DE2508812C3

DE2508812C3 - Main coolant pump for a nuclear reactor

Info

Publication number: DE2508812C3
Application number: DE19752508812
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8521 Buben reuth Richter Gerd Dipl Ing 8500 Nürnberg Burkhardt
Original assignee: Kraftwerk Union AG, 4330 Mulheim
Filing date: 1975-02-28
Publication date: 1977-08-11

Description

Aus der deutschen Auslegeschrift 20 17 415 ist eine Hauptkühlmittelpumpe bekannt, die in das Reaktordruckgefäß eines Kernreaktors eingebaut ist. Der die Pumpe betätigende Elektromotor ist an einen Stutzen dieses Reaktordruckgefäßes angeflanscht. Im Bereich des Flansches ist eine mit Schrauben hergestellte lösbare Verbindung vorgesehen. Das Lösen der Verbindung erfolgt bei Stillstand der Pumpe, nachdem durch eine besondere Ausbildung der Pumpe, die Gegenstand der Auslegeschrift ist, eine Abdichtung der Pumpenwellen gegenüber dem Reaktordruckbehälter vorgenommen worden ist. Die Drehzahlen dieser Pumpe sind durch die Antriebsleistung des Elektromotors bestimmt, eine Beschleunigung, etwa durch das strömende Kühlmittel, kann nicht vorkommen.From the German Auslegeschrift 20 17 415 a main coolant pump is known, which is in the reactor pressure vessel of a nuclear reactor is installed. The electric motor that actuates the pump is connected to a nozzle this reactor pressure vessel flanged. One is made with screws in the area of the flange detachable connection provided. The connection is released when the pump is at a standstill after by a special design of the pump, which is the subject of the interpretation, a seal of the Pump shafts opposite the reactor pressure vessel has been made. The speeds of this Pumps are determined by the drive power of the electric motor, an acceleration, for example by the flowing coolant, cannot occur.

Die Erfindung betrifft dagegen eine Hauptkühlmittelpumpe für einen Kernreaktor mit einem unter Überdruck stehenden Kühlmittel, das von einem Pumpenrotor gefördert wird, der über eine bei Überdrehzahlen lösbare Kupplung von einem Elektromotor angetrieben wird. Die lösbare Kupplung soll nach einem älteren Vorschlag verhindern, daß das bei einem Bruch von Hauptkühlmittelleitungen ausströmende Kühlmittel den Pumpenrotor so beschleunigt, daß die Fliehkräfte bei Überdrehzahlen zu einer Zerstörung des vom Rotor beschleunigten Elektromotors oder anderer damit verbundener Teile führen.In contrast, the invention relates to a main coolant pump for a nuclear reactor with a pressurized coolant supplied by a Pump rotor is promoted via a clutch that can be released from an electric motor in the event of overspeed is driven. According to an older proposal, the releasable coupling is intended to prevent this from happening in one Breakage of the main coolant lines, the coolant flowing out accelerates the pump rotor so that the Centrifugal forces at overspeed can destroy the electric motor accelerated by the rotor or others associated parts lead.

Die Kupplung umfaßt nach dem älteren Vorschlag einen Schrumpfung mit einer Sollbruchstelle, die bei Überdrehzahlen, z. B. durch einen fliehkraftbetätigten Meißel, geöffnet wird. Des weiteren ist auch an eine Sprengstoffbetätigung des Meißels zum öffnen des Schrumpfringes gedacht. Unerwünscht ist jedoch, daß der zum Schließen der Kupplung verwendete Schrumpfring relativ große Kräfte zum öffnen erfordert, weil er den Fliehkräften des Normalbetriebes und natürlich den Kupplungskräften gewachsen sein muß. Ferner ergibt er wegen seiner Größe beim Aufsprengen Bruchstücke, die ihrerseits Schaden anrichten können, wenn man nicht besondere Maßnahmen zum Auffangen trifft.According to the older proposal, the coupling includes a shrinkage with a predetermined breaking point, which at Overspeed, e.g. B. is opened by a centrifugal force-operated chisel. Furthermore is also to a Explosive actuation of the chisel intended to open the shrink ring. However, it is undesirable that the shrink ring used to close the clutch requires relatively large forces to open, because it must be able to cope with the centrifugal forces of normal operation and of course the clutch forces. Furthermore, because of its size, it yields when it is blown open Fragments, which in turn can cause damage if one does not take special measures to catch them meets.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein drehzahlabhängiges öffnen der Verbindung zwischen Motor und Pumpe mit einfachen Mitteln zu ermöglichen, die keine nachteiligen Folgen verursachen können, wie sie oben angegeben sind. Gewünscht ist demnach ein sicheres Lösen der Kupplung, das keine nach außen wirkende Bruchstücke zur Folge haben soll. Dazu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise die lösbare Kupplung zwei durch Schrauben verbundene Teile aufweist und daß mindestens eine der Schrauben eine in einer Bohrung derselben angeordnete Treibladung enthält, die mit einer drehzahlabhängigen Zündvorrichtung versehen ist, die bei Erreichen einer kritischen Überdrehzahl die Treibladung zündet, wodurch durch Zerstörung der Schraube die Kupplung gelöst wird.The invention is based on the object of a speed-dependent opening of the connection between To enable the motor and pump with simple means that cannot cause any negative consequences, as indicated above. It is therefore desirable that the coupling be released safely and not externally acting fragments should result. For this purpose, it is provided according to the invention that in per se known way, the releasable coupling has two parts connected by screws and that at least one of the screws contains a propellant charge arranged in a bore thereof, which with a speed-dependent ignition device is provided, which when a critical overspeed is reached Propellant charge ignites, whereby the coupling is released by destroying the screw.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schrauben in Mehrfachanordnung eingesetzt, so daß auch sehr große Kräfte mit relativ kleinen, leicht zu lösenden Schrauben aufzubringen sind. Dabei empfiehlt es sich, die am Umfang der Kupplung vorzugsweise gleichmäßig verteilten Schrauben zur gemeinsamen Zündung elektrisch in Reihe zu schalten. Ferner kennen die Schrauben zur Zündung mit zwei redundant angeordneten Stromquellen verbunden sein, damit für jeden Fall die erforderliche Auslösung gewährleistet ist. Zweckmäßig sind dabei Schleifringe zur Übertragung einer Zündspannung von einer feststehend angeordneten Stromquelle vorgesehen, weil für den sicheren Betrieb solcher Stromquellen eine häufigere Wartung erforderlich ist. Man kann aber auch umlaufende Stromquellen verwenden.In a preferred embodiment of the invention, the screws are in a multiple arrangement used so that very large forces can be applied with relatively small, easy-to-remove screws. It is advisable to use the screws, which are preferably evenly distributed around the circumference of the coupling common ignition to be connected electrically in series. Also know the screws for ignition with two Redundantly arranged power sources be connected, so that the required triggering for each case is guaranteed. Slip rings for the transmission of an ignition voltage from a Fixed power source provided because for the safe operation of such power sources a more frequent maintenance is required. But you can also use circulating power sources.

Zur Überwachung der Zündstromkreise kann man eine Meßeinrichtung vorsehen, die die Funktionsfähigkeit zu prüfen gestattet. Wichtig ist dabei in erster Linie, daß keine Unterbrechung vorliegt. Dies läßt sich mit einer so weit verringerten Spannung feststellen, daß keine Auslösung erfolgen kann. Es ist aber auch möglich, die zur Zündung benötigte elektrische Energie in anderer Weise, z. B. durch transformatorische Kopplung an die Schrauben heranzubringen. Schließlich ist auch denkbar, daß die Trennung der Schrauben bei Überdrehzahlen durch mechanische Mittel, z. B. durch Schlagbolzen, bewirkt wird, die auf Zündhütchen treffen.To monitor the ignition circuits, a measuring device can be provided to check the functionality allowed to examine. It is primarily important that there is no interruption. This can be done with detect a voltage that has been reduced to such an extent that tripping cannot take place. But it is also possible the electrical energy required for ignition in another way, e.g. B. by transformer coupling bring them to the screws. Finally, it is also conceivable that the separation of the screws at Overspeed by mechanical means, e.g. B. by firing pin, is effected on the primer meeting.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In F i g. 1 ist dabei schematisch eine Kernreaktoranlage mit einem Druckwasserreaktor dargestellt. Die F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kupplung in größerem Maßstab. In F i g. 3 sind in nochmals größerem Maßstab Einzelheiten einer Schraube und ihrer elektrischen Zündeinrichtung dargestellt.For a more detailed explanation of the invention, an exemplary embodiment is given with reference to the accompanying drawing described. In Fig. 1 is a schematic of a nuclear reactor plant with a pressurized water reactor shown. The F i g. 2 shows a longitudinal section through a coupling on a larger scale. In Fig. 3 are in again on a larger scale details of a screw and its electrical ignition device shown.

Die Kernreaktoranlage mit Druckwasserreaktor umfaßt einen Reaktordruckbehälter 1 mit einem nichtThe nuclear reactor plant with pressurized water reactor comprises a reactor pressure vessel 1 with a non

naher gezeichneten Reaktorkern 2, in dem die Nutzwärme entsteht, sowie einen an den Reaktordruckbehälter angeschlossenen äußeren Haupikühlmittelkreis 3. Zum Hauptkühlmittelkreis gehöre der sogenannte heiße Strang 5, der vom Reaktordruckbehälter 1 zu s einem Dampferzeuger 6 führt. Der vom Dampferzeuger 6 wegführende sogenannte kalte Strang 7 enthält eine Hauptkühlmittelpumpe 8, die aus einem Elektromotor 9 und einer Kreiselpumpe 10 besteht. Am heißen Strang 5 sitzt ein Druckhalter 12, der im Primärkühlkreis für den gewünschten Betriebsdruck des als Kühlmittel verwendeten leichten Wassers von z.B. 160bar sorgt. Der Dampferzeuger 6 wird sekundärseitig mit einer Speisewasserleitung 14 beaufschlagt, die durch eine Sicherheitshülle 15 führt. Die Sicherheitshülle 15 umschließt alle strahlenden Teile der Kernreaktoranlage, Durch sie führt ferner eine Dampfleitung 16 vom Dampferzeuger 6 zu einer nicht weiter dargestellten Turbine.Reactor core 2, shown nearer, in which the useful heat is generated, as well as one to the reactor pressure vessel connected outer main coolant circuit 3. The main coolant circuit includes the so-called hot strand 5, which leads from the reactor pressure vessel 1 to a steam generator 6. The one from the steam generator 6 leading away so-called cold strand 7 contains a Main coolant pump 8, which consists of an electric motor 9 and a centrifugal pump 10. Hot rod 5 sits a pressure holder 12, which is used as a coolant in the primary cooling circuit for the desired operating pressure light water of e.g. 160bar. The steam generator 6 is on the secondary side with a The feed water line 14, which leads through a safety sheath 15, is acted upon. The safety envelope 15 encloses all radiating parts of the nuclear reactor system, a steam line 16 also leads through it Steam generator 6 to a turbine not shown further.

Im Normalbetrieb strömt das als Primärkühlminel verwendete leichte Wasser unter der Wirkung der Pumpe 8 im Sinne des Pfeiles 18 durch den Reaktordruckbehälter 1 und den Hauptkühlmittelkreis 3. Die Pumpendrehzahl ist dabei durch den Elektromotor 9 bestimmt. Tritt jedoch an irgendeiner Stelle des Primärkühlkreises ein Leck auf, so wird der Elektromotor abgeschaltet. Gleichzeitig strömt das unter hohem Druck stehende Primärkühlwasser aus dem Kühlkreis in das Leck. Hierbei kann von dem Kühlwasser eine Beschleunigungswirkung auf den Pumpenrotor ausge- jo übt werden, die zu gefährlichen Überdrehzahlen führen kann. Für diesen Fall soll eine Kupplung 19 zwischen Elektromotor 9 und Pumpe 10 drehzahlabhängig gelöst werden.In normal operation, the light water used as the primary coolant flows under the effect of the Pump 8 in the direction of arrow 18 through the reactor pressure vessel 1 and the main coolant circuit 3. The pump speed is determined by the electric motor 9. However, it occurs at any point in the If a leak occurs in the primary cooling circuit, the electric motor is switched off. At the same time that flows under high Pressurized primary cooling water from the cooling circuit into the leak. Here, one of the cooling water Accelerating effect on the pump rotor that can lead to dangerous overspeed. In this case, a clutch 19 should be between Electric motor 9 and pump 10 can be released depending on the speed.

In F i g. 2 ist von der Pumpe 10 mit dem als Turbine wirkenden Pumpenrotor nur die Pumpenwelle 20 gezeichnet, die mit der Motorwelle 21 über die Kupplung 19 verbunden ist. Die Kupplung 19 umfaßt zwei vorzugsweise gleiche, mit Keilverbindungen 25 formschlüssig mit den Wellen 20,21 verbundene Naben ^₀ 26 und 27. Diese tragen an ihrer Außenseite eine Verzahnung 28, auf die zwei ebenfalls mit einer Verzahnung 29 auf der Innenseite versehene Rohrstükke 30 und 31 aufgeschoben sind. Die Rohrstücke 30 und 31 sind über Flansche 33 und 34 miteinander verschraubt. Die Verschraubung ist in F i g. 3 ausschnittsweise in nochmals größerem Maßstab gezeichnet. In Fig. 2 of the pump 10 with the pump rotor acting as a turbine, only the pump shaft 20 is shown, which is connected to the motor shaft 21 via the coupling 19. The coupling 19 comprises two preferably identical, with splines 25 positively connected to the shafts 20,21 hub ^ ₀ 26 and 27. These carry on its outer side a toothing 28, provided on the two also with a tooth 29 on the inside Rohrstükke 30 and 31 are postponed. The pipe sections 30 and 31 are screwed together via flanges 33 and 34. The screw connection is shown in FIG. 3 drawn excerpts on an even larger scale.

In den Flanschen 33 und 34 sitzen um den Umfang gleichmäßig verteilte Schraubenlöcher 36. Ihre Zahl richtet sich nach dem Kupplungsdurchmesser und dem gewünschten Durchmesser der Schrauben, der die Belastbarkeit bestimmt. Sie kann z. B. zwischen drei und zwanzig liegen. In jedem der Löcher 36 steckt ein Schraubenbolzen 38, der im Bereich der Trennfuge 39 zwischen den Flanschteilen 33,34 eine in einer Bohrung 40 angeordnete Treibladung 41 aufweist. Die Treibladung 41 kann handelsüblichen Sprengstoff in fester Form umfassen, wobei die Brisanz des Sprengstoffes kleiner als bei dem für militärische Zwecke üblichen TNT gewählt werden kann, damit man besser beherrschbare Mengen für die kleine erforderliche Sprengwirkung benutzen kann. Die Treibladung sitzt im Bereich der Trennfuge 39. Dort ist in der Schraubenwandung eine Einkerbung 44 vorgesehen.In the flanges 33 and 34 there are screw holes 36 evenly distributed around the circumference. Their number depends on the coupling diameter and the desired diameter of the screws that the Resilience determined. You can z. B. be between three and twenty. In each of the holes 36 is inserted Screw bolt 38, which in the area of the parting line 39 between the flange parts 33,34 in a bore 40 arranged propellant charge 41 has. The propellant charge 41 can solidify commercially available explosives Form include, the explosive being less explosive than that of the usual for military purposes TNT can be chosen so that one can have more manageable amounts for the small required Can use explosive effect. The propellant charge sits in the area of the parting line 39. There is in the screw wall a notch 44 is provided.

In eine Vertiefung 43 der Treibladung 41 sind zwei Zündsätze 45 und 46 eingesetzt, die über zwei Paar elektrische Anschlußdrähte 47 und 48 mit zwei parallel geschalteten Stromquellen verbunden sind. Die Stromquellen sind in Fig.3 bei 50 und 51 schematisch angedeutet. Sie stehen mit den Drähten 47 und 48 über Schleifringe 53 in Verbindung, die in F i g. 2 auf der Nabe 27 dargestellt sind. Dabei sind alle Schrauben 38 mit ihren redundanten Zünddrähten 47 und 48 in Reihe geschaltet.In a recess 43 of the propellant charge 41, two detonators 45 and 46 are inserted, which have two pairs electrical connecting wires 47 and 48 are connected to two power sources connected in parallel. The power sources are indicated schematically in FIG. 3 at 50 and 51. They protrude with wires 47 and 48 Slip rings 53 in connection, which in F i g. 2 on the hub 27 are shown. All screws are 38 with their redundant ignition wires 47 and 48 connected in series.

In den Leitungszug der Drähte 47 und 48 können vor oder nach den Schleifringen 53 drehzahlabhängige Schalter eingebaut sein. Wichtig ist ferner eine über einen Schalter 55 zuschaltbare Spannungsquelle 56 mit verringerter Spannung, die über einen Strommesser 57 den Durchgang der Leitungen 47 bzw. 48 zu prüfen gestattet. Damit wird die Funktionsfähigkeit der Stromkreise zum Zünden überwacht. Dies kann während des Betriebes geschehen.In the line of the wires 47 and 48 before or after the slip rings 53 speed-dependent Switch to be installed. A voltage source 56 that can be switched on via a switch 55 is also important reduced voltage, which can be checked by means of an ammeter 57 for the continuity of lines 47 and 48, respectively allowed. This monitors the functionality of the ignition circuits. This can happen during operation.

Sollte durch einen Bruch der Hauptkühlmittelleitungen des Primärkreises 3 der Rotor der Pumpe 10 unzulässig beschleunigt werden, so wird durch gleichzeitige Zündung der um den Umfang der Kupplung 19 verteilten zwölf Schrauben 38 die Kraftübertragung zwischen den beiden Rohrstücken 30 und 31 der Kupplung gelöst. Dies geschieht z. B. durch das drehzahlabhängige Schließen des nicht gezeichneten Schalters in den Zündleitungen 47, 48. Mithin kann weder der Elektromotor 9 mit seinen gegenüber Drehzahlen empfindlichen Rotorstäben noch gegebenenfalls ein mit dem Elektromotor verbundenes Schwungrad unzulässig beschleunigt werden.Should the main coolant lines of the primary circuit 3 break the rotor of the pump 10 are accelerated impermissibly, then by simultaneous ignition of the around the circumference of the clutch 19 distributed twelve screws 38 the power transmission between the two pipe sections 30 and 31 of the Clutch released. This happens e.g. B. by the speed-dependent closing of the not shown Switch in the ignition lines 47, 48. Thus, neither the electric motor 9 with its opposite Rotary bars that are sensitive to rotational speeds may also be connected to the electric motor Flywheel be accelerated impermissibly.

Die durch die Treibladung 41 zerstörten Schrauben 38 können in bezug auf den Treibsatz und den zum Verschluß der Bohrung 40 verwendeten Stopfen 60 so dimensioniert werden, daß nur ein Aufreißen der Schrauben, nicht aber der diese umgebenden Flanschteile 33, 34 vorkommt. Die Schrauben 38 verhaken sich dabei durch die beim Trennen entstehende Aufweitung mit den Flanschteilen, so daß sie wie Niete mit diesen verbunden sind und nicht wegfliegen. Mithin ist es nicht erforderlich, die Kupplung 19 durch aufwendige Abdeckungen gegen umherfliegende Teile zu sichern. Die neue Anordnung erweist sich daher als einfache Möglichkeit, den Elektromotor gegen Überdrehzahlen zuverlässig zu schützen.The destroyed by the propellant charge 41 screws 38 can with respect to the propellant and the Closure of the bore 40 used plugs 60 are dimensioned so that only tearing open the Screws, but not the flange parts 33, 34 surrounding them. The screws 38 get caught by the widening with the flange parts resulting from the separation, so that they are like rivets with these connected and not fly away. It is therefore not necessary to elaborate the clutch 19 through Secure covers against flying parts. The new arrangement therefore proves to be simple Possibility of reliably protecting the electric motor against overspeed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Main coolant pump for a nuclear reactor with a pressurized coolant supplied by a; Pump rotor is promoted, which is driven by an electric motor via a clutch that can be released at overspeed, characterized in that the releasable clutch (19) has two parts (26, 27) connected by screws (38) and that at least one of the screws (38) contains a propellant charge (41) arranged in a bore (34) of the same, which propellant charge (41) is provided with a speed-dependent ignition device (50, 51 ) which ignites the propellant charge (41) when a critical overspeed is reached, whereby through Destruction of the screw (38) the coupling (19) is released.

2. Main coolant pump according to claim 1, characterized in that several on the circumference the coupling (19) distributed screws (38) electrically connected in series for common ignition are.

3. main coolant pump according to claim 1 or 2, characterized in that the screw (38) to Ignition is connected to two redundantly arranged power sources (50,51).

4. main coolant pump according to claim 1,2 or 3, characterized by slip rings (53) for transferring an ignition voltage from a stationary one arranged power source (50,51).

5. main coolant pump according to claim 1 to 4, characterized in that in an ignition circuit (47,48) of the screw (38) a measuring device (55, 56, 57) for testing the functionality of the Circuit is provided.