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Kernreaktoranlage Zusatz zu Patent . ... ... (Anm. P 24 46 044.4 =
VPA 74/9442).
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Im DBP . ... ... (Anm. P 24 46 044.4) wird eine Kernreaktoranlage
mit einer Sicherheitshülle und einer aus dieser ins Freie führenden Frischdampfleitung
behandelt, die ein Schnellschlußventil mit einem dem Querschnitt der Frischdampfleitung
entsprechenden Durchlaßquerschnitt und mit einem Ventilteller aufweist, der auf
Grund eines Lecks in der Frischdampfleitung druckmittelbetätigt geschlossen wird,
wobei dem Ventilteller ein druckabhängig wirkender öffnungsmechanismus zugeordnet
ist, der bei einem höheren Druck als dem Betriebsdruck der Frischdampfleitung öffnet,
jedoch höchstens den halben Durchlaßquerschnitt freigibt. Dieses Ventil ergibt den
Vorteil, daß ein unzulässig hoher Druck im Kühlsystem des Kernreaktors, das den
Dampf erzeugt, vermieden wird. Gleichzeitig ist aber auch dafür gesorgt, daß durch
eine Begrenzung der Ausströmrate des Dampfes Folgeschäden vermieden werden.
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Das Ventil erhält nach der technischen Lehre des genannten Patents
dadurch einen einfachen Aufbau, daß zum Betätigen zwei Kolben vorgesehen sind, die
mit dem vor dem Ventil liegenden Teil der Frischdampfleitung verbindbar und bestimmten
Durchlaßteilquerschnitten des Ventils zugeordnet sind. Von diesen beiden Kolben
ist bei einer besonderen Ausführungsform des Patentes nur einer der beiden Kolben
mit dem Ventilteller fest verbunden, während der andere nur über einen Teil des
Ventilhubes mit dem Ventilteller gekoppelt ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf die zuletzt genannte Ausftlhrungsform
mit dem Ziel, eine störungsfreie konstruktive Gestaltung
zu finden,
die den hohen Sicherheitsanforderungen in Kernkraftwerken in besonderem Maße gerecht
wird. Diese Ausführungsform ist als Verbesserung der Erfindung nach dem Patent .
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(Anm. P 24 46 044.4) dadurch ausgezeichnet, daß der gekoppelte Kolben
ausschließlich im Ventilgehäuse geführt ist und gegenüber dem mit dem Ventilteller
fest verbundenen Kolben ein Spiel aufweist.
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Mit der Erfindung gelingt es, ein gegenseitiges Verklemmen der Kolben
zu vermeiden, das die Funktion des Sicherheitsventils beeinträchtigen könnte. Dies
gilt mit Sicherheit für den Fall, daß das Spiel 5 mm oder mehr beträgt. Abgesehen
von diesem sicheren Größtmaß ist die Größe des Spiels abhängig von dem Material
des Ventils und seinen Abmessungen insgesamt.
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Um eine gute Führung zu erhalten, die durch ein Verkanten nicht beeinträchtigt
werden kann, empfiehlt es sich, den gekoppelten Kolben an zwei in Richtung der Kolbenbewegung
voneinander entfernten Stellen im Ventilgehäuse zu führen. Dabei ist die FUhrung
um so leichtgängiger, je größer die Entfernung zwischen den beiden Führungsstellen
ist. Vorzugsweise ist die Entfernung annähernd gleich dem Kolbendurchmesser, weil
man damit, wie Versuche gezeigt haben, eine gute Führung im Rahmen des für das Ventil
ohnehin notwendigen Raumes erhält Der mit dem Ventilteller verbundene Kolben kann
mit Hilfe seiner Kolbenstange auf der dem Ventilteller abgekehrten Seite im Ventilgehäuse
geführt sein. Hierdurch wird auch für diesen Kolben eine Führung an zwei Stellen
erhalten, die die Reibungskräfte verringert und das Verkanten unterbindet.
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Der Durchmesser der Kolbenstange sollte etwa 1/4 des Durchmessers
des Ventiltellers oder mehr betragen. Dies ist deshalb günstig, weil man damit Verbiegungen
der Kolbenstange auch für den Fall ausschließen kann, daß der Ventilteller und/oder
der Kolben sich einseitig festklemmt, so daß Biegebeanspruchungen
auf
die Kolbenstange ausgeübt werden.
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Zur Erhöhung der Sicherheit können die Kolben über redundante Ventilgruppen
beaufschlagbar sein. Dies ist gerade bei der vorliegenden Erfindung wichtig, weil
eine wechselseitige Beeinflussung der Kolben durch die unabhängige Anordnung weitgehend
ausgeschlossen ist.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der
Figuren einige Ausführungsbeispiele beschrieben. Die zugehörigen Figuren 1 bis 3
zeigen drei Ausführungsformen jeweils in einem Schnitt längs der Ventilachse. Für
übereinstimmende Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Mit 1 ist das Oberteil eines Dampferzeugers eines Druckwasserreaktors
bezeichnet, von dem eine Frischdampfleitung 2 ausgeht.
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Dampferzeuger 1 und Frischdampfleitung sind mit einer Wärmeisolierung
3 versehen.
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Im Zuge der Frischdampfleitung 2 sitzt ein als Eckventil ausgeführtes
Absperrventil 4. Sein Ventilgehäuse 5 bildet demnach einen Krümmer zwischen dem
vertikalen Teil der Frischdampfleitung und dem als Doppelrohr 6 ausgeführten horizontalen
Teil, der aus der nicht weiter gezeichneten Sicherheitshülle des mit dem Druckwasserreaktor
ausgestatteten Kernkraftwerkes ins Freie zu einer ebenfalls nicht dargestellten
Turbine führt.
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Das Ventilgehäuse 5 bildet einen Ventilsitz 8 für einen Ventilteller
9, der mit einer Kolbenstange 10 in einem Einsatz 11 geführt ist. Der Einsatz 11
ist mit Hilfe eines Oberteils 12 des Ventilgehäuses 5 festgelegt, das mit Schrauben
13 gegen das Unterteil 14 des Ventilgehäuses 5 gespannt ist.
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Der einsatz 11 bildet eine Phrung für einen Kolben 16, der mit einem
Rohrstück 17 versehen ist. D4e mit Kolbenringen la ausgerüstete Lauffläche des rohres
17 sitzt in dem Buchsenteil ,9 des Einsatzes 11. Der Kolben BE selbst ist mit KolbEringen
20
in einem Zylinderteil 21 des Oberteils 12 geführt.
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Der Abstand zwischen den die Führung bestimmenden Kolbenringen 18
und 20 ist gleich dem Durchmesser des Kolbens 16.
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Unabhängig vom Kolben 16 ist ein zweiter Kolben 25 in einem zweiten
Zylinder 26 des Oberteils geführt. Der Kolben 25 ist darüber hinaus im Einsatz 11
gelagert. Hier sind Dichtungen 27 vorgesehen. Er ist mit dem Ventilteller 9 über
die Kolbenstange 10 fest verbunden. Auf der dem Ventilteller 9 abgekehrten Seite
ist die Kolbenstange mit ihrem Bereich 28 in einem Führungszylinder 29 gelagert.
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Der kleinste Durchmesser der Kolbenstange 9 beträgt, wie die Fig.
1 zeigt, mehr als 1/4 des größten Durchmessers des Ventiltellers 9. Im Bereich der
Kolbenscheibe 25 beträgt der Durchmesser fast die Hälfte des Ventiltellers. Ferner
zeigt die Fig. 1 deutlich, daß zwischen den Kolben 16 und 25 kein Verklemmen möglich
ist, weil überall, vor allem im Bereich der Kolbenstange 10, ein großes Spiel 24
vorhanden ist. Beim Ausführungsbeispiel beträgt das Spiel 10 mm.
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Die Kolbenstange trägt an ihrem äußeren Teil 28 einen Stift 30, der
zur Stellungsanzeige dient. Zu diesem Zweck trägt der Stift 30 ein magnetisch markantes
Material 31, dessen Stellung mit Hilfe einer Induktionsspule 32 erfaßt wird. Diese
Stellung wird elektrisch weiter gemeldet, so daß die Stellung des Ventilteil lere
Uberwacht werden kann. Der Stift 30 kann aber auch als Ganzes aus ferromagnetischem
Material bestehen, dessen Stellung als Eintauchtiefe in die Spule 32 gemeldet wird,
deren Induktivität sich ändert.
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An die Frischdampfleitung 2 ist eine Steuerleitung 35 angeschlossen.
Sie führt über eine gestrichelt angedeutete Steuerleitung 36 zu dreifach parallel
angeordneten Steuerventilen 37, 38 und 39, die zur Sicherheit zweifach in Reihe
angeordnet sind (27a, 37b, 38a, 38b, 39a, 39b). Über eine Leitung 40 werden
die
Ventile unmittelbar gespeist. Sie führen zu einem Anschluß 41 des Ventilgehäuses,
mit dem die Unterseite des Kolbens 16 beaufschlagt werden kann.
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Die Ventile 37, 38 und 39 sind ferner über drei parallel geschaltete
Drosseln 42 mit einem Einlaß 43 des Ventilgehäuses verbunden. Uber diesen kann die
Unterseite des Kolbens 25 beaufschlagt werden. Im Normalfall wird der Anschluß 43
jedoch über eine Ventilgruppe beaufschlagt, die zwei parallel geschaltete Ventile
45 und 46 umfaßt. Die Ventile 45 und 46 sind wiederum durch eine Reihenschaltung
sicherungstechnisch redundant aufgebaut (45a, 45b, 46a, 46b).
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Die Ventile 37, 38 und 39 sind so ausgelegt, daß sie bei kleineren
Drücken als 86 bar geschlossen sind und bei größeren Drücken als 86 bar öffnen,
während die Ventile 45 und 46 auch bei größeren Drücken als 86 bar geschlossen bleiben
und erst bei Drücken zwischen 86 und 88 bar öffnen. Eine Kondensatleitung 47 unterhalb
der Drosseln 42 verhindert eine Anderung der Ansprechwerte durch Kondensatansammlungen
in den zur Betätigung der Ventile dienenden Frischdampfleitungen und -räumen.
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Der Auslaß der Ventile 45 und 46 führt zu einer Entlüftungsleitung
50. An diese ist auch der Raum im Führungszylinder 29 über die Leitung 51 angeschlossen.
Der Raum im Zylinder 26 steht dagegen über die mit der Leitung 40 verbundene Leitung
52 ständig mit der Frischdampfleitung 2 in Verbindung. Die Leitung 50 kann zu einem
außerhalb der Sicherheitshülle gelegenen Sicherheitsventil führen, das bei 86 bar
öffnet und bei 84 bar schließt.
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Die Fig. 1 zeigt den Ventilteller 9 in der Schließstellung. Im Normalbetrieb
besitzt der Ventilteller die bei 9' strichpunktiert gezeichnete völlige Öffnungsstellung.
Aus dieser gelangt er in die gezeichnete Schließstellung, wenn ein Schaden am Dampferzeuger
vorliegt, und daraufhin der Dampfdruck unter dem Schließdruck
der
Ventile 36, 37 und 38 von 86 bar sinkt. Steigt daraufhin der Druck im Dampferzeuger
an, weil der Reaktor weiterhin Wärme produziert, so wird entgegen der Schließwirkung
des Kolbens 25 durch Beaufschlagung des Kolbens 16 der Ventilteller 9 in die ebenfalls
strichpunktierte gezeichnete Öffnungsatellung 9" angehoben. Der dabei freigelegte
Entlastungsquerschnitt beträgt etwa 20% der normalen Durchlaßöffnung des Ventils.
Daher kann der Uberdruck abgeblasen werden, ohne daß durch eine zu große Ausströmrate
Schäden am Dampferzeuger hervorgerufen werden können.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Ventilteller 9 mit einer
zur Rückdichtung dienenden Konusfläche 55 versehen. Außerdem sind zur Steuerung
drei Ventilgruppen 56, 57 und 58 vorgesehen. Die druckabhängigen Öffnungsstellungen
der Ventilgruppen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt: Ventilgruppe Bei
Betrieb ~ 56 57 58 p <86 bar zu auf zu p> 86 bar zu auf (auf)/zu Ventilgruppe
Bei Schnellschluß 56 57 58 p < 86 bar auf zu zu 86<p<88 bar auf zu auf
p > 93 bar zu auf auf Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist dem Absperrventil
4 ein Sicherheitsventil 60 parallel geschaltet, das im einzelnen nicht gezeichnet
ist. Durch diese konstruktive Zusammenfassung ist dafür gesorgt, daß auch ein Schaden
am Ventil 4, der auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung schon weitgehend ausgeschlossen
ist, nicht zu einem unzulässigen Druckanstieg im Dampferzeuger 1 führen kann, weil
in diesem Fall das parallele Sicherheitsventil 60 anspricht.