DE2144087B2 - Verstellbare abdichtungseinrichtung fuer eine mess- und ueberwachungsanlage eines kernreaktors - Google Patents

Description

geführt sind _d Brennstoffelemente

Während Jer Handhabung _{rohre aus dem}

des Kernreaktors müssen °« *_{nd diese müssen}

Reaktorkern^,SSen.iaß sL mit ihrer gesamten

stand angeordnet ist, und daß du

richtung eine zusätzliche Einstellmöglichkeit aufweist, die sowohl eine Verschiebung des Führungsrohrs (7) erlaubt als auch dem Kühlmitteldruck bei Reaktorstillstand standhält.

2. Abdichtungseinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungseinrichtung eine Dichtung (11) in einem um das Führungsrohr (7) gebildeten Ringraum (52, 136) aufweist, wobei zwei ineinander einschiebbare konische Ringe (111,112; 113, 114) aus elastischem Material sowie ein elastischer Ring (115) mit zwei in radialer Richtung durch einen Spreizring (116) spreizbaren Lippen derart in dem Ringraum (52, 136) angeordnet sind, daß ein entlangder Rohrachse verstellbarer Klemmring (12) das Einschieben der konischen Ringe (111, 112; 113, 114) und eine

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seitlichen Schlitz aufweisen (F i g. 5).

Die Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare Abdichtungseinrichtung für eine Meß- und Überwachungsanlage eines Kernreaktors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige verstellbare Abdichtungseinrichtung ist aus IEEE Transactions on Nuclear Science, Bd. NS-17 (1970), S. 555-563 bekannt.

Für die Überwachung des Betriebes von Kernreakto-' ^:-- '——= Ί« P.eaktorkerns kann^vergleiche IEEE Transactions on
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gründen oberhalb des Reaktorkerns liegen muß.

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2"er FChrungsrohr. m der ausgefahrenen _Ste»„n_g ,n,

deßraum nicht so günstig für ihre Zugänglicbkeit und hre Beschickung mit Detektorea

Bei einer weiteren bekannten Anordnung (vergleiche rechn. Mitt AEG-Telefunken 58 [1958], S. 377-379) sind als Detektoren für die Anfahrkanäle in einem Kernreaktor Spaltkammern benutzt, die im Reaktordruckbehälter verfahrbar angeordnet sind und bei Vollast aus dem Reaktorkern nach unten herausgefahren werden können. Zu diesem Zweck sitzen sie in drei nach außen (unten) offenen Fingerhutrohren, die an den Reaktordruckbehälter angeflanscht sind. Das Verfahren der Spaltkammer^ erfolgt jeweils mittels eines eigenen Kabels. Wo sich der eigentliche Meßraum bei dieser Anordnung befindet, ist allerdings offengelassen.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (vergleiche Zeitschrift »Atom und Strom« [1969], Heft 5/6, S.84-89) werden zur Messung des örtlbhen Neutronenflusses verfahrbare Ionisationskammern benutzt. In den Reaktorkern ragen nach außen offene Fingerhutrohre, die ihrerseits von Schutzrohren umgeben sind. In die Fingerhutrohre läßt sich fernbedient eine Ionisationskammer ein- und ausfahren, indem ihr Kabel auf einer Kabeltrommel in einem kleinen, im wesentlichen lediglich die Kabeltrommel aufnehmenden Meßraum unterhalb des Bodens des Reaktordruckbehälters auf- oder abgespult wird, wobei die jeweilige Meßposition über eine Weiche angesteuert wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist es also nicht möglich, die Führungs- bzw. Fingerhutrohre aus dem Reaktorkern herauszufahren, insbesondere in den Meßraum, wie es an sich zur Handhabung der Brennstoffelemente, insbesondere zum Wiederbeschicken des Kernreaktors, notwendig ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Abdichtungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits das Verfahren und das Beschicken (mit Detektoren) der Führungsrohre erleichtert und damit auch betriebssicherer macht, ohne daß jedoch die Dichtwirkung gegenüber dem Kühlmittel beeinträchtigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil nach dem Patentanspruch 1 erreicht.

Die Erfindung gestattet also eine beträchtliche Verkürzung der Führungsrohre und des Wegs, auf dem sie zum Meßraum verfahren werden. Auf diese Weise werden auch übermäßige Krümmungen der Führungsrohre bei ihrem Verfahren vermieden, was die Gefahr ihres Verklemmens im zugehörigen Standrohr beträchtlich vermindert. Da nunmehr die Führungsrohre horizontal in den Meßraum eingefahren werden können, sind der Zugang zu ihnen und ihre Beschickung mit Detektoren erleichtert. Schließlich wird durch die Verlagerung des Meßraums von oberhalb nach weiter unterhalb des Reaktorkerns Platz frei, um zusätzliche Ausrüstungen für die Bedienung und Beschickung des Kernreaktors oberhalb des Reaktorkerns anzubringen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere durch die Ansprüche 2 und 3.

Das Volumen zwischen den beiden Dichtungen des Ringraums wird dabei als Detektorkammer ausgebildet, deren Zustand durch die an sie angeschlossene Abführungsleitung ständig überwacht wird, um so die Dichtheit der Abdichtungseinrichtung in bezug auf das Kühlmittel ständig zu überprüfen, denn Kühlmittel-Leckverluste würden sofort durch die Abführungsleitung erfaßt werden. Auf diese Weise wird das Reaktorbedienungspersonal rechtzeitig vor Undichtigkeiten während des Reaktorstillstands gewarnt, wenn die Führungsrohre aus dem Reaktorkern herausgefahren sind.

Demgegenüber ist für sich lediglich noch ein Druckröhrenreaktor mit ständiger Überwachung der Dichtigkeit jedes einzelnen, Brennelemente enthaltenden und von Kühlmittel durchströmten Druckrohrs bekannt geworden (vergleiche DT-Gbm 1918 795), bei dem die Dichtungsstellen bzw. Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Bauteilen jedes Druckrohrs mit einer nachgeschalteten zusätzlichen Dichtungsstelle versehen sind und der zwischen den beiden Dichtungsstellen befindliche Raum (Absaugeraum) durch Rohrleitungen (Absaugeleitung) an ein zentrales Überwachungsgerät angeschlossen ist, das eine Undichtigkeit feststellt

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht; dabei zeigen in der Zeichnung:

F i g. 1 einen schematisch gehaltenen Längsschnitt durch einen Kernreaktor mit Meß- und Überwachungsanlage, die die verstellbare Abdichtungseinrichtung aufweist,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Abdichtungseinrichtung in deren Blockierstellung;

F i g. 3 einen gleichen Schnitt durch die Abdichtungseinrichtung in ihrer ein Verschieben des Führungsrohres zulassenden Stellung;

F i g. 4 einen ähnlichen Schnitt durch eine Ausführungsvariante für die Abdichtungseinrichtung; und

F i g. 5 eine perspektivische Detailansicht für einen in den Abdichtungseinrichtungen von F i g. 2 bis 4 verwendeten konischen Dichtungsring.

Der Reaktorkern 1 des in F i g. 1 dargestellten Kernreaktors ist innerhalb eines durch einen lösbaren Deckel 2« verschlossenen Druckbehälters 2 untergebracht und ruht auf einer inneren Tragstruktur 3. Der Druckbehälter 2 liegt innerhalb eines Abschirmungsbehälters 4 aus Beton. Am unteren Teil des Druckbehälters 2 sind Standrohre 5 befestigt, die sich bis zu einem Meßraum 9 fortsetzen. Bei der in strichpunktierten Linien veranschaulichten üblichen Ausführungsform münden die Enden der Standrohre 5 auf dem oberen Niveau des Druckbehälters 2. Im Inneren der Standrohre 5 können Führungsrohre 7 gleiten, die an ihrem Ende abgeschlossen sind und unter Durchgang durch die innere Tragstruktur 3 ins Innere des Reaktorkerns 1 eintreten. Bei bekannter Ausführung sind die Standrohre 5 mit einer gewissen Anzahl von Weichen versehen, die eine Reduzierung der Anzahl der Standrohre 5 ermöglichen, und die Anlage besitzt dann Kanalwähler 91, welche die einzelnen Detektoren 8 zu den gewünschten Führungsrohren 7 gelangen lassen. Ein solcher Detektor 8 sitzt im allgemeinen am Ende eines spiraligen Kabels, das auf einer Trommel aufgewickelt werden kann und eine Steuerung der Verschiebung des Detektors 8 innerhalb des Führungsrohres 7 ermöglicht.

Bei im Betrieb befindlichem Kernreaktor steht das irr Inneren des Druckbehälters 2 befindliche primäre Kühlmittel unter Druck, und die Abdichtung zwischer jedem Standrohr 5 und seinem entsprechende! Führungsrohr 7 wird durch eine statische Abdichtungs einrichtung 92 sichergestellt, die das entsprechend* Führungsrohr 7 blockiert. Wenn die Brennstoffelement! gehandhabt werden sollen, wird das primäre Kühlmitte auf atmosphärischen Druck gebracht, und anschließen wird der Deckel 21 \om Druckbehälter 2 abgehobei Bei den üblichen und bekannten Meß- und Überws

chungsanlagen ist dann die statische Abdichtungseinrichtung 92 gelöst, und die entsprechenden Führungsrohre 7 können auf eine der Höhe des Reaktorkerns 1 entsprechende Länge in den Meßraum 9 hineingezogen werden, damit eine Beschädigung der Führungsrohre 7 während der Handhabung der Kernbrennstoffelemente im Reaktorkern 1 vermieden bleibt. Sodann wird die Abdichtung wieder hergestellt, damit man den offenen Kernreaktor unter eine Wassersäule der Höhe H setzen kann, um die biologische Abschirmung zu gewährleisten. Diese Arbeitsgänge sind offensichtlich sehr langwierig. Selbstverständlich kann man das Meßgerät auch oberhalb des Wasserspiegels anordnen, indem man die Höhe des Meßraumes 9 entsprechend vergrößert.

Gemäß der Erfindung ist entsprechend den Vollinien in Fi g. 1 der Meßraum 9 auf ein unterhalb des Bodens des Druckbehälters 2 gelegenes Niveau gelegt. Unter diesen Bedingungen wird die Länge der Standrohre 5, der Führungsrohre 7 und der spiraligen Kabel erheblich reduziert. Eine an der Mündung der Standrohre 5 angeordnete spezielle Abdichtungseinrichtung 6 sorgt für eine absolute Abdichtung gegen das primäre Kühlmittel, das während des Reaktorbetriebs unter einem hohen Druck von beispielsweise 150 Bar stehen kann, und gewährleistet nach einer einfachen Entlastung immer noch eine Abdichtung gegenüber einem Druck in der Größenordnung von 3 Bar, wie er durch die Wassersäule für die biologische Abschirmung erzeugt wird, wobei die Führungsrohre 7 ihre Gleitmöglichkeit behalten.

Durch diese Anordnung wird auf der Höhe des Druckbehälters 2 ein größerer Platz frei, in dem zusätzliche Ausrüstungen für den Kernreaktor und seine Bedienung und Beschickung untergebracht werden können. Außerdem ermöglicht die Reduzierung der Länge für die Führungsrohre 7 und die spiraligen Kabel eine gesteigerte Genauigkeit bei der Positionierung der Detektoren 8. Außerdem wird die Gefahr eines Verklemrnens der Führungsrohre 7 in den Standrohren 5 vermindert, da deren Länge geringer ist und außerdem ein Knie eingespart wird. Schließlich erleichtert auch die horizontale Lage der Führungsrohre 7 im Inneren des Meßraumes 9 den Zugang zu den Führungsrohren 7 und ihre Beschickung mit Detektoren 8.

Die spezielle Abdichtungseinrichtung 6 ist in F i g. 2 bis 4 im einzelnen veranschaulicht.

Wie diese Figuren zeigen, ist jedes Standrohr 5 in einem festen Träger 1Ö .befestigt und dicht durch den AbschirmungsbeHältef 4 durchgeführt An einem Ende 51 des Standrohrs' 5 ist eine nach außen offene Ringkammer 52 vorgesehen, die das, zugehörige Führungsrohr -7 umgibt In der Kammer 52 ist eine Dichtung 11 angeordnet, ^dJe aus zwei Paaren von konischen und einander übergreifenden Ringen 111 und 112 bzw; 113 und 1Ϊ4 besteht, deren konische Flächen einander konjugiert sind und zwischen denen ein elastischer Ringel 15 mit'U-förmigem Querschnitt und zur Achse des Standrohrs' 5 parallelen Lippen und nut einem dazwischen eingeschobenen Spreizring 116 angeordnet ist "- '''

Auf dem Führungsrohr 7 kann ein Klemmring 12 gleiten, der nach Eintritt m die Ringkammer 52' ein Zusammendrucken der Dichtung 11 bewirkt

Die Festlegung des Klemmringes 12 wird durch eine Gleitmuffe 13 gewährleistet, die das Führungsrohr 7 umgibt und eine Ausnehmung 131, an deren Grunde sich der Klemmring 12 abstützt, sowie ein Rohrstuck 132 aufweist das auf dem Ende 51 des Standrohrs 5 gleitet Auf ein Außengewinde auf dem Rohrstück 132 ist eine Mutter 14 aufgeschraubt, die an einem fest mit dem Standrohr 5 verbundenen Flansch 53 zur Anlage kommt und auf diese Weise eine Verschiebung der Gleitmuffe 13 und ein Zusammenpressen der Dichtung 11 bewirkt. Eine Verdrehung der Gleitmuffe 13 wird durch Verlängerungen 133 verhindert, die mit gefrästen Kantenflächen auf entsprechenden Führungsflächen 54 am Standrohr 5 gleiten.

ίο Eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem Rohrstück 133 und dem Ende 51 des Standrohrs 5 wird durch zwei äußere Dichtungen gewährleistet, die in in das Ende 51 des Standrohrs 5 eingearbeiteten Nuten sitzen und jeweils aus einem Dichtungsring 143 aus elastischem Material und einem dagegen anliegenden scherfesten Ring 135 bestehen, der sich an der Innenwand des Rohrstücks 132 abstützt. Das Ende des Führungsrohres 7 ist mit einem Anschlußstück 15 verlötet, das an seinem Ende einen Flansch 151 trägt, der einen Anschlag für das Ende der Gleitmuffe 13 bildet. Eine einfache statische Sicherheitsdichtung während des Betriebes des Kernreaktors bei hohem Druck entsteht durch Zusammendrükken einer Dichtung 152, die in einer Ausnehmung am Ende der Gleitmuffe 13 sitzt, mittels einer Mutter 16, die auf ein Außengewinde am Ende der Gleitmuffe 13 aufgeschraubt ist und an der Anschlagfläche 151 über eine selbstschmierende Scheibe 153 anliegt, die aus Stahl und Polytetrafluoräthylen zusammengesetzt ist und eine Übertragung von Drehmomenten auf das Führungsrohr 7 und das Anschlußstück 15 verhindert, so daß keine Gefahr einer Verdrehung des Führungsrohres 7 während des Anziehens der Mutter 16 besteht.

In das Mittelstück der Gleitmuffe 13 ist eine Detektorkammer 136 für die Ermittlung von Leckverlustcn eingefügt, die zwischen der Dichtung 11 und einer dazu analogen zweiten gleitenden Dichtung 17 liegt, die ihrerseits aus zwei konischen Ringen 171 und 172 und einem Dichtring 173 zusammengesetzt ist, die durch Anziehen einer Schraube 174 auf einem gleitenden Ring 175 leicht komprimiert wird, so daß eine Abdichtung gegen niedrigen Druck und ein Abstreifen des Führungsrohres 7 während seiner Translationsbewegung gewährleistet ist. Die Abdichtung durch den Dichtring 173 läßt sich jedoch durch stärkeres Anziehen der Schraube 174 auch gegenüber hohem Druck undurchlässig machen.

Eine in der Detektorkammer 13€ mündende Abführungsleitung 137 ermöglicht eine Ermittlung und Absaugung eventueller Leckverluste sowie bei anormaler Größe dieser Leckverluste die Einspeisung eines einen Gegendruck bewirkenden inaktiven Fluids wie beispielsweise entsalzten Wassers. ' Über abnehmbare Leitungen 93, deren Enden mit den AnsehluBstüdcen 15 verbunden sind, sind die Führungsrohre7 bis zu dem Kanalwähler 91 und dem Meßgerät in der Meßkämmer 9 verlängert-

Während des Reaktorbetriebes liegt die Anschlagflä-

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Sobald der Kernreaktor stillgesetzt wird, läßt der uruck im pnmlren Kühlmittel nach, und man kann die Dichtung 11 lösen. Zu diesem Zwecke wird die Mutter

14 zunächst losgeschraubt und sodann von neuem bis zum drucklosen Anschlag aufgeschraubt. Durch die verbleibende Kompression der Ringe lit bis 115 gewährleistet die Dichtung 11, die in dem durch den Klemmring 12 begrenzten Volumen verbleibt, eine Abdichtung gegenüber niedrigem Druck durch die Kombination aus den konischen Dichtungsringen IU bis 114 und dem elastischen Ring 115, wobei dessen untere Kante mit der Außenwand des Führungsrohrs 7 in Berührung bleibt. Dieser Druck ist jedoch nicht so groß, daß er eine Translationsbewegung des Führungsrohrs 7 verhindern könnte. Außerdem werden die Ringe 171 bis 173 der Dichtung 17 in gleicher Weise ohne Klemmwirkung gehalten, so daß sie eine Abdichtung gegenüber niedrigem Druck ergeben und dennoch ein Verschieben des Führungsrohres 7 zulassen. Wenn es unter diesen Umständen Leckverluste gibt, können diese über die Leitung 137 abgesaugt werden.

Sodann werden die Leitungen 93 gelöst und von den Anschlußstücken 15 entfernt, die Muttern 16 losgeschraubt und abgenommen und die Anschlußstücke 15 mit einem Translationsarm 18 verbunden, der einen horizontalen Zug auf das Führungsrohr 7 ausübt.

Die Einbringung der Führungsrohre 7 vollzieht sich durch die gleichen Arbeitsgänge in umgekehrter Reihenfolge.

Da die Handhabung der Kernbrennstoffelemente eines Kernreaktors nur in sehr weit auseinanderliegenden Zeitabständen erfolgt, muß die Abdichtung wahrend langer Betriebszeiten des Kernreaktors gewährleistet bleiben. Zur Vergrößerung der Zuverlässigkeit der Abdichtung kann man eine vervollkommnete Abdiehtungseinrichiung verwenden, wie sie in Fig.4 veranschaulicht ist.

Die Abdichtungseinrichtung von Fig.4 besitzt eine /.weite Dichtung 19, die der Dichtung Il analog ist. und diese zweite Diehtung 19 wird durch eine Mutter 20 zusammengepreßt, die auf ein symmetrisch zum Rohrstück 132 liegendes Rohrstück 138 aufgeschraubt ist. Im normalen Betrieb ist die Dichtung 11 blockiert und gewährleistet die Abdichtung, während die Dichtung 19 entspannt bleibt. Wird ein Leckverlust in der Detcktorkammer 136 festgestellt, so kann man dann die Dichtung 19 mittels der Mutter 20 anziehen, wobei die Leckverlusterkennung in der Detektorkammer 136 gewährleistet bleibt und die Dichtungen 134 und 135 ihre absolute Abdichtung gegen hohen Druck behalten.

Zur Erleichterung eines Austauschens der Dichtungen sind die Klemmringe 12 und 175 jeweils aus zwei Sektoren zusammengesetzt, die das Führungsrohr 7 übergreifen, und die konischen Ringe 111 bis 114 sind an der Seite längs eines schraubenünienförmigen Schlitzes aufgeschnitten, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Auf diese Weise lassen sich die Ringe von der Seite her auf das Führungsrohr 7 aufsetzen, und dennoch bleibt die Abdichtung durch das Zusammendrücken der Dichtungen 111 bis 114 gewährleistet. Ein Austausch einer Diehtung ist damit unter Abbau einer Minimalzahl von Bauelementen möglich.

Die Dichtung 19 kann auch im normalen Betrieb zum Einsatz kommen, wobei dann die Dichtung 11 nicht angezogen zu werden braucht und die Abdichtung durch die Rohrstücke 132 und 138 gewährleistet bleibt.

Unter diesen Bedingungen kann man bei Feststellung eines Leckverlustes infolge einer Abnutzung der Dichtung 19 die Dichtung 11 anziehen und sodann nach Blockieren des Führungsrohres 7 gegen eine Verschiebung unter Druckeinwirkung die Mutter 20 lösen und damit die Gleitmuffe 13 zurückziehen, um die Dichtung ^auszutauschen.

Wie die obige Beschreibung zeigt, liegt das Wesen der Erfindung darin, den Platzbedarf für den Kernreaktor und die erforderliche Standrohrlänge dadurch zu verringern, daß der Meßraum 9 auf ein möglichst tiefes Niveau gelegt wird, indem eine spezielle Dichtung 6 verwendet wird, die eine absolute Abdichtung gegen hohen Druck in ihrer Blockierstellung gewährleistet und durch ein einfaches Lösen eine Abdichtung gegenüber niedrigem Druck behält, ohne daß sie sich einer Translationsbewegung der Führungsrohre 7 widersetzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Meßraum 9 horizontal auf Höhe des Bodens des Druckbehälters 2. Soweit eine solche Anordnung durch besondere bauliche Bedingungen für den Kernreaktor oder seinen äußeren Schutzbehälter nicht möglich oder zu aufwendig ist. kann das Niveau für den Meßraum 9 natürlich auch bis unterhalb der Kühlmitteloberfläche angehoben und dieser gegebenenfalls gegen die horizontale geneigt werden, wobei man jedoch die Mündungen der S'.androhre 5 stets so tief wie möglicr legt, um die Länge der Führungsrohre 7 soweit wk möglich zu verkürzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verstellbare Abdichtungseinrichtung für eine MeB- und Überwachungsanlage eines Kernreaktors mit einem in einem Reaktordruckbehälter angeordneten Reaktorkern, in dessen Inneres sich unter Betriebsbedingungen mehrere Führungsrohre für bewegliche Detektoren erstrecken, wobei jedes Führungsrohr in je einem ortsfesten Standrohr, das an einem Ende am Boden des Reaktordruckbehälters befestigt ist und sich zu einem Meßraum,; erstreckt, angeordnet und mit dem sich in den Meßraum erstreckenden anderen Ende des Stand rohres mit der Abdichtungseinrichtung druckdicht j _«.„t,;.M,ar verbunden ist die jedoch nach

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