobt, von denen diejenigen bisher die besten Resultate ergeben haben, die eine Mehrzahl von Dichtungen aus relativ leicht . schmelzbarem Metall aufwiesen, welche während des Betriebes des Reaktors fest und während des Stillstandes des Reaktors flüssig sind, um eine Drehung tier Stopfen zwecks Handhabung von Elementen, Zugang zum aktiven Reaktorteil usw. zu gestatten.

Bei einer solchen bekannten Anordnung können die verflüssigbaren Metalldichtungen im Dauerbetriebszustand für die Stopfen noch durch mechanische Dichtungen »verdoppelt« oder ergänzt sein.

Eine derartige Lösung ist jedoch in ihrer Ausführung sehr unhandlich, besonders wegen der großen Abmessung der. Einrichtungen, die zur Verflüssigung des Dichtungsmetalls notwendig sind, außerdem wgeen der Notwendigkeit eines sicheren Schutzes gegen die Oxydation des Dichtungsmetalls, die, wenn man auf ihre Verhütung nicht sorgfältig bedacht ist, zur Bildung von Legierungen führen kann, deren Anwesenheit in sehr starkem Maße die Schmelztemperatur der Dichtungen bzw. des Dichtungsmetalls beeinflußt.

Aufgabe der Eifindung ist demgegenüber eine in ihrer Anwendung einfache Dichtvorrichtung, bei der die erwähnten chemischen Probleme nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Abdichtungsvorrichtung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zwischen dem Stopfen und dem Stützelement zwei zum Stopfen koaxiale rohrförmige Bauteile unabhängig von ihm und voneinander axial verschiebbar vorgesehen sind, daß jeder dieser Bauteile mit seinem unteren Finde auf einer Schulter des Stiitzelementcs aufsitzt, daß der innere rohrförmige Bauteil zumindest eine mechanische Dichtung trägt, um die Abdichtung zwischen diesem Bauteil und dem Stopfen zu gewährleisten, daß zwei mechanische Dichtungen an dem äußeren rohrförmigen Bauteil vorgesehen sind, von denen die eine obere die Abdichtung zwischen den beiden rohrförmigen Bauteilen gewährleistet und die andere untere die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil und dem Stopfen, wenn der innere rohrförmige Bauteil in eine hohe Stellung gebracht ist, und daß eine statische Ringdichtung zwischen den unteren Enden jedes der rohrförmigen Bauteile und der entsprechenden Stützschulter des Stützelementes vorgesehen ist.

Bei dieser Vorrichtung können die einzelnen Dichtungen ausgewechselt werden, wobei jedoch auch

ίο während dieses Vorgangs die erstrebte Abdichtung nach außen gewährleistet bleibt.

Die erwähnten Dichtungen können sowohl Lippendichtiingen als auch aufblasbare Dichtungen sein. Im letzteren Falle weisen sie vorzugsweise in der Nähe ihrer vorübergehenden Abstützfläche an dem äußeren konzentrischen Stopfen oder im Bereich der Abstützung am Bauelement des Reaktorgefäßes, eine verdickte Wandumfangsstelle auf, die sie in dieser Umfangszone erheblich widerstandsfähiger oder fester macht.

Die von dem inneren rohrförmigen Bauteil getragenen Dichtungen sind vorzugsweise Dichtungen der aufblasbaren Form und haben vorzugsweise gleiche Abmessungen und Arbeitsbedingungen.

Uni die von den mechanischen Dichtungen erzielte Abdichtung nach außen hin zu verbessern, und um die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil und dem Reaktorgefäß längs ihrer einander gegenüberliegenden seitlichen Umfangsflächen zu sichern, umfaßt die Dichtungsvorrichtung noch vorzugsweise zwei statische Dichtungen, von denen je eine zwischen den unteren Stirnflächen der rohrförmigen Bauteile und der entsprechenden Sitzschulter des tragenden Elements vorgesehen ist.

Das tragende oder haltende Element ist vorzugsweise mit einer einzigen Stützschulter versehen, welche die unteren Enden der beiden rohrförmigen Bauteile gemeinsam aufnimmt.
Die durch die unterschiedlichen Dichtungen der Vorrichtung erzielte Abdichtung wird während des Betriebes des Reaktors noch durch das Vorhandensein eines Druckkissens aus Edelgas, wie Argon, verbessert, das sich einerseits im Raum zwischen dem Stopfen, dem inneren rohrförmigen Bauteil und den beiden an diesem Bauteil vorgesehenen Dichtungen erstreckt, und andererseits zwischen den beiden rohrförmigen Bauteilen und der oberen Dichtung, die von dem äußeren rohrförmigen Bauteil getragen wird. Zuleitungen für Edelgas sind an dem Reaktorbehälter und an den beiden rohrförmigen Bauteilen vorgesehen.

Zur näheren Erläuterung der· Erfindung ist ein die Erfindung in keiner Weise einschränkendes Ausführungsbeispiel in der Zeichnung veranschaulicht; in der Zeichnung zeigt

F i g. I einen Radial-Teilschnitt durch eine Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung, welche als Abdichtung zwischen einem drehbaren Stopfen und einer den Stopfen aufnehmenden Öffnung in dem Gefäß eines Reaktors angeordnet ist,

Fig. 2 bis 6 unterschiedliche Betriebszustände der Dichtlingselemente, die zum Auswechseln der Dichtungen vorgesehen sind.

Die Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie als Beispiel in den F i g. 1 bis 6 veranschaulicht ist, hat die einwandfreie Abdichtung zwischen einem drehbaren Stopfen 1 und der Öffnung in der Behälterwand eines Kernreaktors zur Aufgabe. Die

Figuren der Zeichnung zeigen jeweils nur einen Teil der oberen Wand des Reaktorgefäßes.

Wie aus den F i g. 2 bis 6 ersichtlich, hat der drehbare Stopfen 1 zweckmäßigerweise eine Abdrehung mit einer nach unten weisenden Schulter 3, die sich auf eine Gegenschulter 4 in der Öffnung der Wand 2 des Reaktorgefäßes abstützt, wodurch im Betrieb des Reaktors eine erste Dichtung zwischen dem drehbaren Stopfen 1 und dem Gefäß erzielt ist. Diese Anordnung bedingt jedoch stets das Anheben des Stopfens, bevor der Stopfen gedreht werden kann, wenn der Reaktor stillgesetzt ist.

Die eigentliche Abdichtungsvorrichtung umfaßt zwei zum Stopfen 1 koaxiale rohrförmige Bauteile 5 und 6, die in axialer Richtung beweglich sind, und zwar unabhängig voneinander. Der innere rohrförmige Bauteil 5 trägt zwei dynamische, d. h. auch gleitend beanspruchte Dichtungen? und 8 von gleichen Abmessungen, die in nutenförmigen Eindrehungen untergebracht sind, welche sich in Richtung auf die gegenüberliegende Außenfläche des Stopfens 1 öffnen. Diese beiden Dichtungen sind ringförmig bzw. als Schlauchdichtungen ausgebildet und unter der Wirkung eines in diese Dichtungen über Kanäle 9 einlaßbaren Druckgases aufblasbar. Die Kanäle 9 sind in den inneren rohrförmigen Bauteil 5 gebohrt und am Ende dieses Bauteils mit einem nicht dargestellten Ventil versehen, das es gestattet, die Kanäle zwecks Aufblasens der Dichtungen mit einer äußeren Druckquelle zu verbinden.

In ihrer aufgeblasenen Stellung gewährleisten die dynamischen Dichtungen? und 8 die Abdichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche des Stopfens 1 und der inneren Wand des rohrförmigen Bauteils 5.

Der äußere rohrförmige Bauteil 6 trägt seinerseits zwei statische Dichtungen 10 und 11, die beide ringförmig ausgeführt sind und deren Aufblasen von außerhalb des Gefäßes über Leitungen oder Kanäle 12,13 erfolgen kann, die in den äußeren rohrförmigen Bauteil 6 gebohrt sind. Wie die Kanäle 9, so sind auch die Kanäle 12 und 13 bis an die Außenfläche des Bauteils 6 verlängert und weisen nicht dargestellte Ventile auf, an die während der in Frage kommenden Zeit Speiseleitüngen angeschlossen werden können, die die Verbindung mit einer Druckgasquelle herstellen. Die beiden Dichtungen 10 und 11 sind in zwei ringnutförmigen Ausnehmungen untergebracht, die sich an der inneren Fläche des äußeren rohrförmigen Bauteils 6 gegenüber dem rohrförmigen Bauteil 5 öffnen.

Die im oberen Abschnitt des äußeren rohrförmigen Bauteils 6 angeordnete statische Dichtung 10 ist bei dem Ausführungsbeispiel genauso aufgebaut wie die dynamischen Dichtungen 7 und 8, die an der Innenseite des inneren rohrförmigen Bauteils 5 vorgesehen sind. Die statische Dichtung 11, die an dem unteren Bereich des äußeren rohrförmigen Bauteils sitzt, hat die Besonderheit, daß sie sich in ihrer nicht aufgeblasenen Stellung abflachen kann, aber radial stark aufweitbar ist und — wenn der innere rohrförmige Bauteil angehoben ist — sich in ihrer aufgeblasenen Stellung unmittelbar an die äußere Fläche des Stopfens 1 anlegen kann, um so die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil und dem Stopfen zu gewährleisten.

Die Abdichtungsvorrichtung umfaßt schließlich zwei volle statische Ringdichtungen 14,15, die in ringförmigen Dichtungsnuten 16,17 untergebracht sind, welche in den unteren Stirnflächen der rohrförmigen Bauteile 5 und 6 vorgesehen sind. Diese Ringdichtungen gewährleisten die Abdichtung zwischen den unteren Stirnflächen der rohrförmigen B auteile und einer Dichtungs-Stützfläche 18, die als gerade Schulter in der Öffnung der Wand 2 des Reaktorgefäßes angearbeitet ist.

Die in dem inneren rohrförmigen Bauteil 5, dem äußeren rohrförmigen Bauteil 6 und in der Wand 2

ίο des Reaktorgefäßes vorgesehenen Leitungen oder Kanäle 19, 20 und 21 gestatten es, in dem freien Zwischenraum zwischen dem Stopfen 1, den dynamischen Dichtungen 7, 8, zwischen den statischen Dichtungen 14,15 und 10 und zwischen den inneren und äußeren rohrförmigen Bauteilen 5 und 6 eine ausreichende Menge eines Edelgases, wie Argon, einzuspeisen, um so die Abdichtung nach außen zwischen diesen unterschiedlichen Elementen zu vervollständigen bzw. zu verbessern. Diese Leitungen oder Kanäle 19, 20 und 21 endigen zu diesem Zweck in einem nicht dargestellten Ventil, an das während der erforderlichen Zeit für das Einführen des Gases eine Speiseleitung von einem Gasvorratsbehälter angeschlossen werden kann.

In der normalen Stellung der Bauteile der Abdichtungsvorrichtung gemäß F i g. 2 und bei Betrieb des Reaktors wird die Abdichtung nach außen durch Aufliegen der Innenschulter 3 des Stopfens 1 auf die Gegenschulter in der Öffnung der Gefäßwand 2, vVeiterhin durch die beiden dynamischen Dichtungen 7, 8, durch die beiden statischen Dichtungen 14,15 und schließlich durch die statische Dichtung 10 gesichert.

In der Stellung für die Drehung des Stopfens 1, wie sie in F i g. 3 veranschaulicht ist, befindet sich der Reaktor nicht in Betrieb; die Abdichtung nach außen ist gesichert durch die dynamischen Dichtungen 7, 8, die statischen Dichtungen 14,15 und die statische Dichtung 10.

Für das Ersetzen der dynamischen Dichtungen 7, 8 bei Stillstand des Reaktors, während der drehbare Stopfen 1 in seiner abgesenkten Stellung bleibt, werden die folgenden Maßnahmen durchgeführt:

a) Anheben des inneren rohrförmigen Bauteils 5

bis zu der in F i g. 4 gezeigten Stellung,
b) Aufblasen der Schlauchdichtung 11, um die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil 6 und dem Stopfen 1 zu bewirken,

c) Ablassen des Druckes aus der statischen Dichtung 10 und den beiden dynamischen Dichtungen 7, 8 (F i g. S),

d) Entfernen des inneren rohrförmigen Bauteils 5 und Ersetzen der dynamischen Dichtungen 7, 8.

Für das Auswechseln der statischen Dichtungen 10 und 11 geht man bei Stillstand des Reaktors und Lage des Stopfens 1 in seiner unteren Stellung folgendermaßen vor:

a) Ablassen des Druckes aus der statischen DichtunglO,

b) Herausziehen des äußeren rohrförmigen Bauteils 6 und Ersetzen der statischen Dichtungen 10 und 11.

Aus der Beurteilung der vorangehend geschilderten Maßnahmen ergibt sich, daß das Ersetzen der dynamischen und statischen Dichtungen der Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung besonders einfache und vollkommen risikolos ist, da die Abdich-

tung dauernd durch einen Teil der Abdichtungsvorrichtung aufrechterhalten wird.
. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte und soeben beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt; man kann gegebenenfalls in Einzelheiten abweichende Ausführungsformen wählen, ohne damit den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Insbesondere können die statischen und dynamischen Dichtungen ebensogut Lippendichtungen sein, wie aufblasbare Dichtungen. Sie können vorzugsweise in dem einen und dem anderen Fall in ihrer Anliegezone eine größere Dicke aufweisen, die ihren mechanischen Widerstand bzw. ihre mechanische Festigkeit an dieser Stelle erhöht.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Abdichtungsvorrichtung für einen drehbaren Stopfen eines Atomkernreaktors derjenigen Bauart, bei dem der aktive Reaktorteil durch Umlauf von flüssigem Metall gekühlt wird und wobei der Stopfen sich auf die zylindrische Wand eines Bauteils des Reaktors abstützt, die den Stopfen koaxial umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stopfen (1) und dem Stützelement (2) zwei zum Stopfen koaxiale rohrförmige Bauteile (5, 6) unabhängig von ihm und voneinander axial verschiebbar vorgesehen sind, daß jeder dieser Bauteile (5, 6) mit seinem unteren Ende auf einer Schulter (18) des Stützelementes (2) aufsitzt, daß der innere rohrförmige Bauteil (5) zumindest eine mechanische Dichtung (7, 8) trägt, um die Abdichtung zwischen diesem Bauteil und dem Stopfen zu gewährleisten, daß zwei mechanische Dichtungen (10,11) an dem äußeren rohrförmigen Bauteil (6) vorgesehen sind, von denen die eine obere (10) die Abdichtung zwl·- sehen den beiden rohrförmigen Bauteilen gewährleistet und die andere untere (11) die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil (6) und dem Stopfen (1), wenn der innere rohrförmige Bauteil in eine hohe Stellung gebracht ist, und daß eine statische Ringdichtung (14,15) zwischen den unteren Enden jedes der rohrförmigen Bauteile und der entsprechenden Stützschulter (18) des Stützelementes vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Dichtungen (7, 8,10) Lippendichtungen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Dichtungen (7, 8,10,11) in an sich bekannter Weise aufblasbare Dichtungen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere rohrförmige Bauteil (5) zwei einander gleiche an sich bekannte aufblasbare Dichtungen (7, 8) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trag- oder Stützelement (2) mit einer einzigen Innenschulter (18) für das Abstützen der unteren Enden der rohrförmigen Bauteile (5, 6) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufblasbaren Dichtungen (7, 8,10) aus einem elastomeren Werkstoff bestehen und je mit einer verdickten Wandstärke zumindest längs ihrer vorübergehenden Anlagefläche an dem Stopfen (1) oder dem inneren Rohr-Bauteil (5) versehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie während des Betriebes des Reaktors zur Aufnahme eines Volumens an Edelgas eingerichtet ist, das sich einerseits zwischen dem Stopfen (1), dem inneren rohrförmigen Bauteil (5) und den beiden von diesen getragenen Dichtungen (7, 8) und anderem seits zwischen den beiden rohrförmigen Bauteilen (5, 6) und der oberen, von dem äußeren rohrförmigen Bauteil (6) getragenen Dichtung (10) befindet.

Hierzu !.Blatt Zeichnungen