DE2519346A1 - Kernreaktoranlage - Google Patents

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den 29. April 1975

Hammberbacherstr. 12 u.

VPA 75 P 9318 BRD Sm/Hgr

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Kernreaktoranlage

Zusatz zu Patent (Anm. P 24 46 044.4 = VPA 74/9442).

Das DBP (Anm. P 24 46 044.4) befaßt sich mit einer

Kernreaktoranlage mit einer Sicherheitshülle und einer aus dieser ins Freie führenden Frischdampfleitung, 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,wie im Hauptpatent

(Anm. P 24 30 724.2) ausgeführt ist, den Vorteil, daß auch für den Störungsfall ein unzulässig hoher Druck im Kühlsystem des Kernreaktors, das den Dampf erzeugt, vermieden wird. Gleichzeitig werden aber auch durch eine Begrenzung der Ausströmrate des Dampfes Schäden im Dampferzeugungssystem ausgeschlossen, die sonst bei einer Druckentlastung zu befürchten wären.

Das Schnellschlußventil erhält nach der technischen Lehre des eingangs genannten Patents einen einfachen Aufbau, weil 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 Ausführungsform mit dem Ziel, eine ausfallsichere Betätigung zu gewährleisten, die ohne zusätzliches Druckmittel auskommt und eine weitere Verbesserung der Erfindung des Hauptpatents darstellt.

Gemäß der Erfindung werden die dem Ventilteller zugeordneten Kolben ausschließlich durch Druckentlastung gesteuert betätigt. Mithin stehen sie im Normalfall mit der Frischdampfleitung in Verbindung, und den zum Betätigen erforderlichen Druckunterschied erhält man dadurch, daß die erforderlichen Seiten des Kolbens über Steuerventile (gesteuert) entlüftet werden. Dies bietet weniger Störungsmöglichkeiten als ein "aktiver" Druckaufbau und gewährleistet die schon genannte sichere Betätigung. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß das Ventil im Normalfall auch im Bereich seines Betätigungssystems mit Frischdampf versorgt ist. Dadurch vergleichmäßigen sich die Temperaturen, und die Wärmebeanspruchungen werden geringer.

Die Kolben zur Betätigung können rohrförmig ausgebildet und ineinander geschachtelt sein, wie später noch näher beschrieben wird. Vorzugsweise weist der äußere der beiden Kolben zwei gegenüberliegende Kolbenflächen unterschiedlicher Größe auf. Er kann damit als Differentialkolben arbeiten und entgegengesetzte Bewegungen ausführen. Dabei kann ein der größeren Kolbenfläche zugeordneter Zylinder Auslaßöffnungen aufweisen, die vom Kolben verschließbar sind.

Die Verbindung der den Kolben zugeordneten Räume mit der Frischdampfleitung erfolgt vorzugsweise über Bohrungen, die im Inneren des Ventilgehäuses oder in den Kolben angeordnet sind. Man spart dadurch besondere Leitungen, die die Anfälligkeit des Frischdampfsystems gegen Bruch vergrößern würden. Die einzelnen Bohrungen können als Drosseln ausgebildet sein, damit der Durchsatz für den Fall, daß der eingeschlossene Raum zur Betätigung entlüftet wird, nur die kleinsten für die Betätigung erforderlichen Werte aufweist. Zugleich können die

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- 3 - VPA 75 P 9318 BRD Bohrungen zum Ablauf von Konden at ausgenutzt werden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung von einer Kernreaktoranlage nur das erfindungsgemäß ausgebildete Schnellschlußventil in einem Schnitt längs der Ventilachse gezeigt.

Die von einem Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors ausgehende Frischdampfleitung 1 besitzt einen Krümmer, der zugleich das Ventilgehäuse 2 eines Schnellschlußventils 3 bildet. Zu diesem Zweck ist im unteren vertikalen Leitungsteil ein horizontal liegender Ventilsitz 9 vorgesehen, der in der mit durchgehenden Linien gezeichneten Ventilstellung mit einem Ventilteller 4 verschlossen ist. Der Ventilteller 4 besitzt einen rohrförmigen Fortsatz 5, an dessen freiem Ende ein Differentialkolben 6 angeformt ist. Der Differentialkolben 6 ist mit Kolbenringen 7 und 8 in einem Ringraum 10 geführt. Weitere Dichtungsringe 11 gleiten in einem Rohrteil 12 des Ventilgehäuses 2 im Bereich zwischen dem Ventilteller 4 und dem Kolben 6.

Im Ventilteller 4 sitzt ein zentraler Bolzen 15» der durch eine Bohrung 16 eines zweiten oder Hilfskolbens 17 geführt ist. Der Hilfskolben 17 umfaßt ein Rohrteil 18 mit dem dem Ventilteller 4 zugekehrten Ende 19, in dem die Bohrung 16 vorgesehen ist. Eine auf den Bolzen 15 aufgeschraubte Mutter 20 sorgt für eine Kopplung zwischen dem Kolben 17 und dem Ventilteller 4. Mit Kolbenringen 22 ist der Kolben 17 in seinem Zylinder 24 abgedichtet.

Die dem Ventilteller 4 abgekehrte Seite des Kolbens 17 trägt einen Stößel 25» der durch einen Deckel 26 des Ventilgehäuses ragt. An den Deckel 26 ist ein in das Ventilgehäuse 2 ragender Rohrteil 27 angeformt, der den Zylinder 24 von außen und den Ringraum 10 von innen begrenzt. Außerhalb des Deckels 26 besitzt der Stößel 25 eine Verdickung 29, so daß der in das Innere des Ventilgehäuses 2 führende Weg des Kolbens 17 begrenzt ist.

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ORKMNAL INSPECTiD

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Die Bohrung 30, die den Stößel 25 aufnimmt, besitzt einen dem Kolben 17 zugekehrten erhöhten Rand 32. Mit diesem wirkt eine

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Erhöhung 33 des Kolbens zusammen, so daß ein Auslaßventil 34 gebildet wird. Ein ähnliches Auslaßventil 36 mit einem erhöhten Rand 37 und einer am Kolben 6 vorgesehenen Erhöhung 38 ist dem Ringraum 10 zugeordnet. Der Querschnitt dieses Ventils kann dem Ringraum entsprechend nierenförmig sein.

An dem mit dem Hilfskolben 17 fest verbundenen Stößel 25 ist eine Anzeigestange 40 angebracht. Sie ragt in ein Rohr 41, das eine magnetische Erfassung der Stellung der Stange 40 und damit des Kolbens 17 ermöglicht. Auch der Kolben 6 trägt eine Stange 42 zur Stellungsmeldung. Diese ragt in eine Hülse 43, auf der zur Stellungsanzeige eine Spule 44 angeordnet sein kann.

Im Ventilteller 4 sind Bohrungen 46 vorgesehen. Sie verbinden das Rohr 1 der Frischdampfleitung mit dem Inneren 47 des Ventiltellers 4. Weitere Bohrungen 48 im Teil 19 stellen die Verbindung der Frischdampfleitung mit dem Inneren 49 des Kolbens her. In der Kolbenscheibe des Kolbens 17 sind Bohrungen 50 angeordnet, die als Drosseln ausgebildet sind. Über sie kann der Zylinder 24 mit Frischdampf versorgt werden.

Im Kolben 6 sind Bohrungen 51 vorgesehen. Sie sind ebenfalls als Drosseln, unter Umständen auch stellbar, ausgebildet und versorgen den Ringraum 10 mit Frischdampf. Der der Unterseite des Kolbens 6 , also der kleineren Kolbenfläche, zugeordnete Raum 54 ist über Drosselbohrungen 55 mit dem hinter dem Ventilteller 4 liegenden Teil der Frischdampfleitung verbunden. Alle Bohrungen sind vollständig oder weitgehend vertikal ausgerichtet, so daß im Ventilgehäuse 2 sich bildendes Kondensat abfließen kann.

Das Rohrteil 5 des Ventiltellers 4 ist mit einem Keil 56 versehen, der in eine Nut 57 des Rohrstückes 27 ragt, in dem das Rohrteil 18 des Kolbens 17 geführt ist. Der Keil sorgt für eine

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Unverdrehbarkeit des Ventiltellers 4.

An das Auslaßventil 36 sind Steuerleitungen 60 und 61 angeschlossen, die über Steuerventile 62 und 63 in einen nicht gezeichneten Abblasetank in der Sicherheitshülle des Kernkraftwerkes führen. In diesen ist demnach der Ringraum 10 gesteuert entlüftbar. Desgleichen ist an das Auslaßventil 34 eine Steuerleitung 65 angeschlossen, die zu einem Steuerventil 66 führt. Mithin ist auch der Zylinder 24 gesteuert entlüftbar. Weiterhin ist der Raum 54 über zwei Leitungen 67 und 68 mit Steuerventilen 69 und 70 gesteuert entlüftbar. Daraus ergibt sich folgende Wirkungsweise:

In der gezeichneten Schließstellung verharrt der Ventilteller auch im drucklosen Zustand unter der Wirkung seines Gewichts, das zum Beispiel 1000 kp beträgt. Steigt der Druck in der Frischdampfleitung 1 bei der Dampferzeugung, so werden alle Räume im Inneren des Schnellschlußventils 3 bis auf den Raum 54, der mit der Auslaßseite des SchneHschlußventils 3 in Verbindung steht, gleichmäßig mit Dampf gefüllt. Es sind dies die Räume 47, 49, 10 und 24. Der Druck im Ringraum 10 hält dabei das Schnellschlußventil 3 mit der gewünschten Anpreßkraft in Abhängigkeit von der Höhe des Dampfdruckes geschlossen. Die wirksame Fläche ist dabei durch die Ringfläche mit dem Außendurchmesser d^ und dem Innendurchmesser d£ gegeben.

Zum öffnen des Schnellschlußventils 3 kann der Ringraum 10 über die Leitungen 60 und 61 durch öffnen der Ventile 52 oder 63 entlüftet werden. Die Öffnungskraft ist dabei durch den Druck und die Ringfläche mit dem Außendurchmesser d₂ und dem Innendurchmesser d^ bestimmt.

Mit dem öffnen des Ventils 3 füllt sich der hinter dem Ventilsitz 9 liegende Teil der Frischdampfleitung 1 mit Dampf. Nunmehr wird daher auch der Raum 54 mit Dampf gefüllt. Am Ende des Öffnungshubes wird das Ausströmen weiteren Dampfes aus dem

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Raum 10 durch das Verschließen des Auslaßventils 36 unterbunden. Die Unterseite des Ventiltellers 4 erreicht dabei die bei 72 strichpunktiert gezeichnete Stellung. Der Durchlaßquerschnitt durch das Schnellschlußventil 3 ist voll geöffnet. In dieser Stellung wird der Ventilteller 4 durch die druckfreie Fläche des Entlastungsventils 36 gehalten, die mit dem Dampfdruck multipliziert die Haltekraft ergibt. Alle anderen Flächen der Kolben 6, 17 sind mit dem gleichen Druck beaufschlagt.

Zum Schließen des Ventils 3 kann durch Öffnen der Steuerventile 69 oder 70 eine Entlastung im Raum 54 herbeigeführt werden, zum Beispiel dann, wenn an der Frischdampfleitung 1 ein Leck entsteht. Sollte auf Grund des Schließens der Dampfdruck vor dem Ventil 3 zu hoch ansteigen, so wird druckabhängig das Steuerventil 66 geöffnet. Dadurch wird der Zylinder 24 entlastet. Der Hilfskolben 17 bewegt sich in die obere Endlage und nimmt dabei über den Bolzen 15 den Ventilteller 4 so weit mit, daß seine Unterseite die gestrichelt gezeichnete Stellung 73 einnimmt. In dieser Stellung steht für die Druckentlastung der Frischdampfleitung 1 eine Auslaßfläche zur Verfügung, die 1/5 des normalen Durchlaßquerschnittes des Schnellschlußventils 3 beträgt. Man erreicht dadurch einen Druckabbau ohne gefährliche Ausströmraten, die etwa das dünnwandige Rohrbündel eines Dampferzeugers gefährden würden. Auch diese teilweise Öffnungsbewegung erfolgt ausschließlich durch Druckentlastung. In der zur teilweise geöffneten Stellung des Ventils 3 gehörenden oberen Endstellung hält sich der Kolben 17 mit einer Haltekraft, die durch den in Öffnungsrichtung wirkenden Dampfdruck und durch die Auslaßfläche der Bohrung 30 mit dem Durchmesser d~ bestimmt ist.

Soll das Schnellschlußventil 3 wiederum vollständig geschlossen werden, so wird der Raum 54 über die Steuerventile 69 oder 70 entlüftet. Gleichzeitig wird das Steuerventil 66 geschlossen, wonach über die Drosseln 50 Druckausgleich zwischen den Räumen

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und 24 eintritt. Dabei ist die .eilöffnungskraft des Hilfskolbens mit 150 Mp weitaus größer als die Schließkraft von 70 Mp. Selbst wenn eines der Steuerventile 69 oder 70 nicht schließt und gleichzeitig das Steuerventil 66 geöffnet wird, bewegt sich der Hilfskolben 17 unter Mitnahme des Ventiltellers 4 in die mit 73 gekennzeichnete Stellung mit einer Überschußkraft von 80 Mp entsprechend den Verhältnissen des Ausführungsbeispiels.

Die Schließkraft, die durch die Ringflächen mit den Außendurchmessern d, und d₂ gegeben ist, wird zu Beginn der Schließbewegung des Ventiltellers 4 lediglich um die Rückdichtkraft, die sich aus dem Produkt Dampfdruck und der Fläche mit dem Durchmesser άγ ergibt, verringert. Diese beträgt bei dem Ausführungsbeispiel jedoch nur einen Bruchteil der Schließkraft des Schnellschlußventils 3 (zum Beispiel 10 Mp gegenüber 70 Mp Schließkraft). Beim Zufahren des Schnellschlußventils 3 wird über die Drosseln 51 auch der Zylinderraum 10 über dem Hauptkolben 6 mit dem Druck in der Frischdampfleitung versorgt, so daß der Innendurchmesser d^ des Kolbens 6 in diesem Fall nicht wirksam wird.

Parallel zum Ventilsitz 9 sind Anschlüsse für ein Sicherheitsventil 75 angedeutet, das über Steuerleitungen 76 und 77 durch Entlüften geöffnet werden kann. Mithin öffnet das Ventil 75 gemeinsam mit dem Ventil 3 und schließt, wenn das Auslaßventil bei geöffnetem Ventil 3 geschlossen ist. Versagt jedoch das Ventil 3, weil im Extremfall der Ventilsitz 9 durch den Stoß beim Schließen festgeschweißt ist, so bildet das Ventil 75 einen Entlastungsquerschnitt von zum Beispiel 20% des vollen Durchlaßquerschnittes vom Ventil 3.

6 Patentansprüche
1 Figur

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Claims (6)

1. 251934b

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   Patentansprüche

   (Iy Kernreaktoranlage mit einer Sicherheitshülle und einer aus dieser ins Freie führenden Frischdampfleitung, 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, wobei zum Betätigen des Ventils zwei Kolben vorgesehen sind, die mit dem vor dem Ventil liegenden Teil der Frischdampfleitung verbindbar und bestimmten Durchlaßteilquerschnitten des Ventils zugeordnet sind und wobei nur einer der beiden Kolben mit dem Ventilteller fest verbunden ist, während der andere nur über einen Teil des Ventilhubes mit dem Ventilteller gekoppelt ist, nach Patent (Anm. P 24 46 044.4), dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventilteller (4) zugeordneten Kolben (6, 17) ausschließlich durch Druckentlastung gesteuert betätigt werden.
2. 2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (6, 17) rohrförmig ausgebildet und ineinander geschachtelt sind.
3. 3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kolben (6) zwei gegenüberliegende Kolbenflächen unterschiedlicher Größe aufweist.
4. 4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein der größeren Kolbenfläche zugeordneter Zylinder (10) Auslaßöffnungen aufweist, die vom Kolben verschließbar sind.
5. 5. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

   gekennzeichnet, daß die den Kolben (6, 17) zugeordneten

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   Räume (II, 24, 54) über Bohrungen (46, 48, 50, 51) mit der Frischdampfleitung (1) verbunden sind.
6. 6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Bohrungen (50, 51) als Drosseln ausgebildet sind.

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   JiO

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