DE2658225A1 - Sicherheitsarmatur fuer rohrleitungen, insbesondere fuer kernreaktoren - Google Patents

Sicherheitsarmatur fuer rohrleitungen, insbesondere fuer kernreaktoren

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DE2658225A1
DE2658225A1 DE19762658225 DE2658225A DE2658225A1 DE 2658225 A1 DE2658225 A1 DE 2658225A1 DE 19762658225 DE19762658225 DE 19762658225 DE 2658225 A DE2658225 A DE 2658225A DE 2658225 A1 DE2658225 A1 DE 2658225A1
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/14Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member
    • F16K17/16Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs
    • F16K17/162Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs of the non reverse-buckling-type
    • F16K17/1626Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs of the non reverse-buckling-type with additional cutting means
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/02Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency
    • G21C9/024Rupture diaphragms
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/02Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency
    • G21C9/033Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency by an absorbent fluid
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

  • Sicherheitsarmatur für RohrleItungen, insbesondere für
  • Kernreaktoren Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsarmatur für Rohrleitungen und Behälter, mit Sperrfunktion gegenüber hohem Betriebsdruck auf ihrer Primärseite und selbsttätige Öffnungsfunktion bei Überdruckwerten auf ihrer Sekundärseite gegenüber dem primären Betriebsdruck, der normalerweise höher als der Sekundärdruck ist, mit einer in eine Flanschverbindung eingesetzten Berstmembran zur druckdichten Trennung der beiden Seiten voneinander und mit einem die Berstmembran gegen den Betriebsdruck abstützenden, siebartig durchbrochenen Stützkörper.
  • Eine solche Sicherheitsarmatur ist bekannt (XT-OS 2 216 615).
  • Hierbei werden durch Querschnittsschwächung mittels vom Mittelpunkt der Membranscheibe ausgehenden und zu ihrem Rand verlaufenden Nuten sternförmig verlaufende Sollbruchstellen gebildet, die bei Erreichen der Anspruch-Druckdifferenz bewirken5 daß die Membran im Bereich der nutzung reißt und nach Art einer Zackenkrone sich die Membranpsrtin zur Seite des niedrigeren Druckes umlegen und damit einen Abströmquerschnitt freigeben, Im Normalfall werden dagegen die Sollbruchstellen vom Betriebsoruck praktisch nicht beansprucht, da sie auf den massiven Stegen des Stützkörpers zwischen den siebartigen Durchbrechungen desselben aufliegen. Es hat sich gezeigt, daß die Herstellung der Sollbruchstellen, um zu einem definierten Anspruchen zu kommen, mit einem relativ hohen fertigungen technischen Aufwand verbunden ist; die Sollbruchstellen mtissen z.B. durch chemisches Ätzen oder durch Funkenerosion eingearbeitet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheitsarmatur der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Herausarbeiten von Sollbruchstellen nicht erforderlich ist und trotzdem ein definiertes Ansprechen bei vorgebbaren Ansprech-Druckwerten, d.h. in einem engen Toleranzbereich, ermöglicht ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist die Sicherheitsarmatur für Rohrleitungen und Behälter der eingangs genannten Art, bei der die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst wird durch eine solche Bemessung der Berstmembran, daß sie mit zunehmendem Überdruck auf der Sekundärseite bis zu einer maximalen Grenzauslenkung auswölbbar ist, bei welcher Bersten der Membran auftritt D ferner dadurch, daß in an sich bekannter Weise eine feststehende, dornartige Durchstoßeinrichtung, mit welcher die Berstmembran in Eingriff bringbar ist, auf der Primärseite mit Abstand gegenüber der Berstmembran angeordnet ist, und daß der Abstand der Durchstoßeinrichtung von der in Ruhelage befindlichen Mem b n kleiner als deren Grenzauslenkung ist, so daß bei einer Ansprechauslenkung die Berstmembran vorzeitig vor Erreichen ihrer Grenzauslenkung zwangsläufig durchstoßen und zum Bersten gebracht wird.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß eine Spezialbehandlung der Berstmembran nicht erforderlich ist und daß durch die dornartige Durchstoßeinrichtung bei Erreichen des Ansprech-Druckwertes die ausgewölbte Membran zum Einreißen gebracht wird, wodurch das Bersten der Membran auf definierte Weise eingeleitet wird.
  • Feststehende, dornartige Durchstoßeinrichtungen zur Einleitung des Berstvorganges einer Membran sind an sich bekannt, wie oben bereits erwahnt (siehe BT-PS 1 204 346). Hierbei ist aber wiederum eine Spezialanfertigung der Membran erforderlich, die den Boden eines verformbaren Vorratsbezhe1tt;ers bildet welcher mit Kolbenring bei Druckbeaufschlagung gegen die kraft einer Rückstellfeder gegen den feststehenden Dorn drückbar ist.
  • Dieser Vorratsbehälter ist innerhalb eines Fingerhutrohres oberhalb eines Reaktordruckbehälters angeordnet.
  • Beim Gegenstand der Erfindung wird demgegenüber keine Spezialkonstruktion eines solchen Fingerhutrohres mit eingelegtem axial verschiebbarem Vorratsbehälter und Membranboden benötigt. Die Membran ist vielmehr leicht auswechselbar und etwaige Vorratabehälter für in den Reaktorkern einzuspritzende neutronenabsorbierende Flüssigkeit können freizügiger untergebracht werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Durchstoßeinrichtung aus einem Hohldorn, ist der Hohldorn mit einer siebartigen Perforierung versehen und ist der Hohldorn in eine Kanalwand der Primärseite der Sicherheitsarmatur so eingesetzt, daß die strömungsmäßige Verbindung zwischen Primär- und Sekundärseite im Berstfalle über die Perforierung des Hohldornes erfolgt. Der Hohldorn erfüllt hierbei eine Doppelfunktion: Zum einen bewirkt er das definierte Einreißen der Membran im Ansprechfalle und zum anderen ist gewährleistet, daß immer ein minimaler Abströmquerschnitt des Dornes freibleibt, da die Membranreste aufgrund der angespitzten zylindrischen Form des Dornes diesen nicht zusetzen können, sondern durch die Strömung in Nischen zwischen dem Armaturgehäuse und dem Dorn gedrückt werden. Der Dorn verhindert weiterhin, daß etwaige Membranfetzen in den Primärkreis gelangen.
  • Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sowie ihre Wirkungsweise werden im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert, in welcher zeiger: Fig. 1 die Sicherheitsarmatur nach der Erfindung in einem-Axialschnitt, wobei der rechte Beitungsst-utzen an ein hier nicht dargestelltes Primärkreissystem und der linke Leitungastutzen an das ebenfalls nicht dargestellte Sekundärsystem angeschlossen ist; Fig. 2 die Einzelheit Z aus Fig. 1; Fig. 3 ein stark vereinfachtes Schaltbild des Primärkreises eines Druckwasserreaktors, wobei die erfindungsgemäße Sicherheitsarmatur zum Anschluß eines Borsäure-Abschaltsystems dient und Fig. 4 zeigt perspektivisch die sogenannte Bersteinheit.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Sicherheitsarmatur SA ist mit ihrer Primärseite 1 an die im Ausschnitt dargestellte Leitung L1 eines zu schützenden Primärsystems angeschlossen (rechte Hälfte der Fig. 1) und mit ihrer Sekundärseite 2 an die ebenfalls ausschnittsweise dargestellte Leitung L2 eines Sekundärsystems, welche zusammen mit Gehäuseteil 2a auch Teil eines Behälters sein kann (linke Hälfte der Fig. 2).
  • Primär- und Sekundärsystem sind in Fig. 1 nicht näher dargestellt; sie werden beispielsweise anhand der Fig. 3 weiter unten erläutert. Allgemein gesprochen enthält das Primärsystem ein unter dem Betriebsdruck Pl stehendes Primärmedium PM, das flüssig oder gasförmig sein kann, wobei im Falle einer Störung innerhalb dieses Primärsystems durch die Sicherheitsarmatur SA das ebenfalls flüssige oder gasförmige Selandärmedium SM, das normalerweise unter dem Sekundärdruck p2 steht, in den Primärkreis mit einem Auslkösedruck P2, eingeschossen wird.
  • Das Sekundärmedium kann ein Kühlmittel und/oder ein neutronerabsorbierendes Medium sein, wie es anhand der Fig. 3 noch erläutert wird.
  • Im einzelnen besteht das Gehäuse der Sicherheitsarmatur SA aus einem primärseitigen, als etwa kegelstumpfförmiger hohler Strömungskörper ausgebildeten Gehäuseteil la mit verstärktem Ringflansch 1.1, Mittelteil 1.2 und Halsteil 1.3 sowie aus einem zweiten Gehäuseteil 2a, der ebenfalls als hohler, kegelstmnpfförmigar Körper ausgebildet ist und einen verstärkten Ringflansch 2.1, einen Mittelteil 2.2 und ein Halsteil 2.3 aufweist. Der erste Gehäuseteil 1a und der zweite Gehäuseteil 2a sind jeweils an ihren einander zugewandten Endflächen 14, 2.4 mit Zwischenringen 1.5, 2.5 dichtend verbunden (Ringschweißzlahte 1.6, 2.6). Zwischen den feinstbearbeiteten Endflächen 1.51 des Zwischenringes 1.5 und 2.51 des Zwischenringes 2.5 ist der ebenfalls t feinstbearbeiteten Sitzflächen 3.1 und 3,2 versehene Stützköruer 3 eingepaßt und unter Zwischenlage von metallischen, in zugehörige Nuten 3.4 eingelegten Dichtungsringen 3.3 zwischen den beiden Flanschen 1.1, 2.1 dichtend verspannt. Hierzu sind als Dehnschrauben ausgebildete Stiftschrauben 4 durch Durchgangsbohrungen 5 des Ringflansches 2.1 sowie durch weitere Durchgangsbohrungen 6.1 eines Halteringes 6 hindurchgesteckt und in zugehörige Gewindebohrungen 7 des Ringflansches 1.1 eingeschraubt und hier festgezogen. Die in Flucht zueinander liegenden Bohrungen. 5, 6.1, 7 sind, wie es der Lochkreis 8 im rechten Teil der Fig. 1 zeigt, gleichmäßig über den Umfang der Ringflansche 1.1, 2.1 und des Zwischenringes 6 verteilt.
  • Der Zwischenring 6 dient zur Befestigung des Stützkörpers 3 am ersten Gehäuseteil 1a, bevor die beiden Gehäusetelle ja, 2a, wie beschrieben, miteinander verspannt werden und dient zur vorläufigen Dichtung des Primärsystems. Hierzu hintergreift der Zwischenring 6 mit einer-Schulter 6.2 einen zugehörigen Ringvorsprung 3.5 des Stützkörpers 7. Der Zwischen ring 6 ist mittels Schraubenbolzen 9, die in seine Gewinde-Durchgangsbohrungen 6.3 eingeschraubt und am Ringflansch 1.1 verankert sind, mit letzterem 1.1 verspannt und arretiert auf diese Weise, wie erwähnt, den Stützkörper 3 am ersten Gehäuseteil 1a, bevor beide Gehäuseteile 1a, 2a zusammengespannt werden. Die Durchgangsbohrungen für die Schraubenbolzen 9 im Ringflansch 1.1 sind mit 10 bezeichnet, der Bolzenkopf mit 9.1.
  • Die in Plucht zueinander liegenden Durchgangsbohrungen 10, 6.3 liegen gleichfalls auf dem Lochkreis 8 und sind jeweils in Umfangsrichtung gesehen zwischen den Haupt-Bohrungen 5, 6.1, 7 fUr die Dehnschrauben 4 angeordnet. Im übrigen ist bezeichnet mit 9.2 das Gewinde der Schraubenbolzen 9, mit 4.1 das fußseitige Stiftschraubengewinde der Dehnschrauben 4, mit 4.2 ihr kopfseitiges Gewinde, mit 4.3 die Stiftschraubenmutter, mit 4.4 eine Beilagscheibe sowie mit 4.5 ein Mehrkant zum Ansetzen von Schraubwerkzeug für die Stiftschrauben 4. Die ringförmigen Schweißnähte zwischen der Primärleitung L1 bzw.
  • Sekundärleitung L-2 einerseits und dem prSmärseitigen Gehäuseteil la bzw. sekundärseitigen Gehäuseteil 2a sind mit 1.7 bzw.
  • 2.7 bezeichnet. Mit 30 sind in der unteren Hälfte der Fig. 1 noch umlaufende Dichtsehweißnahte angedeutet, die im eingebauten Endzustand der Sicherbeitsarmatur angebracht werden.
  • Der Stlltzkbrper 3 ist mit einem Sochfeld 9.6 versehen, das durch siebartig angeordnete Bohrungen 3.7 gebildet ist. Diese Bohrungen 3.7 verlaufen in Achsrichtung a der Sicherheitsarmatur SA und dienen der strömungsmäßigen Verbindung zwischen Primärseite 1 und Sekundärseite 2 im Falle der Zerstörung der Berstmembran 11, welche normalerweise das Lochfeld 3.6 dichtend abdeckt. Der Stützkörper 3 und mit ihm die im Normalfalle (in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt) am Stützkörper anliegende Berstmembran 11 sind zur Primärseite 1 hin kalottenförmig ausgewölbt, wobei ein Krümmungsradius r1 mit Erümmungsmittelpunkt M1 vorgesehen ist, der in etwa dem Durchmesser D1 der Stützkörper-Kalotte 3.8 entspricht. Die als Hohldorn 12 ausgebildete Durchstoßeinrichtung ist im wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt mit einer konischen Spitze 12.1 und einer siebartigen Perforierung 12.2, die über den größten Teil der Hohldorn-Bläche verteilt ist und deren einzelne Bohrungen durch Schnittpunkte eines Rechteckrasters angedeutet sind. Der Hohldorn 12 ist mit seinem abströmseitigen Ende 12.3 in eine angepaßte Kanalerweiterung 13 des primärseitigen Gehäuseteils 1a eingepaßt und in dieser Lage durch Schweißpunkte 14 gesichert.
  • Der Hohldorn 12 steht mit seiner Spitze 12.1 der Mitte der Membran 11 in ihrer dargestellten Ruhelage mit Abstand d gegenüber. Im Ansprechfalle der Sicherheitsarmatur, wenn auf der Sekundärseite 2 der Membran 11 ein sekundärer Überdruck P2, herrscht, der größer ist als der Primärdruck p1, wird die Membran durch diesen Überdruck aufgewölbt. In Fig. 1 ist ihre Ansprechstellung 11' gestrichelt dargestellt, wobei die Ansprechauslenkung, bezogen auf Membranmitte, mit m1 bezeichnet ist.
  • Es ist dies eine Auslenkung, die ausreicht, die Membran 11 gegen die Spitze 12.1 derart zu pressen, daß durch die Spitze 12.1 des Hohldorns 12 ein Anriß in der Membran erfolgt und damit der Berstvorgang eingeleitet wird (siehe Einsattelung 11a1).
  • Die Stellung 11' ist gewissermaßen eine Momentaufnahme kurz vor dem Bersten der Membran 11. Des weiteren ist die Grenzauso lenkung 11"' der Membran 1t strichpunktiert angedeutet, die sie erreichen wiirdeS wenn der Hohldorn 12 nicht vorhanden wäre.
  • Dadurch, daß der Abstand d der Hohldorn-Spitze 12.1 von der Membranmitte kleiner ist als die Grenzauslenkung mm m der Membran 11 und auch etwa kleiner als ihre Ansprech-Auslenkung m1, wird erreicht, daß die Membran bereits bei der erwähnten Ansprechauslenkung m1 so gegen die Hohldornspitze 12.1 gepreßt wird, daß sie zum Bersten gebracht wird, wodurch ein definiertes Ansprechen erreichbar ist.
  • Der Hohldorn 12 ist, wie ersichtlich, in die Kanalwand,1.2, 1.3 des primärseitigen Gehäuseteils la derart eingesetzt, daß die strömungsmäßige Verbindung zwischen Primärseite 1 und Sekundärseite 2 im Berstfalle im wesentlichen über die Perforieflskeitsmäßigen rung 12.2 erfolgen kann. Kleine Bypaßöffnungen zurn eerung der Nischen 1b1 können vorgesehen sein. Etwaige Bruchstücke der geborstenen Membran 11 werden durch die Strömung in die Nischen 1b1 des Kammerraumes 1b, die sich zwischen Hohldorn 12 und Zwischenwand 1.2 befinden, gedrückt, so daß der größte Teil der Perforierung 12.2 zum Einspritzen bzw. Einströmen des Sekundärmittels in das Primärsystem zur Verfügung steht.
  • In Fig. 3-ist ein besonders vorteilhafter Anwendungsfall der Sicherheitsarmatur dargestellt. Die Sicherheitsarmatur SA ist hier für das Notabschaltsystem eines Druckwasserreaktors R verwendet, dessen Reaktorkern R1 innerhalb eines Moderatorbehälters R2 angeordnet ist, der seinerseits vom Reaktordruckbehälter R3 umgeben ist. Der Reaktorkern R1 enthält einzelne Brennelemente BE, die Reaktivitätsregelung erfolgt mittels Regelstäben RS, von denen einer symbolhaft dargestellt ist. Der Pfeil fi deutet die Regelstabbewegung des schräg im Bezug auf die Brennelemente BE einfahrbaren und wieder herausziehbaren Regelstabes RS an.
  • Zur Kühlung des Reaktorkerns wird schweres Wasser D20 verwendet, das innerhalb des primären Kühlmittelkreises 15 von der Pumpe Pl in Umlauf gesetzt wird, bei 15.1 in den Reaktordruckbehälter R3 eintritt, den Moderatorbehälter R2 unter Kühlung der Brennelemente BE durchströmt und den Reaktordruckbehälter R3 bei 15.2 wieder verläßt, wobei es im Primärkreis DEl eines Dampferzeugers DE seine Wärme an die nicht näher dargestellte Sekundärseite D132 des Pampferzeugers DE abgibt. Da es sich im vorliegenden Fall um einen Druckröhrenreaktor handelt, ist eine gesonderte Kreislaufachleife 16 für die Moderatorflüssigkeit, ebenfalls schweres Wasser, vorgesehen, wobei der flüssige Moderator bei 16.1 in den Moderatorbehälter R2 eintritt und diesen außerhalb von die Brennelemente BE umgebenden, nicht näher dargestellten lrennrohren durchströmt. Nach Durchströmen des Moderatorbehälters R2 tritt der Moderator in den Raum zwischen Moderatorbehälter R2 und Druckbehälter R3 huber und mischt sich hier mit dem Primärkühlmittel. Am Verzweigungspunkt 16.2 wird aus der Primärkühlmittel-Schleife durch die Pumpe P2 ein Teil des schweren Wassers abgezogen und durch den Moderatorkühler K geschickt, wo der flüssige Moderator auf eine Temperatur unterhalb der Primärkühlmittel-Eintrittstemperatur gekühlt wird. Der Moderatorkühler K kann als Speisewasservorwärmer für die Sekundärseite des Dampferzeugers DE verwendet werden.
  • Der Borsäure-Behälter B ist über Leitung L2 und die Sicherheitsarmatur SA sowie die Primärleitung L1 an den Moderatorbehälter R2 angeschlossen, wobei jedoch normalerweise durch die Sicherheitsarmatur SA keine Verbindung zwischen den Leitungen L2 und L1 besteht. Oberhalb des Borsäure-Spiegels B1 kann durch eine kleine Entlüftungsbohrung B2 ein Gasdruck aufrechterhalten werden, der z.B. dem Gebäude-Innendruck entspricht und demnach wesentlich unterhalb des iM Moderatorbehälter R2 herrschenden Druckes p1 liegt. p2 ist der statische Druck der Flüssigkeitssäule. An den Gasraum des Borsäure-Behälters ist eine Gasflaschen-Batterie G über eine Absperrarmatur VI mit Rückschlagsicherung angeschlossen, wobei die Armatur V1 im Normalbetrieb des Reaktors in Sperrstellung ist. Sollte nun in einem Störungsfalle eine bestimmte Anzahl der Regelstäbe RS nicht einfallen, so wird auf die hbsperrarmatur VI, vorzugsweise fernbetätigt, ein huslösesiglzal gegeben, und der wesentlich höhere Gasdruck P2) der im vor liegenden Falle aus Stickstoff bestehenden Gasfüllung der Druckflasche wirkt über die geöffnete Armatur VI auf den Borsaurebehälter B. Dieser Auslösedruck p2 der so gewählt ist, daß die Druckdifferenz P2f ~ Pl die Berstmembran der Sicherheitsarmatur SA zum Bersten bringt, bewirkt nun ein Ansprechen der Sicherheitsarmatur, so daß die Borsäure über die Leitung L2, die Sicherheitsarmatur SA und die Leitung Ll in den Reaktorkern R1 eingespritzt wirde Borsäure ist ein sogenanntes Neutronengift, das neutronenabsorbierend wirkt, so daß auf diese Weise die erwünschte Notabschaltung des Reaktors R eintritt.
  • Die erfindungsgemäße Sicherheitsarmatur kann naturgemäß nicht nur bei einem Druckröhren-, sondern auch bei einem Druckwasser-Reaktor üblicher Bauform Anwendung finden.
  • Wie es Fig. 2 näher zeigt, ist die Berstmembran 11 von zwei aneinanderliegenden Membrankörpern gebildet: Einer äußeren, die mechanische Beanspruchung aufnehmenden Stahlmembran lia und einer die Stahlmembran 11a zur Sekundärseite 2 hin abdeckenden, dem Korrosionsschutz der Stahlmembran dienenden Schutzmembran 11b. Diese besteht aus Edelmetall, vorzugsweise Silber, und bietet einen wirksamen Korrosionsschutz gegen eventuellen Angriff der Stahlmembran 11a durch die Borsäure, welche sonst über die Bohrungen 3.7 die Stahlmembran Ila benetzen könnte. Eine zweckmäßige Befestigung der Schutzmembran 11b besteht darin, daß in den Randbereich 3.9 der Stützkörper-Kalotte außerhalb ihres Lochfeldes 3.6 eine Ringnut 17 gestochen ist, innerhalb welcher die Schutzmembran 11b mit ihrem abgebogenen Außenrand 11b1 mittels Hartlöten befestigt ist.
  • Das Harlot ist mit 18 bezeichnet. Die Stahlmembran 11a ihrerseits ist außerhalb und mit Abstand 19 zu der ringförmigen Hartlötung 18 der Schutzmembran 11b am Außenrand 20 der Stützkörpexo kalotte mittels einer umlaufenden S-chweißlippe 21 mit dem Stützkörper 3 verschweißt. Der Außenrand 20 der Stutzkörper-Ealotte 3.8 ist mittels Hinterschneidung 22 an einem pilskragenartigen Überstand 3.91 angeordnet. Die hierdurch hervorgeruSene An spitzung des Kalotten-Außenrandes 20 bewirkt, daß im wesentlichen nur Zugbeanspruchung auf die Schweißnaht 21 ausgeübt werden kann und in diesem Bereich eine Materialwandstärke von Bruchteilen eines Millimeters gegeben ist, so daß die Stahlmembran 11a, die selbst nur eine Stärke von ca. 0,1 mm hat, durch die Sehreißlippe 21 verzugsfrei mit dem Stützkörper 3 verschweiBt werden kann, und ohne daß nennenswerte Schweißwärmemengen durch den pilskragenartigen Überstand 3.91 zur Haltlöststelle 18 gelengen könnten.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bestand der Stützkörper 3 und die Stahlmembran 11a aus austenitischem Stahl.
  • Das Haltlot besteand aus AgCu24 Sn8, welches in der Lage ist, nicht nur Silober, sondern auch austenitischen Stahl zu benetzen. -Durch die ausgeführte Hartlötung ließ sich eine hohe Dichtigkeit erzielen, so war die Leckrate kleiner als 10-9 Torr l s-1. Bei einem Fußkreis der Kalotte 3.8 von D1= 110 mm betrug der Krümmungsradius r1, der Kalotte 3.8 90mm. Die Ansprechauslenkung m1 war etwas größer als der Abstand d von 5 mm.
  • Die Berstmembran war in der Lage, Primärdrücke Pl zwischen -100 und 15,0 atü einwandfrei abzudichten. Die Ansprech-Druckdifferenz p28 pi lag bei ca, 20 atü. Die maximale Auslenkung der Membran 11 die in Fig. 1 nicht maßstäblich dargestellt ist lag bei ca. 15 o Vor Einbau des Stützkörpers 3 mit befestigter Membran wird diese Einheit von ihrer Primärseite mit Druck beaufschlagt, so daß durch Kaltverformung der Membrane 11a, 11b eine Vornoppung erzielt wird, d.h. kleine kalottenförmige Eindrückungen im Bereich der Bohrungen 3.7, wodurch eine Versteifung der Stahlmembran 11a gegen die statische Beanspruchung durch das Sekundärmedium erzielt wird. Diese Vornoppung ist in Fig, 4 mit 11c bezeichnet.
  • 11 Patentansprüche 4 Figuren

Claims (11)

  1. Patentansprüche Sicherheitsarmatur für Rohrleitungen und Behalter, mit Sperrfunktion gegenüber hohem Betriebsdruck auf ihrer Primärseite und selbsttätiger Öffnungsfunktion bei tiberdruckwerten auf ihrer Sekundärseite gegenüber dem primären Betriebsdruck, der normalerweise höher als der Sekundärdruck ist, mit einer in eine Planschverbindung eingesetzten Berstmembran zur druckdichten Trennung der beiden Seiten voneinander und mit einem die Berstmembran gegen den Betriebsdruck abstützenden, sie'artig durchbrochenen Stützkörper, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Berstmembran (11), das sie mit zunehmendem Überdruck (P2 - P1) auf der Sekundärseite (2) bis zu einer maximalen Grenzauslenkung (m) auswölbbar ist, bei welcher Bersten der Membran (11) auftritt.
    ferner dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine feststehende, dornartige Durchstoßeinrichtvung (12), mit welcher die Berstmembran (ii) in Eingriff bringbar ist, auf der Primärseite (1) mit Abstand (d) gegenüber der Berstmembran (11) angeordnet ist, und daß der Abstand (d) der DurchstoBeinrichtung (12) von der in Ruhelage befindlichen Membran (11) kleiner als deren Grenzauslenkung (mm) ist, so daß bei einer hnsprechauslerlLung (m1) die Berstmembran (11) vorzeitig vor Erreichen ihrer Grenzauslenkung (mm) zwangsläufig durchstoßen und zum Bersten gebracht wird.
  2. 2. Sicherheitsarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstoßeinrichtung aus einem Hohldorn (12) besteht, daß der Hohldorn (12) mit einer siebartigen Perforierung (12.2) versehen ist und daß er in eine Kanalwand (1.2, 1.3) der Primärseite (1) so eingesetzt ist, daß die strömungsmäßige Verbindung zwischen Primär- und Selcundärseite (1, 2) im Berstfalle im wesentlichen über die Perforierung (12.2) des Hohldornes (12) erfolgt.
  3. 3. Sicherheitsarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie für das Notabschaltsystem eines Kernreaktors (R), insbesondere einea Druckwasserreaktors verwendet ist, wobei das Notabschaltsystem mindestens einen Behälter (B), enthaltend eine unter dem Sekundärdruck (p2) stehende und unter den sekundären Überdruck (P2,) setzbare neutronenabsorbierende Flüssigkeit, umfaßt und der Behälter (B) mit der Sekundärseite (2) der Sicherheitsarmatur (SA) in Verbindung steht, und wobei die Primärseite (1) der Sicherheitsarmatur (SA) über eine Zeitung (iii) mit dem vom Reaktordruckbehälter (R3) umschlossenen, unter dem Primärdruck (p1) stehenden Reaktorkern (R1) verbunden ist, welch letzterer die von einem zirkulierenden Eühl- und Moderatormittel gekül.l-ten Brennelemente (BE) umfaßt, und wobei schließlich bei einer Störung im Reaktorkern (R1), insbesondere einem Klemmen der Steuerstäbe bei beabsichtigter Notabschaltung (Scram), die neutronenabsorbierende Fliissigkeit durch Druckbeuafschlagung mit dem Druck (P2,) über die auslösende Sicherheitsarmatur (Sh) in den Reaktorkern (Ri) einspeisbar -ist .
  4. 4. Sicherheitsarmatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als neutronenabsorbferende Flüssigkeit Borsäure dient und der Borsäure-Behälter (B) über ein auslösbares Absperrorgan (vi) mit einem T)ruckgasspeicher (G) verbindbar ist.
  5. 5. Sicherheitsarmatur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernreaktor (R) ein Druckröhrenreaktor ist.
  6. 6. Sicherheitsarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (3) und mit ihm die im Normalfalle am Stützkörper (3) anliegende Berstmembrane (11) zur Primärseite (1) hin kalottenförmig ausgewölbt ist.
  7. 7. Sicherheitsarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstmembran (11) von zwei aneinanderliegenden Membrankörpern gebildet ist; Einer äußeren, die mechanische Beanspflchung auÜehinenden Stahlmembran (11a) und einer die Stahlmembran zur Sekundärseite hin abdeckenden, dem Korrosionsschutz der Stahlmembran dienenden Schutzmembran (11b)
  8. 8. Sicherheitsarmatur nach einem der sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmembran (11) aus einem säurebeständigen, lötfähigen Metall oder einer Metall-Legierung, z.B. Silber, besteht und daß in den Randbereich der Stützkörper-Kalotte (3.8) außerhalb ihres Iiochfeldes eine Ringnut (17) gestochen ist, innerhalb welcher die Schutzmembran mit ihrem Außenrand (11b1) mittels Hartlöten befestigt ist.
  9. 9. Sicherheitsarmatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlmembran (11a) außerhalb und mit Abstand zu der ringförmigen Hartlötung (18) der Schutzmembran am Außenrand (20) der Sttitzkörper-ICalotte (3.8) mittels Schweißlippe (21) verschweißt ist.
  10. 10. SicherheitSarITatur nach knruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand der Stüt zkörp er-I:alott c mittels Hinterschneidung (22) an einem pilskragenartigen Uberstand (3.91) angeordnet ist.
  11. 11. Sicherheitsarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstmembran (11) mittels Druckbeaufschlagung vor ihrem Einbau gegen den Stützkörper (3) gepreßt und dadurch mit einer versteifenden, netzartigen Vornoppung versehen ist, die dem Bohrungsraster des Stützkörpers (3) entspricht und ihre Formstabilität gegen Druckbelastung durch das Sekundärmedium (SM) erhöht.
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