DE2442500A1 - Druckwasserreaktor mit gehaeusedampferzeuger - Google Patents
Druckwasserreaktor mit gehaeusedampferzeugerInfo
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Description
24.272.+
Go/Me.
4. September 1974
INTERATOM 2 Λ' 4 2 5 0
Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckwasserreaktor,
dessen Primärkühlkreis innerhalb eines Druckbehälters seine Wärme an einen Dampferzeuger abgibt, der zwischen
Reaktorkern und Saugraum der Umwälzpumpen, also in den kalten Strang des Kreislaufes, geschaltet ist. Dieser Druckwasserreaktor,
dessen Primärkühlkreis im Normalbetrieb im Zwangumlauf
betrieben wird, ist besonders geeignet für Schiffsantriebe und stationäre Anlagen kleinerer Leistung.
Um Schaden an den Umwälzpumpen des Primärkühlkreises durch
Kavitation, insbesondere bei schnellen Laständerungen zu vermeiden, sollen diese in einem möglichst kühlen Bereich des
Primärkühlkreises arbeiten. Wenn diese Pumpen nämlich in der Nähe der Siedetemperatur arbeiten, so genügt bereits eine
kleine DruckabSenkung, um das Wasser in der Pumpe zum Sieden
zu bringen. Die dabei entstehenden Dampfblasen fallen bei der
anschließenden Druckerhöhung zusammen und verursachen in einem örtlich eng begrenzten Bereich Zerstörungen an den
Pumpeneinbauten. Besonders gefährdet sind dabei die aus Gründen der besseren Wartung und Inspektion wünschenswerten
obenliegenden Umwälzpumpen, weil diese gegenüber den untenliegenden Pumpen eine wesentlich geringere Zulaufhöhe aufzuweisen haben und daher noch eher zur Kavitation neigen.
Diese Probleme werden oft vermieden mit einem äußeren Druckhalter, der aber viel Raum benötigt und erhebliche Kosten verursacht.
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Ein typisches Beispiel für einen in der Praxis bewährten Schiffsreaktor stellt die Antriebsanlage des Nuklear-Schiffes
"OTTO HAHN" dar. Bei dieser Anordnung mit untenliegenden
Pumpenstutzen läßt sich die gewünschte Strömungsführung mit möglichst kaltem Wasser vor der Pumpe und mit
einer erheblichen Zulaufhöhe zur Pumpe verwirklichen. Wenn man
bei sonst gleicher Konstruktion die Umwälzpumpen am oberen Ende des Druckbehälters, beispielsweise in seinem
Deckel anordnet, werden die Pumpen nicht nur vom heißen Primärkühlmittel· angeströmt, sondern gleichzeitig auch die
Zulaufhöhe wesentlich vermindert.
In der deutschen Offenlegungsschrift 22 27 895 werden die beschriebenen Probleme an den Umwälzpumpen vermieden, indem
man einen sehr großen und dementsprechend auch teueren äußeren Druckhalter verwendet. In diesem äußeren Druckhalter
wird durch geregelte Beheizung oder Einspeisung von kaltem Wasser der Druck im Druckbehälter auf die gewünschte
Höhe eingestellt. In der gleichen Schrift wird vorgeschlagen, alle Einbauten im Druckbehälter am oberen Deckel
zu befestigen, so daß bei jedem Brennelementwechsel und jeder Inspektion oder Wartung an Einbauten im Druckbehälter praktisch
alle Einbauten auf einmal mit ihrem doch erheblichen Gewicht aus dem Druckbehälter entfernt werden müssen.
Ein solcher Brennelementwechsel ist etwa alle ein bis zwei Jahre notwendig, während eine Inspektion des Druckbehälters
routinemäßig nur alle 8 Jahre notwendig ist. Daher ist es erwünscht, daß die Brennelemente ausgewechselt werden können,
ohne den Dampferzeuger entfernen zu müssen.
Um den gewünschten Strömungsweg vom Reaktor durch den Wärmetauscher
zur Umwälzpumpe zu erreichen, wird in der gleichen Schrift vorgeschlagen, das Reaktorcore im Normalbetrieb
von oben nach unten durchströmen zu lassen. Diese Strömungsführung ergibt bei Laständerungen oder bei geringer Last
sowie bei Ausfall der Umwälzpumpen sehr unübersichtliche Strömungsverhältnisse im Reaktorkern und soll bei der vorliegenden
Erfindung vermieden werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Druckwasserreaktor, dessen Primärkühlkreis innerhalb eines Druckbehälters
seine Wärme an einen Dampferzeuger abgibt, der zwischen Reaktorcore und Saugraum der Umwälzpumpen geschaltet ist, und
der zur Inspektion des Druckbehälters ohne Zerstörung ausgebaut werden kann. .
Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung eines Dampferzeugers, der bei Ausfall der Primärumwälzpumpen
und bei Absenkung des Wasserstandes auch im Naturumlauf die Nachkühlwärme des Reaktorcores
aufnehmen kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Druckwasserreaktor, dessen aus austenitischen Werkstoffen
hergestellte Einbauten im Druckbehälter sich gegenüber dem aus ferritischem Werkstoff hergestellten Druckbehälter frei
ausdehnen können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Dampferzeuger
in einem allseitig geschlossenen, mit Durchbrüchen zur Strömungsführung versehenen hohl-zylindrischen Gehäuse
angeordnet ist, welches über einen Hohlring auf das obere Ende des Druckbehälters abgestützt ist, daß das Coretraggerüst mit
dem eingesetzten Reaktorcore ebenfalls an diesem Gehäuse aufgehängt ist und daß dieses Gehäuse am unteren Ende
über mehrere gleitende Flächen radial gegen die Druckbehälter-Innenwand abgestützt ist. Bei dieser Anordnung hängen alle
wesentlichen Einbauten im Druckbehälter mit Ausnahme der Pumpen und mit Ausnahme der Speisewasser- bzw. Dampfanschlüsse
an einem austenitischen Gehäuse, das am oberen Ende des Druckbehälters zwischen einem Absatz im Druckbehälter und dem
Druckbehälterdeckel fest eingespannt ist. Dieses Gehäuse kann sich innerhalb des Druckbehälters frei nach unten ausdehnen
und ist an seinem unteren Ende an mehreren Stellen
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•ι
gleitend an der Druckbehälter-Innenwand gelagert, so daß Kräfte
in waagerechter Richtung vom Druckbehälter aufgenommen werden können. Das Coregehäuse ist einerseits an dem schon
beschriebenen Dampferzeugergehäuse befestigt und kann mit seinem unteren Ende von einem ebenfalls gleitenden
Dorn zentriert werden, so daß es in axialer Richtung alle Ausdehnungen des Gehäuses mitmacht und in waagerechter
Richtung die auftretenden Kräfte auf den Druckbehälter überträgt. Auf diese Weise werden am Druckbehälter
alle nicht überprüfbaren Schweißnähte für Pratzen oder sonstige Befestigungsteile vermieden und die Ultraschallprüfung
der Druckbehälterwand erleichtert. Alle Druckbehältereinbauten können aus gleichem Werkstoff hergestellt
werden, so daß Zwangsspannungen durch ungleiche Ausdehnungen vermieden werden. Die Anordnung des Dampferzeugers
in einem allseitig geschlossenen zylindrischen Gehäuse hat nicht nur den Vorteil, daß die dünnen Rohre dieses Dampferzeugers
besser gegen Schwingungen geschützt werden können, sondern schützt auch diesen Dampferzeuger bei der Montage
wie auch beim Ausbau gegen Beschädigungen. Der Hohlring ■ von kastenförmigem Querschnitt dient einerseits dazu, das
Dampferzeugergehäuse mit allen daran hängenden Einbauten zu versteifen und dient andererseits zur Strömungsführung.
Die bei Schiffsreaktoren unvermeidlichen Schräglagen verursachen
weder im Normalfall noch bei Ausfall der Pumpen Störungen des Wässerumlaufs, da sie sich nur in dem relativ
schmalen ringförmigen Dampferzeugergehäuse auswirken können. Dadurch kann die Bauhöhe des Druckbehälters oberhalb der
Pumpen erheblich verringert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird dementsprechend
vorgeschlagen, daß der Hohlring den Druckraum der Primärumwälzpumpen bildet und von mehreren Einlaufstücken
durchdrungen ist, die mit dem Saugraum der Umwälzpumpen in Verbindung stehen. Auf diese Weise hat jede Pumpe ein eigenes,
strömungstechnisch günstig geformtes Einlaufstück, alle Pumpen
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gemeinsam drücken aber in den Hohlring von kastenförmigem Querschnitt, der an seiner Unterseite mehrere Öffnungen aufweist,
so daß das Primärkühlwasser auch bei Ausfall einer Pumpe gleichmäßig über den Umfang verteilt zum Reaktorkern
fließen kann.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Strömungsführung des Primärkühlwassers anhand eines senkrechten
Längsschnittes durch einen erfindungsgemäßen Druckwasserreaktor. Figur 2 zeigt, ebenfalls als senkrechter Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Druckwasserreaktor die Anordnung und Verbindung der einzelnen Bauteile im Druckbehälter.
Dabei zeigt die rechte Hälfte der Zeichnung einen Schnitt durch das Laufzeug einer Umwälzpumpe sowie eine Ansicht
eines SpeisewasserStutzens mit der Rohrführung des Speisewassersystems, während die linke Hälfte der Figur 2
eine Ansicht des Dampfaustrittsstutzens sowie der dazugehörigen
Dampfrohrleitungen zeigt.
In Figur 1 tritt das Primärkühlwasser von unten in das aus zahlreichen nicht gezeigten senkrechten parallelen Brennelementen
bestehende Reaktorcore 1 ein und fließt von dort in ein oberhalb des Reaktorcores 1 konzentrisch angeordnetes
Dampferzeugergehäuse 2, durchströmt dieses von unten nach oben und wird von den Pumpen 3# die mit Elektromotoren 4
angetrieben werden, in einen Hohlring 5 von kastenförmigem Querschnitt gedrückt, der an seiner Unterseite, und zwar am
äußeren Rand zahlreiche Öffnungen 6 aufweist, durch die das Primärkühlwasser in einen Ringkanal 7 und von dort in den
Raum 8 seitlich und unterhalb des Reaktors fließt. Falls die Primärumwälzpumpen ausfallen sollten, entsteht ein Naturumlaufsystem,
bei dem das heiße Primärwasser wie im Normalbetrieb im Reaktorcore'aufwärts strömt. Da die Dampferzeuger 9
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in Betrieb bleiben, wird hier das Primärkühlwasser abgekühlt.
Zunächst entsteht ein Naturumlauf durch das stillstehende Laufzeug der Pumpen 3. Bei Absinken des Wasserstandes
entsteht ein internes Naturumlaufsystem zwischen dem heißen Reaktorcore 1 und dem kalten Dampferzeuger 9,
das zur Notnachwärmeabfuhr genutzt werden kann.
Figur 2 zeigt, wie der Hohlring 5 zwischen einem Absatz des Druckbehälters 10 und dem Deckel 11 eingespannt ist.
Diese Einspannstelle ist in nicht näher gezeigter Weise aus einem ferritischem Material hergestellt, das mit einem
dünnen austenitischem Material überzogen ist, so daß gegenüber dem ferritischen Druckbehälter keine wesentlichen Wärmeausdehnungen
auftreten können. Der Hohlring 5 trägt entsprechend der Anzahl der Pumpen beispielsweise vier Einlaufstücke
12, durch die das im Dampferzeuger 9 abgekühlte Primärwasser aus dem Dampferzeugergehäuse 2 in das Laufzeug der Pumpe
fließt. Im Pumpengehäuse 13 wird das Primärwasser umgelenkt und in den Hohlring 5 gedrückt, der über zahlreiche, über
den Umfang verteilte Öffnungen 6 mit dem Ringkanal 7 in Verbindung steht..Dieser Ringkanal 7 wird gebildet einerseits
durch die Innenwand des Druckbehälters 10 und andererseits durch die Außenwand des Darapferzeugergehäuses 2. Dieses
Dampferzeugergehäuse 2 wird wiederum an seiner inneren Wand durch einen besonderen geschlossenen Ringkanal 14 begrenzt,
in dem die kalten Speisewasserrohre 15 nach unten geführt sind. Das Dampferzeugergehäuse 2 stützt sich über
mehrere gleitende Flächen 17 an der Innenwand des Druck-
Oh—
behälters 10/und wird an seinem unteren Ende durch einen
konischen Boden 16 begrenzt, der andererseits das Coregehäuse 18 trägt, welches an seinem unteren Ende einen
mit zahlreichen Bohrungen versehenen Einlaufkorb 19 aufweist,
der über einen zentralen Dorn 20 auf dem Druckbehälterboden zentriert ist. Das Coregehäuse 18 liegt mit einem Vorsprung
auf dem konischen Boden 16 des Dampferzeugergehäuses 2 auf
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und wird dort festgehalten durch das Stützgerüst 22, das an
seiner Oberseite mit dem Hohlring 5 verschraubt ist. Dieses Stützgerüst 22 dient gleichzeitig zur Führung und
Befestigung der Regelstabantriebe 23. Sowohl der Dampfals
auch der Speisewasser-Stutzen 27 sind über eine Schweißlippendichtung mit dem Druckbehälter 10 verbunden
und tragen innen kurze Rohrstutzen 25, -des? durch den Ringkanal 7 hindurch geführt -är&fc und ebenfalls
mit einer Schweißlippendichtung mit einem Rohrboden verbunden
Figur 3 zeigt in einem Querschnitt durch den Druckbehälter eine Ansicht von unten auf den Hohlring 5 mit den
Pumpeneinläufen 12 sowie den Öffnungen 6.
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Claims (6)
- 24 2*4.25 OQGo/Me. ,O. 4. September 1974SchutzansprücheDruckwasserreaktor/ dessen Primärkühlkreis innerhalb eines Druckbehälters seine Wärme an einen Dampferzeuger abgibt, der zwischen Reaktorcore und Saugraum der Umwälzpumpen geschaltet ist und der zur Inspektion des Druckbehälters ohne Zerstörung ausgebaut werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger (9) in einem allseitig geschlossenen, mit Durchbrüchen zur Strömungsführung versehenen hohlzylindrischen Gehäuse (2) angeordnet ist, welches über einen Hohlring {5) auf das obere Ende des Druckbehälters (10) abgestützt ist.
- 2. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Coretraggerüst (18) mit dem eingesetzten Reaktorcore (1) ebenfalls an diesem Gehäuse (2) aufgehängt ist.
- 3. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse (2) am unteren Ende über mehrere gleitende Flächen (17) radial gegen die Druckbehälter-Innenwand (1O) abgestützt ist.
- 4. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Hohlring (5) den Druckraum der Primärumwälzpumpen (3) bildet.609812/0526-si-
- 5. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, Z 4 M Z J U U dadurch gekennzeichnet, daß dieser Hohlring (5) von mehreren Einlaufetucken (12) durchdrungen ist, die mit dem Saugraum der Umwälzpumpen (3) in Verbindung stehen.
- 6. Druckv/asserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse (2) ein Stützgerüst (22) tragt zur Befestigung der Regelstabantriebe (23).609812/0526AOLeerseite
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