-
Scnnellabschiltsorrichtung für wassergekuhlte Atomreaktoren Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Schnellabschaltvorrichtung für einen wassergekuhlten
Atomreaktor mit mehreren Steuerorganen, von denen jedes aus einem Steuerstab und
einem Antriebsorgan besteht, das eine mittels eines unter Druck gesetzten Druckwasservolumens
getriebene Schnellantriebseinrichtung zum ochnelleinschieben des Steuerstabes in
den Reaktorkern aufweist, einer Druckmittelquelle zur Lieferung eines Druckmittels
mit höherem Druck als dem Reaktordruck, Mitteln zum Unterdrucksetzen des Druckwasservolumens
mittels des von der Druckmittelquelle kommenden Druckmittels im Halle einer Auslösung
der Schnellabschaltvorrichtung, Wänden, die einen Raum begrenzen, der normalerweise
das Druckwasservolumen enthält, und mit Mitteln, um bei Auslösung der Schnellabschaltvorrichtung
das Druckwasser vom Druckwasserraum zu der Schnellantriebseinrichtung zu Seiten,
wobei die Unterdrucksetzungsmittel eine Leitung, ein Schnellschlußventil und ein
Prüfventil aufweisen, welche Ventile in der Leitung Liegen, die mit einem ersten
Abschnitt zwischen der Druckmitteiquelle und dem einen der Ventile angeschlossen
ist, mit einem zweiten Abschnitt die Ventile miteinander verbindet und einen dritten,
von dem zweiten der Ventile ausgehenden Abschnitt
hat, und wobei
das Schnellschlußventil normalerweise verhindert, aber bei Auslösung der Schnellabschaltvozichtung
allä93t, daß Druckmittel von der Druckmittelquelle zu dem dritten Leitungsabschnitt
strömt und dadurch das Druckwasser unter Druck setzt, und das Prüfventil normalerweise
das Druckmittel von dem einen der Leitungsabschnitte zu dem nächstliegenden strömen
läßt.
-
In verschiedenen Notlagen, beispielsweise bei zu hohem Neutronenflußniveau,
zu schneller Zunahme des Nedronenflusses und zu hohem Druck im Reaktor, muß die
Reaktion im Reaktor schnell unterbrochen werden. Ein mehr und mehr bevorzugtes Verfahren,
ein solches Schnellabschalten vorzunehmen, besteht darin, die normalen Steuerstäbe
des Reaktors schnell in den Reaktorkern zu schieben. Um gleichzeitig sowohl bei
den normalen Bewegungen der Steuerstäbe als auch bei einem schnellen Einschieben
bei plötzlicher Außerbetriebsetzung eine hohe Präzision erreichen zu können, ist
es üblich, für jede dieser Punktionen ein separates hntriebsorgan zu verwenden.
Vorzugsweise wird für die normale Bewegung des Steuerstabes ein mechanisches Antriebsorgan
mit einer motorgetriebenen Schraubenspindel und für das Schnell einschieben des
Steuerstabes ein hydraulisches Antriebsorgan mit einer hohlen, die Schraubenspindel
umgebenden Kolbenstange verwendet. Bei Zufuhr von Druckwasser schiebt die Kolbenstange
den Steuerstab vollkomtaen unabhängig von dem mechanischen Antriebsorgan in den
Kern. Ein solches Antriebsorgan für Steuerstäbe ist z.B. durch die schwedische Patentschrift
314 749 bekannt.
-
Es ist früher vorgeschlagen worden, daß das hydraulische System zum
Schnelleinschieben einen Wassertank, einen Stickstofftank und einen weiteren Tank
(Dumping-Tank) für Stickstoff sowie einen Stickstoffvorrat aufweist. Der Stickstofftank
und der Wassertank stehen in offener Verbindung miteinander, so daß der Druck des
Stickstoffes direkt auf die Wasseroberfläche im Wassertank einwirkt. Ein Druckregelungssystem
sorgt dafür, daß dieser Druck ständig auf einem gewissen Wert gehalten wird, z.B.
auf 24 Bar, der über dem jeweils herrschenden Reaktordruck liegt.
-
Bei Senkung des Reaktordruckes wird somit ein Teil des Stickstoffes
vom Stickstofftank in den Iumping-Tank geleitet und bei ~erhöhung des Reaktordruckes
wird Stickstoff vom Stickstoffvorrat in den Stickstofftank geleitet. Ein Kompressor
komprimiert den Stickstoff im Dumping-Tank und leitet ihn zum Stickstoffvorrat zurück.
-
Dieses bekannte System ist nicht nur kostspielig und wegen der vielen
Behälter platzfordernd, sondern es sind vor allem die Zuganglichkeit der Vorrichtung
und auch die Betriebssicherheit nicht zufriedenstellend. Wenn man die Forderung
auf zufriedenstellende Zugänglichkeit erfüllen will, führt dies zu einer bedeutenden
Vergrößerung des Bauvolumens und damit zu einer Abnahme der Betiriebssicherheit.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß die Betriebssicherheit auch dann erhalten bleibt,
wenn die Elemente gut zugänglich
angeordnet sind.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß durch das
Prüfventil bei Prüfung des Schnellschlußventils die Strömungsverbindung zwischen
den beiden an das Prüfventil angeschlosenen Leitungsabschnitten sperrbar ist, daß
Mittel zur Steuerung der Ventile derart vorgesehen sind, daß ein kleines Druckmittelvolumen
mit demselben Druck, wie er in der Druckmittelquelle herrscht, zuerst im zweiten
Leitungsabschnitt eingeschlossen und dann dem dritten'Leitungsabschnitt zugeleitet
wird, und daß Anzeigemittel vorgesehen sind, die anzeigen, ob das betreffende Ventil
geöffnet oder geschlossen ist, wodurch das SchneDschlußventil auch bei Betrieb des
Reaktors ohne nennenswerten Verlust von Druckwasser aus dem Druckwasserraum geprüft
werden kann.
-
Bei einer solchen Ausbildung der Vorrichtung sinkt die Betriebssicherheit
nicht, wenn die Zugänglichkeit verbessert wird.
-
Gleichzeitig werden auf einfache Weise Folgefunktionen bei unerwunschter
Auslösung verhindert. Zum größten Teil besteht die Vorrichtung aus handelsüblichen
Komponenten, d.h. Komponenten mit einer ziffernmäßig bekannten Zuverlässigkeit,
die nicht besonders hergestellt werden müssen, sondern vom Hersteller eines Reaktors
gekauft werden können. Dadurch ist die Schnellabschaltvorrichtung gemäß der Erfindung
auch bedeutend billiger
als die bekannte Vorrichtung.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch den unteren Teil eines mit einer
Schnellabschaltvorrichtung gemäß der Erfindung versehenen Reaktors, Fig. 2 schematisch
ein Steuerstabantriebsorgan im Längenschnitt, das besonders für die Schnellabschaltvorrichtung
geeignet ist, Fig. 3 eine zu der Schnellabschaltvorrichtung gehörende druckkompensierte,
einstellbare Drossel und Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsformen von Schnellabschaltvorrichtungen
gemäß der Erfindung.
-
Der in Fig. 1 gezeigte Reaktor 1 ist ein Siedewasserreaktor.
-
Der Reaktorkern 2 ist auf übliche Weise aus Brennstäben aufgebaut,
die zu Brennstoffkassetten 3 zusammengesetzt sind, von denen nur zwei angedeutet
wurden. Die Brennstoffkassetten werden von einem Kernboden 4 getragen und der Kern
ist von einem Moderatorgefäß 5 umgeben, das seinerseits von einem Reaktordruckgefäß
6 so umgeben ist, daß ein rohrförmiger, vertikaler spalt 7 besteht. Im unteren Teil
des Spaltes sind mehrere Umwälzpumpen
8 angeordnet, von denen nur
eine gezeigt ist. Jede Pumpe hat einen außerhalb des Reaktordruckgefäßes angeodneten
Motor 9, eine vertikale Pumpenwelle 10, ein Pumpengehäuse 11 mit gekrümmtem Durchlauf,
eine in den Spalt 7 mündende Eintrittsöffnung, eine in den unteren, unter dem Kernboden
4 befindlichen Teil des Moderatorgefäßes 5 mündende Austrittsöffnung und ein im
Pumpengehäuse angeordnetes und von der Pumpenwelle getriebenes Pumpenrad 12. Das
Reaktordruckgefäß 6 ist im Bereich 13 fIir die Durchführung der Pumpenwelle örtlich
verstärkt.
-
Mehrere vertikale Steuerorgane 14, von denen nur eines gezeigt ist,
durchgreifen den Bodenteil des Reaktordruckgefäßes 6 innerhalb des Kranzes aus Umwälzpumpen.
Jedes Steuerorgan besteht aus einem Steuerstab 15 und einem Antriebsorgan 16 für
den Steuerstab. Unter dem Kern 2 ist der Steuerstab von einem Steuerstableitrohr
17 umgeben, das oben mit einer Kassettenabstellplatte für vier quadratisch angeordnete
Brennstoffkassetten 5 versehen en ist, zwischen den/sich ein kreuzförmiger Spalt
bildet. In diesem Spalt kann der gezeigte Steuerstab 15, der auch einen kreuzförmigen
Querschnitt hat, verschoben werden. Die Steuerstäbe können jedoch auch sogenannte
Fingersteuerstäbe sein una in die Brennstoffkassetten eingreifen.
-
Das in Fig. 2 genauer dargestellte Antriebsorgan 16 arbeitet mechanisch-hydraulisch
und hat eine Doppelfunktion, d.h. es hat eine mechanische Antriebsanordnung zur
normalen bewegung des Steuerstabes 15 und ein hydraulisches Antriebssv--tem zum
Schnelleinschieben
des Steuerstabes in den Reaktorkern 2. Die Hauptbestandteile
des Antriebsorganes sind ein elektrischer Motor 18 mit Zabnradgetriebe, eine Schraubenspindel
19, eine Mutter 20, eine Kolbenstange 21 und ein doppelwandiges Gehäuse 22. Die
Ivlutter 20 hat einen nicht gezeigten Gewindeeinsatz aus Graphit, der unter einer
axialen Druckvorspannung steht, undbst gegen Drehung durch Graphitblöcke 23 gesichert,
von denen einer gezeigt ist. Die Graphitblöcke laufen in im Gehäuse 22 angeordneten,
axialen, Führungen 27, von denen nur eine gezeigt ist, so daß sie sich axial bewegen,
wenn der Motor 18 die Schraubenspindel 19 über eine Kupplung 28 dreht. Die Kolbenstange
21 ist rohrförmig und umschließt die Schraubenspindel 19. Sie ist unten mit einem
Kopf 24 versehen, der Führungsvorsprünge 31 aufweist, von denen nur einer gezeigt
ist, die in die genannten Führungen 27 eingreifen, sowie federbelastete (Federn
29) mechanische Sperren 30, von denen ebenfalls nur eine gezeigt ist. Die Kolbenstange
21 geht durch eine am oberen Ende des Gehäuses 2? angeordnete Dichtung 25 und ist
oben mittels einer Betätigungsstange 26 (Fig. 1) direkt mit dem Steuerstab 15 verbunden.
-
Das Gehäuse 22 hat oben einen Anschluß 37 für die Zufuhr von Druckmittel
beim Schnellabschalten sowie für die kontinuierliche Zufuhr eines kleineren Heizwasserflusses
und eines Sperrflusses, der aktiven Schlamm daran hindern soll, in das Antriebsorgan
16 zu fallen und sich dort anzusammeln. Dieser kleinere
Fluß strömt
in der Kolbenstange 21 aufwärts und verläßt diese durch einen an ihrem oberen Ende
angeordneten kleinen Durchlaß 62, von wo er in den Reaktor geleitet wird.
-
Das Gehäuse 22 besteht aus einem äußeren Gehäuseteil 32,einem inn-eren
Gehäuseteil 33 und einer Bodenplatte 34. Die Gehäuseteile 32 und 33 sind rohrförmig
und der äußere Gehäuseteil hat einen Innendurchmeseer, der größer ist als der Außendurchmesser
des inneren Gehäuseteiles 33. Das Gehäuse 22 ist also derart doppelwandig, daß sich
zwischen seinen Wänden 32 und 33 ein vertikaler, rohrförmiger Spalt 35 befindet.
Der Spalt 35 ist nach oben im wesentlichen mittels einer am inneren Gehäuse teil
33 gehaltenen Dichtung 36 und nach unten mittels einer nicht gezeigten, zwischen
der Bodenplatte 34 und dem äußeren Gehäuseteil 33, oder einer zwischen dem äußeren
und dem inneren Gehäuseteil angeordneten Dichtung abgedichtetGnd dafür vorgesehen,
im wesentlichen das Druckwasser aufzunehmen, das zum Schnell einschieben der Steuerstäbe
erforderlich ist. Der Spalt 35 hat außerdem oben eine Eintrittsöffnung 37 für unter
hohem Druck stehendes Druckgas und ist unten über mehrere Drosselöffnungen 38, in
denen eine Druckreduzierung erfolgt, mit einem vom inneren Gehäuseteil 33 eingeschlossenen
Raum verbunden. Die Druckgaseintrittsöffnung 37 geht durch den äußeren Gehäuseteil
32 und ist, wie aus Fig. 1 hervorgeht, an eine Druckgasleitung angeschlossen, die
normal er weise eine kleinere Menge Wasser enthält, die sich beim Auslösen einer
Schnellabschaltung mit dem im Spalt 35 befindlichen Druckwasservolumen vereinigt.
-
Die Schraubenspindel 19 ist oben mit einer Führung 43 versehen, die
das obere Ende der Spindel an der Innenseite der Kolbenstange 21 abstützt. Unten
durchg<ift die Schraubenspindel die Bodenplatte 34 und eine in dieser angeordnete
Stopfbuchse 39,unter halb der die Kupplung 28 angeordnet ist. Der äußere Gehäuseteil
32 ist unten mit einem Flansch 40 und die Bodenplatte 34 mit einem Gegenflansch
41 versehen. An der Unterseite der Bodenplatte 34 ist der Motor 18 befestigt und
auf ihrer Oberseite der innere Gehäuseteil 33. Dadurch bildet das ganzeAntriebsorgan
ohne den äußeren Gehäuseteil 32 ein Aggregat, das als Einheit in den äußeren Gehäuseteil
32 einsetzbar und an diesem mittels Schrauben 42, von denen eine gezeigt ist, befestigbar
ist. Der äußere Gehäuseteil 32 besteht bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform
aus einem unlösbar am Reaktordruckgefäß 6 befestigten Stutzen.
-
Normalerweise ruht die Kolbenstange 21 auf der Mutter 20, bewegt sich
also zusammen mit dieser. Dabei sind die genannten Sperren 30 unwirksam, da sie
eingezogen sind. Beim Schnell einschieben wird die Kolbenstange 21 von dem hydraulischen
Druck beeinflu.t, wobei sie zusammen mit den Steuerstab 15 nach oben geschoben wird
und ihre Anlage an der Mutter 20 verläßt. Dadurch werden die an der Kolbenstange
befindlichen Sperren 30 ausgelöst, die in am inneren Gehäuse 33 angeordnete Zahnstangen
44 eingreifen, von denen nur eine gezeigt ist. Dadurch wird der Steuerstab 15 daran
gehindert, wieder aus dem Kern 2 auszutreten,
wenn der hydraulische
Druck sinkt. Eine fortgesetzte aufwärts gerichte-te Bewegung bis zu einer Höchststellung
ist jedoch möglich, da die Sperren dabei über die Zähne der Zahnstangen hinweggleiten.
Beim Schnellabschalten starten gleichzeitig die elektrischen Motoren 18, wobei die
Mutter 20 in ihre höchste Lage geschraubt wird. Wenn das Gewicht des Steuerstabes
15 wieder auf der Mutter ruht, werden die Sperren automatisch gelöst, wonach eine
Abwärtsbewegung erfolgen kann.
-
Die Schnellabschaltvorrichtung gemäß Fig. 1 hat acht Schnellabschaltgruppen,
die parallel und unabhängig voneinander arbeiten. Jeder Schnellabschaltgruppe sind
sechs Steuerorgane zugeordnet, die im wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt
des Kernes verteilt sind. Selbstverständlich kann die Schnellabschaltgruppe auch
mew oder weniger Steuerorgane bedienen.
-
Sioherheitsanalysen und wirtschaftliche Überlegungen haben gezeigt,
daß vier bis sieben Steuerorgane pro Gruppe zweckmäßig sind. Natürlich kann auch
die Anzahl der Gruppen variieren, Ein Siedewasserreaktor für 750 f kann z.B. zwölf
Gruppen mit je sechs bis sieben Steuerorganen haben.
-
Zu jeder Gruppe gehören eine Druckgasquelle 45 sowie Ventile und Leitu;
Die Druckgasquelle kann aus einem Gasbehalter oder, wie gezeigt, aus mehreren Gasflaschen
45 bestehen, in denen der Druck auf z.B. 120 Bar gehalten wird. Von jeder Gasflasche
geht
eine kurze leitung ab, die die Flasche mit einem Ende eines
ersten Abschnittes 46t einer Gruppenhauptleitung 46 verbindet.
-
Das andere Ende des Abschnittes 462 ist an ein Ventil angeschlossen,
das gemäß Fig. 1 ein normalerweise offenes Prüfventil 65 ist, aber auch aus einem
normalerweise geschlossenen Schnellschlußventil 47 bestehen kann. Der zweite Leitungsabschnitt
46 verbindet die Ventile 65 und 47 miteinander und der dritte Leitungsabschnitt
46n' verbindet das Schnellschlußventil 47 bzw.
-
das Prüfventil 65 mit einer Verteilungsleitung, von der sechs Abzweigungen
48, nämlich. eine für jedes Steuerorgan der Gruppe, zur Druckgaseintrittsöffnung
37 des Antriebsorgans führen.
-
Das Schnellschlußventil 47 und das Prüfventil 65 werden von einer
Steuereinheit 49 an sich bekannter Art gesteuert. Die Steuereinheit entscheidet
aufgrund der von den verschiedenen Teilen des Atomkraftwerkes ankommenden Meßwerte,
ob eine Schnellabschaltung ausgelöst werden soll oder nicht. Außerdem sorgt sie
für die automatische PrEfung und Bewegung der Schnellabschaltgruppe und verhindert
ein unerwünschtes Auslösen der Schnellabschaltvorrichtung.
-
Als Ursachen zum Auslösen der Schnellabschaltvorrichtung können genannt
werden: zu hohes Neutronenflußniveau, zu schnelle Zunahme des Neutronenflusses,
zu niedriger Wasserstand im Reaktor, zu hoher Druck im Reaktor, zu hoher Druck im
Turbinenkondensator, Ventilsperrungen in zur Turbine führenden Dampfhauptleitungen,
zu hohes Strahlungsniveau im Schornstein und Ausfall der Stromversorgung.
In
Fig. 1 sind nur eine von einer Neutronenflußmeßsonde im Kern kommende Signalleitung
50, eine von einem Druckwächter 66 kommende Signalleitung 67, der an den dritten
Leitungsabschnitt 46' der Gruppenhauptleitung angeschlossen ist, eine zum Schnellschlußventil
47 führende Signalleitung 51 und eine zum Prüfventil 65 führende Signalleitung 68
angedeutet. Die zwischen den Gasflaschen 45 und dem Druckwächter 66 angeordneten
zur Gruppe gehörenden Teile werden zweckmäßigerweise außerhalb des Sicherheitsbehälters
des Reaktors angeordnet. Die Abzweigungen 48 können, wenn erwünscht, mit nicht gezeigten
Rückschlagventilen versehen sein, die eine Strömung zu den Antriebsorganen zulassen,
eine Strömung in umgekehrter Richtung jedoch verhindern.
-
Zum Auffüllen der Gasflaschen 45 sämtlicher Gruppen ist ein Gasvorratsbehälter
52 mit einem Druck von z.B. 200 Bar vorhanden.
-
Von dem Gasvorratsbehälter geht eine Hauptleitung 5 aus mit einem
normalerweise offenen Sperrventil 68t, einem Druckwächter 69 und einem normalerweise
geschlossenen, ferngesteuerten(Steuer organ 70') Ventil 70 mit einem Niveauanzeiger
71. Die Hauptleitung 53 teilt sich in acht Zweige 72 auf, von denen jeder zu einer
Gruppe gehört. Jeder Zweig 72 enthält ein normalerweise geschlossenes Sperrventil
73 und ein Rückschlagventil 74 und ist an den zweiten Abschnitt 46" der Gruppenhauptleitung
angeschlossen. Zur Gruppe gehört ein weiterer Druckwächter 77, der an den zweiten
Leitungsabschnitt 462t angeschlossen ist, und ein weiteres Rückschlagventil 61,
das im drittel Leitungsabschnitt
462 liegt. Sowohl das Schnellschlußventil
47 als auch das Prüfventil 65 sind fernsteuerbar (Steuerorgane 47t bzw.
-
65') und mit Niveauanzeigern 75 bzw. 76 versehen.
-
Um einen Temperaturschock beim Schnell abschalten zu verhindern, und
um zu vermeiden, daß Verunreinigungen in Form von aktivem Schlamm vom Moderator
in die Antriebsorgane 16 füllen und sich dort ansammeln, wird mittels einer Leitung
78 vom Reaktor ein kleinerer Wasserstrom abgeleitet, der mittels einer Pumpe 55
unter Druck gesetzt wird. Dieser Strom strömt durch einen Durchflußregler 56, der
in Fig. 3 näher gezeigt wird, und durch ein normalerweise offenes Sperrventil 79
oder alternativ durch eine zum Ventil 79 parallelgeschaltete Drosselleitung 80 mit
einem Durchflußmeßorgan 81 und einem normalerweise geschlossenen Ventil 82, zu den
acht Abzweigungen 57, von denen jede einer Gruppe zugeordnet ist. Anschließend an
die jeweilige Abzweigung 57 wird der Strom in den dritten Abschnitt 46"' der Gruppenhauptleitung
weitergeleitet, der zwischen dem Rückschlagventil 61 und den Abzweigungen 48 liegt.
-
Jede Abzweigung 57 enthält ein Regelventil 58, ein normal er weise
offenes Sperrventil 59 und ein Rückschlagventil 60. Die Rückschlagventile 60 und
61 verhindern, daß Gas bzw. Wasser in das Wasser- bzw. Gassystem dringt. Jedoch
können kleinere Mengen Wasser und Gas, die an den Rückschlagventilen vorbeilecken,
durch
nicht gezeigte Abflußleitungen abgeleitet werden. Wenn der Wasserstrom in den dritten
Leitungsabschnitt 46gekommen ist, wird er durch die Abzweigungen 48 und durch Druckgasanschlüsse
37 in die Antriebsorgane 16 geleitet. Im Antriebsorgan läuft der Hauptteil des Wassers
durch den Spalt 35 (siehe Big. 2) nach unten, und erwärmt das im Spalt befindliche
Druckwasser, und dann durch die Öffnungen 38 in den inneren Gehäuseteil 33. Der
Hauptteil wird danach durch die hohle Kolbenstange 21 geleitet, aus der es durch
einen kleinen Durchlaß 62 zum oberen Teil des Antriebsstutzens 32 oder dem unteren
Teil des Steuerstableitrowhres 17 und weiter nach oben durch den Reaktor geleitet
wird.
-
Ein kleiner Teil des Wasserstromes gelangt vom oberen Teil des Spaltes
35 an der Dichtung 36 vorbei direkt in den oberen Teil des Antriebsstutzens, entweder
durch einen besonderen kleinen Durchlaß 63, der am oberen Ende des Spaltes angeordnet
ist oder direkt an der Dichtung 36 vorbei, die in diesem Fall absicntlich nicht
völlig dicht ausgeführt wird. Auf ähnliche Weise gelangt ein kleiner Teil des Wasserstromes
an der Dichtung 25 vorbei in den oberen Teil des inneren Gehäuseteiles 33, entweder
durch einen besonderen kleinen Durchlaß 64 am oberen Ende des Gehäuseteiles 33 oder
auch direkt an der Dichtung 25 vorbei, die dann nicht völlig dicht ausgeführt wird.
-
Der normale {asserstrom, die kleinen Durchlässe 62, 63 und 64 und
der Schnelleinschubverlauf sind so aufeinander abgestimmt, daß, wenn das Druckgas
das Druckwasservolumen in den inneren Gehäuseteil 33 preßt, die Kolbenstange 21
von ihrer Anlage an der Mutter 20 abgehoben wird und den Steuerstab 15 trotz der
kleinen Durchlässe 62 bis 64 ganz in den Kern schiebt, während der normale Wasserstrom
die Kolbenstange nicht von der Mutter abheben kann, sondern durch die kleinen Durchlässe
in das Innere des Reaktors läuft. Das Druckwasservolumen ist so bemessen, daß es
ausreicht, um den Steuerstab ganz hochzuschieben.
-
Die Kolbenstange 21 und der obere Bereich des Gehäuseteiles 33 sind
auf übliche Weise mit nicht gezeigten zusätzlichen Organen versehen, die zusammen
eine in der Nähe der Endstellung wirksam werdende hydraulische Bremse bilden.
-
Der Spalt 35 ist nach vollendetem Einschub beinahe von Wassr entleert.
Das zugeführte Druckgas dehnt sich weiter aus und dringt in den inneren Gehäuseteil
33. In dem Maße, in dem das Antriebsorgan nun von der Pumpe 55 durch die Abzweigungen
57 wieder mit Wasser gefüllt wird, verläßt das Gas das Antriebsorgan und gelangt
in den Reaktor. Der Spalt 35 wird dabei durch den kleinen Durchlaß 63, der von dem
inneren Gehäuseteil 33 eingeschlossene Raum durch den kleinen Durchlaß 64 und der
Hohlraum der Kolbenstange 21 durch den kleinen Durchlaß 62 von Gas entleert.
-
Es ist üblich, für das Unterdrucksetzen von Druckwasser Stickstoff
zu verwenden. Man hat die Vorrichtungen bisher so ausgeführt, daß der Stickstoff
nicht in den Reaktor dringen konnte, da er andernfalls mit dem im Reaktor befindlichen
freien Sauerstoff reagieren könnte und dan>inter Bildung von Salpetersäure im
Kühlwasser des;Reaktors absorbiert würde. Der Bildung von Salpetersäure kann man
entgegenwirken, indem eine ausreichend große Menge Wfasserstoff zusammen mit dem
Stickstoff, zweckmäßigerweise damit gemischt, zugeführt wird. Eine obere Grenze
für den Wasserstoffgehalt wird von der Bedingung gesetzt, daß die Mischung nicht
in luft entzündbar sein darf. Vorzugsweise wird eine Stickstoff-Wasserstoffmischung
mit einem Wasserstoffgehalt von 5 % verwendet.
-
Wenn der Reaktor vom Direktkreistyp ist, strömt das Druckgas mit dem
Dampf zu einem Turbinenkondensator, wo es mittels der normalen Ejektorvakuumpumpen
des Kondensators abgesaugt werden kann.
-
Der zu der Warmhalteleitung 78 gehörende und in Fig. 3 gezeigte Durchflußregler
56 ist einstellbar und mit einem Druckausgleich versehen, der dafür sorgt, daß der
durchgelassene Strom praktisch unabhängig vom Druck vor und hinter der Drossel ist.
-
Der Druckausgleich im Durchflußregler 56 erfolgt mit Hilfe eines federbelasteten
(Feder 83), hydraulisch ausgeglicenen
Regelkolbens 82, der in ein
Gehäuse 84 eingebaut ist. Der Regelkolben 82 hat eine Einschnürung 85, die über
ein konisches, nach oben im Durchmesser zunehmendes Übergangsteil 86 auf den vollen
Durchmesser zunimmt. Der konische Ubergangsteil bildet zusammen mit einer im Gehäuse
befindlichen ringförmigen Kante 87 eine veränderliche Drossel, die mit einer einstellbaren
Drosselschraube 88 in Reihe liegt. Wenn p1 der Druck am Eingang des Durchflußreglers,
p2 der Druck in einem Raum, der zwischen dem Regelkolben 82 und der Drosselschraube
88 liegt und mit der Oberseite des Regelkolbens verbunden ist, p3 der Druck am Ausgang
des DurchfluBreglers, der mit der Unterseite des Regelkolbens verbunden ist, F die
Kraft der Feder 83 und A die Fläche der gleichgroBen Endflächen des Regelkolbens
ist, so ist der Regelkolben im Gleichgewicht, wenn die Gleichung F = A (p2-p3) erfüllt
ist. Die Feder 83 ist so weich, daß die Kraft F innerhalb des normalen Arbeitsbereiches
des Durchflußreglers praktisch konstant ist.
-
Wenn z.B. p3 langsam zunimmt, wird der Regelkolben nach oben geschoben
und drosselt weniger, was zur Folge hat, daß auch p2 zuniTzat, bis die Druckdifferenz
P2-p3 die Federkraft wieder ausgleicht. Der Druck p1 am Eingang des Durchflußreglers
wirkt auf gleich große, entgegengesetzt gerichtete Flächen des Regelkolbens 82 und
beeinflußt daher die Regelung nicht.
-
Auf diese Weise wird ein konstanter Druckabfall über dem Durchflußregler
aufrechterhalten, und in dem Maße, in dem der Strömungswiderstand des Reglers konstant
ist, wird auch der durcllströmende Fluß konstant. Die Federkraft wird normalerweise
so gewählt, daß der Druckabfall P2-p3 klein ist, d.h. einige Bar.
-
Eine Bedingung für das richtige Funktionieren ist natürlich, daß der
gesamte Druckunterschied über dem DurchfluJregler mindestens diesen Wert erreicht.
Der kleinste Flu@, der in der Praxis mit einem solchen Durchflußregler geregelt
werden kann, ist ca. 0,05-0,1 1/Min, was für den vorliegenden Zweck eine bei weitem
genügende untere Grenze ist.
-
Die Schnellabschaltvorrichtung wirkt wie folgt.
-
Bei Normalbetrieb wird das Schnellscußventil 47 aufgrund eines von
der Steuereinheit 49 über die Signalleitung 51 kommenden und das Betätigungsorgan
47' des Ventils beeinflussenden Signals gesonlossen gehalten. Auch wird bei Normalbetrieb
das Prüfventil 65 offengehalten, da kein Signal von der Steuereinheit durch die
Signalleitung 68 an das Betätigungsorgan 65' des Ventils gegeben wird. Der Druckwachter
77 zeigte daß der druck zu Schnellabschalten hoch genug ist und der WarmhaltefluO
zirkuliert vom Reaktor durch die Leitungen 78, 57, 46"' und 48 zu den Antriebsorganen
16 und wieder zurück zum Reaktor.
-
Wenn die Steuereinheit 49 Meßwerte erhält, die anzeigen, daG eine
Schneilabschaltung ausgelöst werden soll, unterbric t sie
das Signal
an das Betätigungsorgan 47 des Schnellschlußventils, so daß dieses geöffnet wird.
Das Druckgas strömt nun aus den Gasflaschen 45 durch das Prüfventil 65 und die Gruppenhauptleitung
46, bis es auf das geschlossene Rückschlagventil 61 trifft, welches es öffnet, während
der entstehende Druckunterschied das Rückschlagventil 60 schließt. Das Gas strömt
weiter durch die Abzweigungen 48 zu den Spalten 35 der Antriebsorgane.
-
Das Gas reißt dabei das in den Leitungen 46" und 48 enthaltene Wasser
mit und entleert die Spalte 35 durch die gedrosselten Öffnungen 38 von Druckwasser.
Wenn die Steuerstäbe in ihre Höchststellung gekommen sind, schließt sich das Schnellscílußventil
47 aufgrund eines Impulses von der Steuereinheit 49, das Gas in den Antriebsorganen
16 wird in das Reaktorgefäß und von dort zum Turbinenkondensator weitergeleitet,
und der kleine Warmhaltefluß öffnet das Rückschlagventil 60, schließt das Rückschlagventil
61 und füilt die eitungen 48, das Antriebsorgan 16 und die Spalte 35 mit Wasser.
Wenn die Gasflaschen 45 mit Gas vom Gasvorrat aufgefüllt und auf den richtigen Druck
gebracht worden sind, ist die Vorrichtung erneut startbereit.
-
Wenn das Signal an das Betätigungsorgan 47t des Schnellschlußventils
47 aufgrund irgendeiner Unregelmäßigkeit ausbleiben sollte, öffnet sich das Ventil
47 wie bei einer Schnellabschaltung. Der Druckwächter 66 oder der Niveauanzeiger
75 des Schnellschlußventils geben hierüber ein Signal an die Steuereintasit 70.
Da die Steuereinheit keine signale erhalten hat, die
eine Schnellabschaltung
auslösen, gibt sie ein Sperrsignal an das Betätigungsorgan 65' des Prüfventils,
so daß dieses geschlossen wird. Nachdem der Fehler behoben ist, versetzt man die
Vorrichtung dadurch wieder in Startbereitschaft, daß das Schnellschlußventil 47
geschlossen, das Prüfventil 65 geöffnet und die Gasflaschen 45 aufgefüllt werden.
-
Bei automatischer Prüfung während des Betriebes schließt die Steuereinheit
49 zuerst das Prüfventil 65, wobei dessen Niveauanzeiger anzeigt, daß das Ventil
geschlossen worden ist.
-
Dadurch wird im zweiten Leitungsabschnitt 46" ein kleines Druckgasvolumen
mit demselben Druck eingeschlossen, der auch in den Gasflaschen 45 herrscht. Danach
öffnet die Steuereinheit 49 das Schnellschlußventil 47, wobei dessen Niveauanzeiger
75 angibt, daß das Ventil geöffnet worden ist. Hierbei erfolgt ein Druckausgleich
zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt 46't und den nachfolgenden Teilen der Schnellabschaltvorrichtung,
so daß langsam einige Gasblasen in den Reaktor kommen. Der Druckstoß, der durch
das Öffnen des Schnellschlußventils 47 entsteht, ist schwach, da die im Leitungsabschnitt
46' eingeschlossene Gasmenge klein war. Der Druckstoß reicht nicht aus, um die Kolbenstangen
21 von den Muttern 20 abzuheben.
-
Danach schließt die Steuereinheit 49 das Schnellschlußventil 47, wobei
eine Betätigung von dessen Anzeigeorgan 75 anzeigt, daß das Schließen ausgeführt
worden ist, und öffnet das Prüfventil
65, wobei eine Bestätigung
von dessen Anzeigeorgan 76 anzeigt, daß auch diese Operation ausgeführt ist.
-
Wenn ein störungsbedingtes Auslösen der Schnellabschaltvorrichtung
für unwahrscheinlich angesehen wird, kann das Prüfventil manuell bedient werden,
wobei der oben beschriebene Prüfvorgang teilweise manuell erfolgt.
-
Zwar stellt die oben beschriebene Anordnung eine bevorzugte Ausführungsform
der Schnellabschaltvorrichtung dar, jedoch kann das Prinzip der Vorrichtung auch
bei anderen Ausführungsformen angewendet werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung
überschritten wird. So zeigen z.B. die Fig. 4 und 5 Schnellabschaltvorrichtungen,
bei den sich das Druckwasser nicht in einem, jeden Steuerstab umgebenden Hohlraum
befindet, sondern in anderen von Wänden begrenzten Räumen. Die Vorrichtungen nach
den Fig. 4 und 5 sind der Vorrichtung nach Fig. 1 jedoch sehr ähnlich, so daß hir
nur einige wesentliche Unterschiede beschrieben werden.
-
In Fig. 4 ist eine Schnellabschaltvorrichtung gezeigt, bei der jede
Gruppe einen Differentialzylinder 78 aufweist. Der Differantialzylinder hat einen
Differentialkolben 79 mit Kolben kopf 80 und Kolbenstange 81. Der Kolben ist in
einem Zylindergehäuse 89 axial beweglich und befindet sich normalerweise in einer
unteren Endstellung, wobei über dem Kolben eine Kammer 90 mit Wänden 80 und 89 besteht,
die normalerweise Druckwasser enthält.
Der Differentialzylinder
78 ist so an die Schnellabschaltvorrichtung angeschlossen, daß der dritte Leitungsabschnitt
46"' Druckgas vom Schnellschlußventil 47 und den Gasflaschen 45 unter die Kolbenstange
81 leiten kann, dak derselbe Leitungsabschnitt 46' unter Druck gesetztes Druckwasser
vom Differentialzylinder und durch die Leitungen 48 zu den Antriebsorganen 16 pressen
kann, die in diesem Falle keine Druckwasserspalte haben, und daß der Warmhaltefluß
über die Leitungen 57 in die Kammer 90 strömt und das Druckwasser warmhält. Eine
Druckausgleicnleitung 91 verbindet das im Reaktor befindliche =KE1lwasser mit einem
unter dem Kolbenkopf 80 befindlichen Raum. Bei dieser Auführungsform kommt das Druckgas
nicht mit dem Druckwasser in Kontakt, da der Kolben die beiden Medien trennt. Es
ist hier also nicht notwendig, Stickstoff mit Wasserstoff zu mischen.
-
Durch zweckmäßige Wahl des Verhältnisses der Flächen des Differentialkolbens
79 zueinander kann man eine geanwnschte Druckreduzierung erhalten.
-
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Differentialzylinder
durch einen einfachen Tz.rassertank 92 ersetzt ist, der einen Druckwasserraum 93
einschließt. Das Druckgas und der Warmhaltefluß werden von oben in den Wassertank
geleitet, von dessen Boden der dritte Leitungsabschnitt 46 III ausgeht, der zu den
Abzweigungen 48 führt. Bei dieser Ausführungsform kann das Druckgas, wie bei der
zuerst beschriebenen Miordnung, in den Reaktor dringen und man muß deshalb hier
ebenfalls eine Stickstoff-Wasserstoffmischung verwenden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsformen beschränkt. an kann durch Ausnutzen der Vorteile der
Erfindung das Schnell schlußventil auf die angegebene Weise unabhängig davon prüfen,
ob es zu einer pneumatischen oder hydraulischen Schnellabschaltvorrichtung gehört.