DE2243365C3 - Selbsttätige Sicherheitsregelung für einen Reaktorkühlkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Sicherheitsregelung für einen durch eine Umwälzpumpe betriebenen geschlossenen Primärkühlkreislauf eines Kernreaktors.

Bei geschlossenen Flüssigkeitskreisläufen der bezeichneten Art besteht aus sicherheitstechnischen Gründen meist die Forderung, daß bei einem starken Abfall des Systemdruckes die Förderung der Umwälzpumpe sofort aussetzt. Sollte der starke Druckabfall durch ein innerhalb des Kreislaufes vorhandenes Leck entstanden sein, so würde bei weiterhin fördernder Pumpe die Systemflüssigkeit diesem Leck auch noch unter Druck zugeführt werden.

Man sah bisher vor, daß bei einem Auftreten derartiger Störfälle die Antriebsmotoren der Pumpen sofort abgeschaltet wurden. Während jedoch der Druckabfall selbst in Bruchteilen einer Sekunde erfolgt, beträgt die Auslaufzeit einer Kreiselpumpe bis zu mehreren Minuten. In dieser Zeit wird aber von der Pumpe noch Flüssigkeit gefördert und dem Leck zugeführt. Wegen der Ernsthaftigkeit der bei Kühlkreisläufen von Kernreaktoren entstehenden Gefahren kann ein solchermaßen bewirkter Ausfluß von zusätzlichen, nennenswerten Mengen der Systemflüssigkeit nicht hingenommen werden.

Durch die Anordnung von Schnellschlußarmaturen wurde es möglich, den Förderstrom bei auftretenden Störungen in kurzer Zeit zu unterbrechen. Diese aufgrund der zu fordernden kurzen Schließzeiten sehr aufwendigen Armaturen bergen allerdings wegen des zu ihrer Betätigung notwendigen Steuersystems zusätzliehe Unsicherheitsfaktoren.

Ein Aufsatz in der Zeitschrift »Kernenergie«, 7. Jahrgang, Heft 2/1964, befaßt sich auf den S. 88 bis 95 mit dem Übergangsverhalten von Kühlmittel und Umwälzpumpen bei Druckwasserreaktoren und Ausfall der Pumpen. Ausgangspunkt bei diesem sehr speziellen Problem bildet eine intakte, durch Schieber absperrbare Kühlschleife, in der die Umwälzpumpe ausfällt. Nicht angesprochen wird jedoch das Problem, das sich stellt, wenn bei laufender Umwälzpumpe ein Leck in den Rohrleitungen auftritt und radioaktive Flüssigkeit unter Druck ausströmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem starken Druckabfall in einem geschlossenen Primärkühlkreislauf eines Kernreaktors eine weitere Förderung der darin angeordneten Umwälzpumpe unter Vermeidung zusätzlicher von Steuer- oder Betätigungssystemen abhängiger Einrichtungen zu unterbinden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine selbsttätige Sicherheitsregelung für einen Kühlkreislauf entsprechend dem Gattungsbegriff so gelöst, daß die im Betriebspunkt kavitationsfrei arbeitende Umwälzpumpe derart ausgelegt ist, daß sie bei einem starken Druckabfall im Kühlkreislauf in Vollkavitation übergeht und dadurch die Fördermenge auf wenige Prozent der Betriebsfördermenge reduziert. Damit wird erreicht, da3 praktisch verzögerungsfrei zu dem Druckabfall im System die Umwälzpumpe ihre Förderfunktion aufgibt. Die Umwälzpumpe übt also zusätzlich zu ihrer normalen Förderfunktion eine sich bei Bedarf selbsttätig einstellende Schaltfunkticn aus. Zusätzliche, diesen Vorgang einleitende Steuervorrichtungen sind nicht erforderlich. Dem wesentlichen Mangel der bisherigen Konstruktionen, daß aufgrund des Schließzeitraumes der Sicherheitsarmatur und der abgeschalteten, aber noch auslaufenden Pumpe die Kühlflüssigkeit dem Leck unter Druck zugeführt wird, ist damit abgeholfen. Durch den vorteilhaften, aufgrund der Vollkavitation bewirkten verzögerungsfreien Abschaltvorgang erfolgt nicht nur kein Antrieb auf den Primär-Kühlkreislauf, sondern es wird der noch zirkulierenden Flüssigkeit eine sofortige Sperre entgegengestellt.

Zwar sind kavitierende Kreiselpumpen bekannt, jedoch handelt es sich hierbei um ganz andere Probleme und auch Ausführungen. Beispielsweise beschreibt J. Y. Karrasik, »Centrifugal Pumps«, 1960, S. 214/215, eine in einen offenen Kreislauf eingesetzte Kondensatpumpe, bei der infolge Kavitation eine Selbstregelung des Förderstromes erfolgt. Die Menge wird dabei in Abhängigkeit von dem anfallenden Kondensat durch mehr oder weniger starke Kavitation geregelt. Demzufolge muß eine derartige Pumpe einen anderen Aufbau besitzen und die einzelnen Bauteile müssen entsprechend ausgebildet sein.

Bei der erfindungsgemäßen selbsttätigen Sicherheitsregelung läuft die Umwälzpumpe im Betriebspunkt kavitationsfrei. Der für den Eintritt der Kavitation maßgebende erforderliche Gesamthaitedruck der Pum-

pe ist im Betriebspunkt niedrig gehalten. Außerhalb des Betriebspunktes dagegen steigt der erforderliche Gesamthaitedruck stark an. Der Anstieg erfolgt in Richtung Teillast, wenn zu erwarten ist, daß die Umwälzpumpe im Slörfalle in Teillastbetrieb geht. 1st jedoch zu erwarten, daß die Pumpe bei einer Störung in Überlastbetrieb geht, so hat der Anstieg des erforderlichen Gesamthaitedruckes in Richtung Überlast zu erfolgen. Ein Anstieg in beiden Richtungen muß vorgesehen werden, wenn nicht mit Sicherheit vorausgesagt werden kann, in welchen Lastpunkt die Pumpe im Störfalle laufen wird. Der über dem Föroerstrom aufgetragene Verlauf der erforderlichen Haltedruckhöhe weist im zuletzt genannten Fall ein Minimum auf, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn der Druckabfall nicht sofort in voller Höhe oder nicht in sehr kurzer Zeit eintritt, wie es z. B. bei einem kleinen 1 eck der Fall iu.

Die Erfindung sieht zwei verschiedene Mittel zur Durchführung der selbsttätigen Sicherheitsregelung vor: erstens eine Beeinflussung des Verlaufes der erforderlichen Gesamthaltedruckhöhe der Umwälzpumpe über den gesamten Fördermengenbereich und zweitens eine Beeinflussung der vor der Umwälzpumpe vorhandenen Gesamthaltedruckhöhe. Beide Mittel können einzeln oder zusammen angewendet werden.

Eine Beeinflussung des Verlaufes der erforderlichen Gesamthaltedruckhöhe kann durch eine geeignete Wahl des Eintrittswinkels und des Eintrittsdurchmessers des Kreiselpumpenlaufrades erfolgen. Weiterhin kann ein dem Laufrad vorgeschaltetes Vorleitrad vorgesehen werden, das in der Zuströmung einen Gleich- bzw. Gegendrall erzeugt. Statt der Verwendung eines Vorleitrades können auch die in der Zuströmung meist ohnehin vorhandenen Leilbleche an ihren Enden abgebogen werden.

Eine Beeinflussung der vor der Pumpe vorhandenen Gesamthaltedruckhöhe kann beispielsweise dadurch geschehen, daß im Störfalle die häufig vorhandene Zufuhr unterkühlten Fördermediums vor der Pumpe unterbrochen wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Selbsttätige Sicherheitsregelung für einen durch eine Umwälzpumpe betriebenen geschlossenen Primär-Kählkreislauf eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß die im Betriebspunkt kavitationsfrei arbeitende Umwälzpumpe derart ausgelegt ist, daß sie bei einem starken Druckabfall im Kühlkreislauf in Vollkavitation übergeht und dadurch die Fördermenge auf wenige Prozent der Betriebsfördermenge reduziert.

2. Sicherheitsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Beeinflussung des Verlaufes der erforderlichen Gesamthalledruckhöhe der Umwälzpumpe über den gesamten Fördermengenbereich vorgesehen sind.

3. Sicherheitsregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Verlaufes der erforderlichen Gesamthaltedruckhöhe der Umwälzpumpe Eintrittswinkel und Eintrittsdurchmesser des Kreiselpumpenlaufrads dem geforderten Zweck entsprechend ausgebildet sind.

4. Sicherheitsregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Verlaufes der erforderlichen Gesamthaltedruckhöhe der Umwälzpumpe ein dem Kreiselpumpenlaufrad vorgeschaltetes Vorleitrad vorgesehen ist, das in der Zuströmung einen Gleich- bzw. Gegendrall erzeugt.

5. Sicherheitsregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Verlaufes der erforderlichen Gesamthaltedruckhöhe der Umwälzpumpe zur Führung der Zuströmung vorgesehene Leitbleche an ihren Enden abgebogen sind.

6. Sicherheitsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Beeinflussung der vor der Umwälzpumpe vorhandenen Gesamthaltedruckhöhe vorgesehen sind.

7. Sicherheitsregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der vor der Pumpe vorhandenen Gesamihaltedruckhöhe eine vor der Umwälzpumpe erfolgende Zufuhr unterkühlten Fördermediums bei starkem Druckabfall im Kühlkreislauf unterbrochen wird.