DE2430724C3

DE2430724C3 - Steuerbares Ventil

Info

Publication number: DE2430724C3
Application number: DE2430724A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hoffmann; Hans-Peter Dipl.-Ing. Schabert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2430724A1; DE2430724B2; US4238290A; BE830608A

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Ventil für eine aus einer Sicherheitshülle herausführende Frischdampfleitung einer Kernreakloranlage, das im Vorlauf der Frischdampfleitung angeordnet ist und einen der Frischdampfleitung entsprechenden maximalen Durch-IaUquerschnitt aufweist.

Das Ventil hat bei dem aus der Zeitschrift »Atom wirtschaft«, Febr. 1968, Seiten 96 bis 97 bekannten Siedewasserreaktor die Aufgabe, den von der Frischdampfleitung gebildeten Auslrittsquerschnitt im Falle einer Störung unverzüglich zu verschließen. Damit wird aber auch die Energieabfuhr unterbrochen, und zwar üblicherweise schneller als die Energieerzeugung im Reaktor gestoppt werden kann, so daß sich im Dampferzeugersystem ein Überdruck ausbilden kann. Bei dem Siedewasserreaktor sind deshalb an die Frischdampfleitung im Inneren der Sicherheitshiille Sicherheitsventile angeschlossen, die u. a. in eine Kondensationskammer führen und das Abblasen von Dampfermöglichen.

Die Erfindung beschäftigt sich ebenfalls mit der Druckentlastung von Kernreaktoranlagen der eingangs genannten Art. Die neue Druckentlastung soll jedoch sicherstellen, daß eine zu große Ausströmrate des Dampfes vermieden wird, die etwa /11 Störungen in einem Dampferzeuger führt, df- bei Druckwasserreak türen zur Trennung des Primär- und des Sekundärkreises dient. Dabei soll das sogenannte Flattern des Ventiles vermieden w »rden, das sich ergeben kann, wenn sich Druckentlastung durch öffnen des Ventils und Druckanstieg nach dem Schließen des Ventils schnell aufeinanderfolgend wiederholen.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist vorgesehen, daß ein Antrieb das Ventil bei Vorliegen eines Lecks in der Frischdampfleitung bis zu einem vorgebbaren Durchlaßquerschnitt schließt, jedoch bei Anlegen eines höheren Drucks als dem Betriebsdruck der Frischdampfleitung das Ventil vorgebbar bis zu höchstens dem halben maximalen Durchlaßquerbchnitt öffnet,
ίο Das neue Ventil arbeitet somit als Sicherheitsventil, das bei einem bestimmten Überdruck einen Auslaßquerschnitt freigibt. Die dann abzuführende Dampfmenge erfordert jedoch keine besonderen Leitungen, weil die normale Frischdampfleitung als Auslaß dient. Somit ist auch keine Kondensationskammer erforderlich. Gleichzeitig wird durch die Verringerung des bei einem Überdruck geöffneten Durchlaßquerschnities gegenüber dem Fall des Normalbetriebes eine Begrenzung der Abblasmenge errricht, die unzulässig große Druck- oder Temperaturschwankungen zu vermeiden gestattet. Dies ist besonders wichtig bei Druckwasserreaktoren, bei denen die Trennung zwischen dem radioaktiven Primärkühlmittel und dem aktivitätsfreien Dampf zum Antrieb der Turbine durch die dünnwandigen Rohre des

.25 Dampferzeugers aufrechterhalten wird.

Vorteilhafterweise kann der Antrieb eine Sperre umfassen, die — bei Überdruck — das öffnen auf 30% des maximalen Durchlaßquerschnitts begrenzt. Die Sperre ist als zusätzliches Element in dem Ventil vorhanden, das im Normalfall vollständig geöffnet werden kann.

Die Begrenzung auf J0% des Durchlaßquerschnittes braucht nicht für alle Betriebsfälle starr eingehalten zu werden. Vielmehr kann die Sperre einen verstellbaren Schlitten umfassen, durch den die Begrenzung einstellbar ist.

Die dem Ventil vorgebbare Begrenzung der Schließbewegung erlaubt vorteilhafterweise die Einstellung eines Durchlaßquerschniits zwischen 5 und 20% des maximalen Durchlaßquerschnittes. Hiermit wird auch für den Siörfall und das durch diesen ausgelöste Schließen des Ventils die Abfuhr von Frischdampf und damit eine weitere Kühlung des Kernreaktors ohne Unterbrechung erreicht. Da das Ventil nicht vollständig geschlossen wurde, ist die Beanspruchung von Ventilteller und Ventilsitz erheblich verringert, weil das stoßartige Aufsetzen des Ventiltellers beim Schnellschluß unterbleibt. Die Begrenzung der Schließbewegung, die den kleinsten bei .Schnellschluß sofort erreichbaren Querschnitt bestimmt, kann vorteilhaft im Zeitraum von IO bis 60 Sekunden auf Null verringert werden. Dadurch wird die Danipfabfuhr immer mehr gedrosselt, bis schließlich die vollständige Absperrung gegeben ist.

■>5 Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

In F i g. I ist schematisiert ein Teil einer Kernreaktoranlage mit einem Druckwasserleistungsreaktor von zum

fto Beispiel 1000 MWe gezeichnet. In der Figur sieht man von dieser Anlage einen Dampferzeuger 1, der eine Frischdampfleitung 2 speist. Der Dampferzeuger ist in einer Sicherheitshiille 1 angeordnet, die alle Komponen-'en des Primarkreises uiiislhlicLJ:. Zu diesem zählen

^h5 außer dem angedeuteten Dampferzeuger 1 ein Reaktor druckbehälter mit dem Reaktorkern und drei weitere Dampferzeuger.

Die Frischdampfleitung 2 ist mit einer Durchführung

4 durch die Sicherheitshülle 3 geführt. Eine ähnliche Durchführung kann im Bereich der nicht weiter dargestellten Sekundärabschirmung vorgesehen sein. Außerhalb der Sicherheitshülle sitzt ein Absperrventil 6, von dem die Frisclidampfleitung 2 mit ihi im äußeren Leitungsteil 7 zu einer nicht weiter gezeichneten Dampfturbine führt.

Im Inneren der Sicherheitshülle sitzt im Zuge der Frischdampfleitung 2 ein steuerbares Ventil 8. Sein Antrieb ist mit 9 bezeichnet. Das Ventil 3, das als Eckventil geformt ist, kann auch als Sicherheitsventil wirksam werden, wie durch die Feder 10 angedeutet ist.

Ein Abzweig 12 der Leitung 2 vor dem Schnellsc'nlußventil 8 führt zu einem inneren Sicherheitsventil 13. Das Sicherheitsventil 13 weist einen um einige bar höheren Ansprechdruck als das Ventil 8 auf. Seine Ausblasleitung 14 kann in einen Abblasetank führen.

Außerhalb der Sicherheitshülle 3 ist vor dem Absperrventil 6 eine Leitung 16 an die Frischdampfleitung 2 angeschlossen, die einmal über ein ^.icherheitsventil 17 zu einem Auslaß 18 fuhrt. Der Auslaß 18 kann mit einem Schalldämpfer versehen sein. Parallel zum Sicherheitsventil 17 sind zwei in Reihe liegende, unter Umständen gleiche sogenannte Abblasregelventile 20 angeordnet, die ein gesteuertes Ausblasen von Frischdampf, zum Beispiel zum Abfahren des Kernreaktors im Störungsfall, ermöglichen.

Das Ventil 8 ist in Fig. 2 in einem Querschnitt dargestellt. Sein Ventilteller 22 ist dem Querschnitt der Frischdampfleitung 2 angepaßt. Der Ventilteller 22 kann an seinem äußeren Rand bei 23 gepanzert sein, damit eine besonders große Festigkeit erreicht wird. Das gleiche gilt für den Ventilsitz 24.

Der Ventilteller 22 ist mit einem Schaft 32 versehen, der mit Hilfe von Dichtungsringen 33 durch den Deckel J5 34 des Ventils 8 geführt ist. Der Schaft 32 führt zu dem Druckmittelantrieb 9. Dieser umfaßt einen Kolben J6 und einen Zylinder 37, der zum Beispiel mit Drucköl als Druckmittel betätigt werden kann.

Am Schaft 32 ist ein Nocken 40 vorgesehen, dem zwei Anschläge zur Begrenzung seiner Bewegung zugeordnet sind. Der eine Anschlag umfaßt eine als Klinke 42 ausgebildete Sperre, die an einem Schlitten 4J festgemacht ist, der mit Hilfe einer Spindel 44 verstellbar ist. Die Spindel 44 kann von einem Motor 45 so gedreht werden, daß der in Öffnungsrichtung wirkende eine Anschlag im Bereich zwischen 15 und 30% des größten Durchlaßquerschnittes des Ventils verstellbar ist.

Hin weiterer Anschlag 47, der in Schließrichtung des Ventiltellers 22 wirkt, ist ebenfalls mit dem Schlitten 4} verstellbar. Hr begrenzt die Schließbewegung auf einen Öffnungsquerschnitt zwischen 0 und 15%. Mithin sind öffnungs- und Schließbegrenzer voneinander abhängig. Durch Lösen der Klinke 42 wird jedoch unabhärgig von S¹S der Stellung des Schlittens 43 eine vollständige Öffnung für den Normalbetrieb ermöglicht, bei dem der freie Ventilquerschnitl ebenso groß wie der Durchlaßquerschnitt der Frischdampfleitung 2 ist.

Im Normalbetrieb ist das Ventil 8 geöffnet, sein f> <) Durehlaßquerschnitt stimmt mit dem Leitungsquerschnitt überein, so daß die Frischdampfströmung praktisch nii/ht behindert ist. Sollte sich ein Bruch in der Frischdampfleitung 2 ergeben oder ein anderer Fehler eintreten, der ein Leck in der Frischdampfleitung 2 <\s darstellt, so wird das Ventil 8 auf Grund einer Anregung, die von nicht dargestellten Sonden beim Auftreten eines Lecks ausgeht, druckmittelbetätigt geschlossen. Zu diesem Zweck wird der Zylinder 37 von einem Druckspeicher 50 über ein Ventil 51 gesteuert beaufschlagt. Die Schließzeit beträgt zum Beispiel 2 see.

Wenn das Schließen des Ventüs 8 zu einer Drucksteigerung führt, weil etwa die Schnellabschaltung des Reaktors nicht schnell genug gelingt, so wird bei einem Druck von beispielsweise dem lJ2fachen Nenndruck der Anlage der Ventilteller 22 angehoben, weil die in Schließrichtung wirkende Gegenkraft überwunden wird. Die Schließkraft kann dabei von dem Druck auf den Kolben 36 herrühren, die in geeigneter Weise gesteuert wird. Es sind aber auch andere Kräfte als Haltekräfte in der Schließstellung denkbar, zum Beispiel eine federnde Abstützung, die eine definierte Schließkraft ergibt.

Bei einer von einem Überdruck in der Leitung 2 ausgelösten Öffnungsbewegung ist der Öffnungsweg des Ventiltellers 22 durch die Klinke 42 begrenzt. Der begrenzte Öffnungsweg sorgt dafür, daß höchstens der halbe Durchlaßquerschnitt des Ventils freigegeben wird. Vorzugsweise ist der Öffnungsweg des Ventilteller 22 so klein, daß 30% oder weniger für das Abblasen des Überdruckes in der Leitung 2 zur Verfügung stehen. Damit wird vermieden, daß die Ausströmrate zu Störungen im Dampferzeuger 1, insbesondere zu Brüchen des Wärmetauscherrohrbündels führt, das die Trennwand zwischen dem Primär- und dem Sekundärkreis der Druckwasserreaktoranlage darstellt.

Bei der vorstehenden Schilderung der Wirkungsweise wurde zum bessersn Verständnis zunächst vereinfachend angenommen, daß das Ventil 8 bei einem .Schließkommando die Frischdampfleitung 2 vollständig sperrt. Mit dem als Schließbegrenzer wirkenden Anschlag 47 kann man jedoch dafür sorgen, daß das Ventil 8 bei einem Schnellschluß während einer betriebsmäßigen Frischdampferzeugung von mehr als etwa 30% der Nennleistung für eine kurze Zeit von beispielswiese 20 Sekunden nur bis auf einen Spalt von rund 10% geschlossen werden kann. Deshalb kann sich nicht gleich ein Überdruck aufbauen, und die Leitungsregelung kann die Dampferzeugung während der genannten 20 Sekunden meist so weit drosseln, daß auch nach dem vollständigen Schließen kein weiteres Abheben des Ventiltellers 22 zu erwarten ist. Hierdurch wird jedenfalls das sogenannte Flattern des Ventiltellers 22 vermieden. Der Spalt 25, den der .Schließbegrenzer vorgibt, kann der betriebsmäßigen Dampferzeugung angepaßt sein, weil zu erwarten ist, daß die Dampfproduktion bei einer Abschaltung um so schneller zurückgeht, je kleiner die ursprüngliche Leistung war. Es ist aber auch möglich, den Anschlag 47, von dem Maximalwert ausgehend, nach einem Schnellschluß zeitabhängig und zeitproportional, zum Beispiel mit Hilfe eines Uhrwerks, zuzufahren. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Steuerung in Abhängigkeit vom Dampfdruck. Das Ziel ist dabei immer, ohne unzulässigen Druckanstieg das Ventil 8 so schnell und vollständig zu schließen, daß keine Radioaktivität mit dem Dampf aus der Sicherheitshülle gelangen kann.

In der Fig. 3 ist in einer der Fig. 1 ähnlichen schemalischen Darstellung gezeigt, wie das Ventil 8 mit einer druckabhängigen Begrenzung versehen werden kann. Dazu wird der Druck in der Frischdampfleitung 2 /wischen dem Dampferzeuger I und dem Ventil 8 mit einem Manometer 55 erfaßt. |e nach Höhe dieses Druckes, wird, wie durch die Wirkungslinie 56 .ingedeutet ist, der durch die Feder 10 angedeutete öffnungsmechanismiis des als Sicherheitsventil wirken-

den Ventils 8, unter anderem auch die Lage der Klinke 42 so verstellt, daß ohne zu große Strömungsgeschwindigkeiten ein ausreichendes Abblasen möglich ist.

Es ist weiterhin möglich, den Antrieb 9 des Ventils 8 in Abhängigkeit von einem Druckanstiegssignal, das sich beispielsweise in einem außerhalb der Sicherheitshülle befindlichen Bauwerk aufgrund eines Lecks in der l^:rischdampfleitung 2 aufbaut, zu betätigen.

lici den Ausführungsbeispielen wurde nur ein Dampferzeuger mit einer Frischdampfleitung gezeichnet. Bei den für große Leistungen üblichen Kernreaktoranlagen mit beispielsweise vier Dampferzeugern wird man jeder t'rischdampfleitung 2 ein Ventil 8 zuordnen.

Hici/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbares Ventil für eine aus einer Sicherheitshülle herausführende Frischdampfleitung einer Kernreaktoranlage, das im Verlauf der Frischdampf leitung angeordnet ist und einen der Frischdampfleitung entsprechenden maximalen Durchlaßquerschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (9) das Ventil (8) bei Vorliegen eines Lecks in der Frischdampfleitung (2) bis zu einem vorgebbaren Durchlaßquerschnitt schließt, jedoch bei Anlegen eines höheren Drucks als dem Betriebsdruck der Frischdampfleitung das Ventil (8) vorgebbar bis zu höchstens dem halben maximalen Durchlaßquerschnitt öffnet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (9) eine Sperre (42) umfaßi, die das öffnen auf 30% des maximalen Durchlaßquerschnitts begrenzt.

3. Venlii nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre einen verstellbaren Schlitten (4 J) umfaßt.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (43) mit einer Spindel (44) motorisch verstellbar ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßquerschnitt beim Schließen durch eine einstellbare Begrenzung zwischen 5 und 20% des maximalen Durchlaßquerschnitts liegt.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung im Zeitraum von 10 bis 60 Sekunden auf Null verringert wird.