DE1589845C - Abdichtung für eine Durchbrechung eines Kernreaktordruckbehälters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtung für eine Durchbrechung eines Kernreaktorbehälters, der ein mit radioaktiven Teilchen versehenes Kühlmittel enthält, wobei der zwischen einer inneren und einer äußeren Dichtung ausgebildete Zwischenraum einen Druck aufweist, der höher als der Druck im Druckbehälter ist.

Eine Abdichtung der vorstehend betrachteten Art ist bereits bekannt (britische Patentschrift 965 014, Seite 2, Zeilen 46 bis 58). Mit Hilfe dieser bekannten Abdichtung wird normalerweise zwar erreicht, daß eine radioaktive Verunreinigung außerhalb des betreffenden Kernreaktordruckbehälters nicht auftritt; eine Anzeige, ob der Normalzustand vorliegt oder ein unzulässiges Leck aufgetreten ist, liefert diese bekannte Abdichtung nicht.

Es ist nun auch schon im Zusammenhang mit der Überwachung von Lecks in einem eine Flüssigkeit führenden Behälter eines Kernreaktors bekannt (französische Patentschrift 1213 532), einen Detektor zu verwenden, dessen elektrischer Widerstand sich bei Auftreten eines Lecks ändert. Diese Art der Überwachung von Lecks bedingt jedoch einen nicht ganz unbeachtlichen konstruktiven und schaltungstechnischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie eine Abdichtung der eingangs genannten Art auszubilden ist, damit eine Überwachung ihrer ordnungsgemäßen Funktionsweise möglich ist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Abdichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß der Zwischenraum für den Einlaß des von radioaktiven Teilchen gereinigten und unter Druck gesetzten Kühlmittels eine Vorrichtung aufweist, die mit einer Flußüberwachungseinrichtung versehen ist.

Die Erfindung wird vorteilhafterweise bei Kernreaktoren mit gasförmigen Kühlmitteln angewendet, insbesondere Hochtemperaturreaktoren, bei denen unter normalen Betriebsbedingungen Drücke von etwa 49 at auftreten.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Durchbrechung eines Kernreaktordruckbehälters.

F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Schnitts.

ίο F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Druckbehälter der in F i g. 1 und 2 dargestellten Art.

Fig.4 zeigt einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Druckbehälterabdichtung.

In den Fig. 1, 2 und4 ist ein Kernreaktordruckbehälter 11 gezeigt, der aus Spannbeton bestimmter Dicke besteht, um einem Druck widerstehen zu können, der erheblich über dem gewünschten Arbeitsdruck eines den betreffenden Kernreaktordruckbehälter 11 enthaltenden Kernreaktors liegt. Der Kernreaktordruckbehälter 11 weist eine Innenauskleidung 13 aus geeignetem Material auf, wie z.B. aus etwa 18 mm dickem Stahl, das im Innern des relativ porösen Spannbetons als Sperre gegen den Durchtritt einer Flüssigkeit oder eines Gases dient. Die Belastbarkeit des Kernreaktordruckbehälters 11 ergibt sich im wesentlichen aus der Belastbarkeit des Spannbetons. Die Auskleidung aus Stahl wirkt bei den herrschenden Betriebstemperaturen und -drücken normalerweise als kraftübertragende Membran.

In F i g. 1 ist eine vertikale Durchbrechung 15 eines Kernreaktordruckbehälters gezeigt. Diese Durchbrechung dient zur Brennstoffergänzung. Die betreffende Durchbrechung 15 ist im Oberteil des Kernreaktordruckbehälters 11 angeordnet und schafft einen Zugang zu dem Reaktorkern, der sich vertikal darunter befindet. Durch die betreffende Durchbrechung 15 sowie durch entsprechende weitere Durchbrechungen erfolgt eine Entfernung bzw. Ergänzung von Brennstoffelementen und von Teilen eines Reflektors, die den Reaktorkern bilden. Zur Verwendung von Gas- und Flüssigkeitsdichtungen in den Durchbrechungen 15 sind diese mit einem geeigneten Metall, wie Stahl, ausgekleidet. In dem aus F i g. 1 und 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine rohrförmige Auskleidung 17, die sich durch die gesamte Dicke des Kernreaktordruckbehälters 11 hindurch erstreckt und die mit ihrem dem Innern des betreffenden Kernreaktordruckbehälters zugewandten Ende mit der Innenauskleidung 13 verschweißt ist. Die rohrförmige Auskleidung 17 weist mehrere als Scher- oder Querringe bezeichnete und mit der Mantelfläche der rohrförmigen Auskleidung 17 verschweißte Ringe 19 auf, mit deren Hilfe die betreffende Auskleidung 17 in dem sie umgebenden Beton verankert ist.

In F i g. 1 und 2 ist der Kernreaktor als in der Betriebsstellung befindlich dargestellt, wobei die dargestellte Durchbrechung 15 des Kernreaktordruckbehälters 11 geschlossen ist. Während des Betriebs des Kernreaktors ist in den Kernreaktordruckbehälter 11 ein Steuerstabantrieb 21 eingeführt. Unterhalb dieses Steuerstabantriebes 21 befindet sich ein Steuerstabführungsrohr 23, das zwei in der Zeichnung nicht näher dargestellte Steuerstäbe enthält, die zur Steuerung der Kernreaktion in Kanälen des Reaktorkerns in wünschenswerter Weise verschiebbar sind.

Die Durchbrechung 15 ist durch innere und äußere Dichtungen 25 bzw. 27 abgeschlossen, wobei

zwischen diesen Dichtungen 25 und 27 ein Zwischenraum 29 gebildet ist. Bei den gezeigten Ausführungsformen der Durchbrechung 15 sind sowohl die inneren als auch die äußeren Dichtungen 25 bzw. 27 im Bereich der Außenfläche des Kernreaktordruckbehälters 11 vorgesehen. Ein normalerweise rohrförmiges Gehäuse 31, das mit der oberen Stirnfläche der rohrförmigen Auskleidung 17 verschweißt ist und das damit als Ansatz dieser Auskleidung dient, bildet eine gemeinsame Dichtungsfläche für die innere und äußere Dichtung 25 bzw. 27.

Die innere Dichtung 25 enthält einen als Hohlzylinder ausgebildeten ersten Verschluß 35, der im Bereich seines oberen Endes verschlossen und längs seiner Außenumfangsfläche abgestuft ist. Auf diese Weise ist eine nach unten zugekehrte horizontale Auflageschulter 37 gebildet, die zur Dichtung beiträgt. Obwohl der Verschluß 35 als ein Stück ausgebildet sein kann, ist er aus fertigungstechnischen Gründen normalerweise aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Die Auflageschulter 37 liegt hier auf einer nach oben zugewandten Stirnfläche 39 des rohrförmigen Gehäuses 31 auf. Ein in einer Nut der Auflageschulter 37 untergebrachter O-Ring 41 stellt ein Dichtungselement der inneren Dichtung 25 in der Durchbrechung 15 dar.

Der Verschluß 35 ist durch einen Klemmring 45 in seiner Lage gesichert. Der Klemmring 45 ist unmittelbar über dem oberen Ende des betreffenden Verschlusses 35 mit Hilfe von Schrauben 46 mit dem Gehäuse 31 verschraubt. Ein im wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildeter Teil 49 des Verschlusses 35 deckt die Durchbrechung 15 ab; der betreffende Teil 49 wird durch einen geteilten Ring 50 in seiner Lage gehalten. In dem Teil 49 sind Halterungen bzw. Verbindungsstücke vorgesehen, durch die zum Betrieb des Kernreaktors dienende Elemente durch die Durchbrechung 15 geführt werden können. Von diesen Elementen ist eines in der Zeichnung dargestellt; es handelt sich dabei um ein elektrisches Kabel 51, das außerhalb des Kernreaktordruckbehälters 11 durch die Seitenwand des Gehäuses 31 und oberhalb des Teiles 49 durch die Seitenwand des Verschlusses 35 sowie durch eine entsprechende Durchbrechung in dem Teil 49 geführt ist. Um den Verschluß 35 unversehrt zu lassen, ist die zur Durchführung des elektrischen Kabels 51 dienende Durchbrechung des kreisscheibenförmigen Teiles 49 durch eine Dichtung 53 verschlossen.

Die äußere Dichtung 27 weist eine im wesentlichen flache Stirnplatte 57 auf, die eine regelmäßige Sechseckform besitzt. Diese Stirnplatte ist mit Hilfe von Schrauben 59 mit der Stirnfläche des Gehäuses 31 verschraubt. Die äußere Dichtung 27 ist durch zwei konzentrisch angeordnete, Dichtungselemente darstellende O-Ringe 61 gebildet, welche in Nuten der Stirnfläche des Gehäuses 31 gehalten sind und welche die gewünschte Dichtheit gewährleisten, wenn die Stirnplatte 57 mit der Stirnfläche des Gehäuses 31 fest verschraubt ist.

Gemäß F i g. 3 sind Stäbe 65 von Ausnehmungen 63 aufgenommen, die längs bestimmter Kanten auf der Oberfläche der Stirnplatten 57 verlaufen. Die betreffenden Stäbe 65 sind dabei mit Hilfe von Schrauben 66 mit den benachbarten Stirnplatten verschraubt. Durch diese Verbindung benachbarter Stirnplatten wird für den unwahrscheinlichen Fall ein Schutz erreicht, daß das Gehäuse 31 oder die Auskleidung 17 zerstört und damit unter Umständen eine der vorgesehenen Durchbrechungen 15 nach außen hin durchbrochen ist.

Gemäß F i g. 2 ist der Zwischenraum 29 zwischen der unteren Stirnfläche der Stirnplatte 57, der oberen Stirnfläche des kreisscheibenförmigen Teiles 49, der Innenwand des Klemmringes 45, der Innenwand des oberen Teiles des Verschlusses 35 und der Innenwand des Gehäuses 31 gebildet. Die Zufuhr eines

ίο Kühlmittels in diesen Zwischenraum 29 erfolgt durch ein in der Stirnplatte 57 enthaltenes Sperrventil 67. Während des gesamten Betriebs des Kernreaktors wird der Zwischenraum mit einem hier durch ein Gas gebildeten Kühlmittel gespeist. Der Druck des betreffenden Gases liegt normalerweise etwa um 0,35 at höher als der im Kühlsystem des Kernreaktors und damit in dem Kernreaktordruckbehälter herrschende Betriebsdruck. Gemäß F i g. 2 wird der gewünschte Druck durch einen Kompressor 69 aufrechterhalten, der mit einer zur Reinigung dienenden Vorrichtung 71 verbunden ist. Diese Vorrichtung 71 ist ihrerseits über eine Leitung 73 mit dem ersten Kühlsystem bzw. Kernreaktordruckbehälter des Kernreaktors verbunden. Die betreffende Leitung 73 ist dabei mit dem erwähnten Kühlsystem in einem zur Eingangsleitung des Reaktorkernes benachbarten Bereich verbunden, in welchem das betreffende Kühlmittel unter einem erheblich höheren Druck steht als beim Verlassen des Reaktorkernes. Der Kompressor 69 ist so ausgelegt, daß er den Gasdruck um etwa 0,35 at zu erhöhen gestattet. Die zur Reinigung des Kühlmittels dienende Vorrichtung 71 entfernt radioaktive Teilchen aus dem betreffenden Kühlmittel, bevor dieses in den Kompressor 69 eintritt.

Durch den zwischen der inneren und der äußeren Dichtung 25 bzw. 27 gebildeten Zwischenraum 29 sowie durch diesem Zwischenraum entsprechende Zwischenräume, die jeweils mit einzelnen Durchbrechungen des Kernreaktordruckbehälters 11 in Verbindung stehen, sowie dadurch, daß in den betreffenden Zwischenräumen Drücke aufgebaut werden, die jeweils höher sind als der Betriebsdruck des Kernreaktors bzw. der Druck in den einzelnen Kernreaktordruckbehältern, ist gewährleistet, daß bei Auftreten von Lecks in den inneren Dichtungen 25 der Kühlmittelstrom zu dem Reaktorkern hin gerichtet ist. Wie eingangs bereits erwähnt, kann damit keine radioaktive Verunreinigung außerhalb des jeweiligen Kernreaktordruckbehälters auftreten.

Zur Anzeige des Auftretens eines Lecks sind sämtliche zu dem obenerwähnten Sperrventil 67 hinführenden Leitungen mit einer Flußüberwachungseinrichtung 75 versehen. Diese Flußüberwachungseinrichtung 75 liefert eine Anzeige in dem Fall, daß der in den betreffenden Zwischenraum 29 einströmende Kühlmittelfluß die normalerweise herrschenden statischen Bedingungen überschreitet. Die Kontrolle der jeweils vorgesehenen Flußüberwachungseinrichtungen 75 zeigt somit unmittelbar das Auftreten eines Leckes an, so daß dieses schnell beseitigt werden kann. An Stelle einzelner Flußüberwachungseinrichtungen 75 für die einzelnen Durchbrechungen kann auch eine einzige Flußüberwachungseinrichtung vorgesehen sein, die mit sämtlichen Leitungen und dem Kompressor 69 verbunden ist und die den Kühlmittelverlust sämtlicher Zwischenräume 29 anzuzeigen gestattet.

Um festzustellen, ob ein Leckverlust durch eine in-

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nere Dichtung 25 oder durch eine äußere Dichtung betreffende Halterung 119 auf dem Rohr 140 frei

27 hervorgerufen worden ist, ist für jede der äußeren verschiebbar ist. Zur Schaffung der gewünschten

Dichtungen 27 ein die Dichtheit überwachender Halterung und zur Anpassung an die in dem Rohr

Durchlaß 77 vorgesehen. Dieser Durchlaß 77 ist in und seinen zugehörigen Elementen auftretende ther-

dem Gehäuse 31 so vorgesehen, daß er in den ring- 5 mische Expansion bzw. Kontraktion sind die Halte-

förmigen Bereich zwischen den beiden konzentri- rungen 117 und 119 durch einen Balg 121 miteinan-

schen O-Ringen 61 hinführt. Durch Überwachung der verbunden. Der Balg 121 kann mit den Halterun-

dieses Bereichs auf das Auftreten von Kühlmittel, als gen 117 und 119 verschweißt sein. Die Halterung

welches Helium verwendet werden kann, kann somit 117 kann mit der Mantelfläche des äußeren Teiles

schnell festgestellt werden, ob ein Leckverlust bereits iu des Rohres 140 verschweißt sein, um verlustfreie

durch die äußere Dichtung 27 hervorgerufen wird. Verbindungen zu schaffen.

In F i g. 4 ist eine andere Ausführungsform der Er- Die äußere Halterung 119 ist über ein als Adapter

findung dargestellt. Gemäß F i g. 4 ist eine Durchbre- dienendes Anschlußglied 123 mit dem Ringteil 111

chung 91 in der Wand eines Kernreaktordruckbehäl- verbunden. Der Adapter 123 ist mit Hilfe von

ters 11 vorgesehen. Die betreffende Durchbrechung 15 Schrauben 125 mit dem Ringteil 111 und mit Hilfe

91 weist dabei einen größeren Durchmesser auf als von Schrauben 127 mit der Halterung 119 verbun-

die Durchbrechung 15 bei der zuvor betrachteten den. Bei dieser besonderen Anordnung sind beide

. Ausführungsform der Erfindung. In der Durchbre- verschraubten Elemente dicht abgeschlossen; sie bil-

chung 91 ist ein Zirkulator 93 für die Umwälzung den zusammen die mit 128 bezeichnete äußere Dich-

eines gasförmigen Kühlmittels untergebracht. Die 20 tung. Die betreffende Dichtung 128 zwischen dem

Durchbrechung 91 ist mit einer im wesentlichen Ringteil 111 und dem Adapter 123 ist durch zwei

rohrförmigen Auskleidung 95 versehen, die der Form konzentrisch zueinander angeordnete metallische

der betreffenden Durchbrechung angepaßt ist und Dichtungselemente 129 gebildet. Die Dichtung zwi-

die im Bereich ihres inneren Endes mit Hilfe geeig- sehen dem Adapter 123 und der Halterung 119 ist

neter Verbindungselemente mit der Auskleidung 13 25 durch zwei weitere, zueinander konzentrisch an-

des Kernreaktordruckbehälters 11 verschweißt ist. geordnete metallische Dichtungselemente 131 gebil-

Die rohrförmige Auskleidung 95 weist Scher- bzw. det.

Querringe 97 auf, mit Hilfe derer die Auskleidung 95 Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist ein Zwirn der Wand des Kernreaktordruckbehälters 11 ver- schenraum 133 gebildet. Die Länge dieses Zwischenankert ist. 30 raumes 133 entspricht der Länge der Durchbrechung

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist über 91. In dem als Adapter dienenden Anschlußglied einem zur Halterung dienenden Verschluß 101 eine 123 ist ein als Einlaßvorrichtung dienendes Sperrzur Innenauskleidung 13 des Kernreaktordruckbe- ventil 135 vorgesehen, durch welches das dem Komhälters benachbarte innere Dichtung 99 vorgesehen. pressor 69 entnommene Gas (Kühlmittel) in den Der betreffende Verschluß 101 ist mit der einen 35 Zwischenraum 133 eingeleitet wird. Durch DurchStirnfläche der rohrförmigen Auskleidung 95 ver- lasse 137 und 139, die mit den Ringräumen zwischen schweißt, und außerdem unterstützt er die Halterung den Dichtungselementen 129 bzw. 131 in Durchdes Zirkulators 93. Ein den Zirkulator 93 haltender gangsverbindung stehen, wird eine Anzeige im Falle ringförmiger Haltebügel 103 ist mit Hilfe von des Auftretens eines Lecks in den äußeren Dichtun-Schrauben 105 mit dem betreffenden Verschluß 101 40 gen erleichtert. Entsprechend der Ausführungsform verbunden. Die eigentliche Abdichtung erfolgt durch nach F i g. 1 und 2 ist auch bei der Ausführungsform entsprechende Mittel, wie z.B. durch eine Dichtung nach Fig.4 eine Flußüberwachungseinrichtung mit bzw. durch einen O-Ring 109, der von einer Nut des dem als Einlaßvorrichtung dienenden Sperrventil 135 Haltebügels 103 aufgenommen ist. verbunden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung

An dem äußeren Ende der rohrförmigen Ausklei- 45 entspricht im übrigen der Wirkungsweise der zuvor

dung ist ein Ringteil 111 vorgesehen, der beispiels- betrachteten Anordnung. Der Unterschied zwischen

weise mit der Auskleidung verschweißt ist. Der Ring- beiden Anordnungen besteht lediglich darin, daß die

teil 111 dient als Ansatz, der zu einem Bereich innere Dichtung 99 der Durchbrechung 91 zu der In-

außerhalb der Außenumfangsfläche des Kernreak- nenfläche des Kernreaktordruckbehälters 11 benach-

tordruckbehälters 11 führt. Der Zirkulator 93 für das 50 bart ist.

Kühlmittel und seine in der Durchbrechung 91 kon- Die Verwendung des Kompressors 69 als der das

zentrisch geführte Leitung 140 sind an dem äußeren Kühlmittel unter Druck setzenden Einrichtung, die

Ende durch eine balgartige Halterung 115 gehaltert, sowohl mit der Einlaßvorrichtung in dem jeweiligen

die mit dem Ringteil 111 verschraubt ist. Kernreaktordruckbehälter als auch mit dem Kühl-

Die Halterung 115 weist zwei benachbart zur Man- 55 mittel des Kernreaktordruckbehälters verbunden ist,

telfläche des konzentrisch zu dem Zirkulator 93 ge- schafft auf jede Druckänderung in einem Kernreak-

führten Rohres angeordnete rohrförmige Halterun- tordruckbehälter hin eine automatische Regelung des

gen 117 und 119 auf. Die innere Halterung 117 steht Druckes in dem jeweiligen Zwischenraum. Dadurch

mit der Umfangsfläche des Rohres 140 in Beruh- ist gewährleistet, daß in jedem Zwischenraum zwi-

rung; sie dient als Haltefläche. Der Innendurchmes- 60 sehen innerer und äußerer Dichtung stets der in dem

ser der äußeren Halterung 119 ist etwas größer als jeweiligen Kernreaktordruckbehälter herrschende

der Außendurchmesser des Rohres 140, so daß die Druck überschritten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abdichtung für eine Durchbrechung eines Kernreaktordruckbehälters, der ein mit radioaktiven Teilchen versehenes Kühlmittel enthält, wobei der zwischen einer inneren und einer äußeren Dichtung ausgebildete Zwischenraum einen Druck aufweist, der höher als der Druck im Druckbehälter ist, · dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum für den Einlaß des von radioaktiven Teilchen gereinigten (71) und unter Druck gesetzten (69) Kühlmittels eine Vorrichtung aufweist, die mit einer Flußüberwachungseinrichtung (75) versehen ist.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Dichtung aus zwei durch einen weiteren Zwischenraum getrennten Dichtungselementen besteht und daß an diesen weiteren Zwischenraum eine Lecküberwachungseinrichtung angeschlossen ist.

3. Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (69) zum Unterdrucksetzen des Kühlmittels sowohl mit der Einlaßvorrichtung als auch mit dem Kühlmittel des Kernreaktordruckbehälters verbunden ist.