DE2658225C2 - Sicherheitsarmatur für Rohrleitungen und Behälter, vorzugsweise für Notabschaltsysteme von Kernreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsarmatur für Rohrleitungen und Behälter, vorzugsweise für Notabschaltsysteme von Kernreaktoren, mit Sperrfunktion gegenüber hohem Betriebsdruck auf ihrer Primärseite und selbsttätiger 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, wobei die Berstmembran mit zunehmendem Überdruck auf der Sekundärseite bis zu einer maximalen Grenzauslenkung auswölbbar ist, bei welcher Bersten der Membran auftritt.

Eine solche Sicherheitsarmatur ist durch die DE-OS 2216615 bekannt. Dabei reißt die Membran im Ansprechfalle längs sternförmig in der Membran angeordneter Sollbruchstellen, deren Herstellung indessen — um ein definiertes Ansprechen zu erreichen — einen relativ hohen fertigungstechnischen Aufwand einschließlich Prüfaufwand erfordert.

Durch die US-PS 32 27 306 ist es darüber hinaus bei einer Sicherheitsarmatur mit Membran und einem diese abstützenden durchbrochenen Stützkörper bekannt, die Membran im Ansprechfalle mit einer feststehenden, dornartigen Durchstoßeinrichtung in Eingriff zu bringen, welche auf der dem Stützkörper abgewandten Seite mit Abstand gegenüber der Berstmembran angeordnet ist, wobei der Abstand der Durchstoßeinrichtung von der in der Ruhelage befindlichen Membran kleiner ist als deren Grenzauslenkung, so daß bei einer Ansprechauslenkung die Berstmembran vorzeitig vor Erreichen ihrer Grenzauslenkung zwangsläufig durchstoßen und zum Bersten gebracht wird. Bei dieser Sicherheitsarmatur ist die dem Stützkörper abgewandte

ίο Seite der Berstmembran über einen Kranz von

Schlitzen mit der Außenluft verbunden. Die Schlitze

sind in den Mantelwänden eines kappenförmigen

Flanschkörpers angeordnet Diese bekannte Sicherheitsarmatur wäre für Notab-

schaltsysteme von Kernreaktoren, auf die sich die vorliegende Erfindung vorzugsweise bezieht, nicht geeignet Hier besteht das Problem und die Aufgabe, eine neutronenabsorbierende Abschaltflüssigkeit, insbesondere Borsäure, in den Primärkreis eines Druckwas- serreaktors einzuspritzen, wobei ein Reservoir dieser Abschaltflüssigkeit durch die Berstmembran vom Primärkreis normalerweise abgesperrt ist Im Ansprechfalle soll dabei das Abschaltmedium, insbesondere die Borsäure, schnellstmöglich in den Primärkreis eingespritzt werden, es sollen jedoch keine Membranfetzen in den Primärkreis gelangen können.

Gegenstand der Erfindung ist eine Sicherheitsarmatur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer solchen Sicherheitseinrichtung liegt die Aufgabe vor, diese so auszubilden, daß im Ansprechfalle zum einen der minimale Abströmquerschnitt von der Sekundärzur Primärseite frei bleibt und zum anderen jedoch keinerlei Membranfetzen in den Primärkreislauf gelangen können.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des einzigen Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Der Hohldorn bewirkt also ein definiertes Einreißen der Berstmembran im Ansprechfalle und gewährleistet zugleich, daß immer ein minimaler Abströmquerschnitt frei bleibt, da die Membranreste aufgrund der angespitzten zylindrischen Form des Domes diesen nicht zusetzen können, sondern durch die Strömung in Nischen zwischen dem Armaturengehäuse und dem Hohldorn gedruckt wer den. Die Membranfetzen können dabei auch nicht in den Primärkreis gelangen.

Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles die Erfindung noch näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur die Sicherheitsarmatur nach der Erfindung in einem Axialschnitt, wobei der rechte Leitungsstutzen an ein hier nicht dargestelltes Primärkreissystem und der linke Leitungsstutzen an das ebenfalls nicht dargestellte Sekundärsystem angeschlossen ist.

Die in der Figur dargestellte Sicherheitsarmatur SA ist mit ihrer Primärseite 1 an die im Ausschnitt dargestellte Leitung L1 eines zu schützenden Primärsystems angeschlossen (rechte Hälfte der Figur) und mit ihrer Sekundärseite 2 an die ebenfalls ausschnittsweise dargestellte Leitung L 2 eines Sekundärsystems, weiche zusammen mit Gehäuseteil 2a auch Teil eines Behälters sein kann (linke Hälfte der Figur). Primär- und Sekundärsystem sind in der Figur nicht näher dargestellt. Allgemein gesprochen enthält das Primärsy stern ein unter dem Betriebsdruck p\ 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 Sekundärmedium SM, das normalerweise unter dem Sekundärdruck /% steht, in den Primärkreis mit einem Auslösedruck pi, >P2 eingeschossen wird. Das Sekundärmedium kann ein Kühlmittel und/oder ein neutronenabsorbierendes Medium sein.

im einzelnen besteht das Gehäuse der Sicherheitsarniatur SA aus einem primärseitigen, als etwa kegelstumpfförmiger hohler Strömungskörper ausgebildeten Gehäuseteil ta mit verstärktem Ringflansch i.l. Mittelteil 1.2 und Halsteil 13 sowie aus einem zweiten Gehäuseteil 2a, der ebenfalls als hohler, kegelstumpfförrr.iger Körper ausgebildet ist und einen verstärkten Ringflansch 2.1, einen Mittelteil 2.2 und ein Halsteil 23 aufweist Der erste Gehäuseteil la und der zweite Gehäuseteil 2a sind jeweils an ihren einander zugewandten Endflächen 1.4, 2.4 mit Zwischenringen 1.5, 23 dichtend verbunden (Ringschweißnähte 1.6, 2.6). Zwischen den feinstbearbeiteten Endflächen 1.51 des Zwischenringes 1.5 und 2.51 des Zwischenringes 25 ist der ebenfalls mit feinstbearbeiteten Sitzflächen 3.1 und 3.2 versehene Stützkörper 3 eingepaßt und unter Zwischenlage von metallischen, in zugehörige Nuten 3.4 eingelegten Dichtungsringen 33 zwischen den beiden Flanschen 1.1, 2.1 dichtend verspannt Hierzu sind als Dehnschrauben ausgebildete Stiftschrauben 4 durch Durchgangsbohrungen 5 des Ringf.ansches 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 Figur 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 la, bevor die beiden Gehäuseteile la, 2a, wie beschrieben, miteinander verspannt werden und dient zur vorläufigen Dichtung des Primärsystems. Hierzu hintergreift der Zwischenring 6 mit einer Schraube 6.2 einen zugehörigen Ringvorsprung 3.5 des Stützkörpers 3. Der Zwischenring 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 la, bevor beide Gehäuseteile la, 2a zusammengespannt werden. Die Durchgangsbohrungen für die Schraubenbolzen 9 im Ringflansch 1.1 sind mit 10 bezeichnet, der Bolzenkopf mit 9.1. Die in Flucht 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 für 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 primärseitigen Gehäuseteil la bzw. sekundärseitigen Gehäuseteil 2a sind mit 1.7 bzw. 2.7 bezeichnet. Mit 30 sind in der unteren Hälfte der Figur noch umlaufende Dichtschweißnähte angedeutet, die im eingebauten Endzu-

stand der Sicherheitsannatur angebracht werden.

Der Stützkörper 3 ist mit einem Lochfeld 3.6 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 der Figur mit ausgezogenen Linien dargestellt) am Stützkörper anliegende Berstmembran

11 sind zur Primärseite 1 hin kalottenförmig ausgewölbt wobei ein Krümmungsradius η mit Krümmungsmittelpunkt M\ vorgesehen ist der in etwa dem Durchmesser D\ der Stützkörper-Kalotte 3.8 entspricht. Die als Hohldorn 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-Fläche verteilt ist und deren einzelne Bohrungen durch Schnittpunkte eines Rechteckrasters angedeutet sind. Der Hohldorn 12 ist mit seinem abströmseitigen Ende 123 in eine angepaßte Kanalerweiterung 13 des primärseitigen Gehäuseteiles la 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 pt herrscht, der größer ist als der Primärdruck p\, wird die Membran durch diesen Überdruck aufgewölbt. In der Figur ist ihre Ansprechstellung 11' gestrichelt dargestellt, wobei die Ansprechauslenkung, bezogen auf Membranmitte, mit m\ 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 llaj. Die Stellung 11' ist gewissermaßen eine Momentaufnahme kurz vor dem Bersten der Membran 11. Des weiteren ist die Grenzauslenkung 11" der Membran 11 strichpunktiert angedeutet, die sie erreichen würde, 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 m_m der Membrar* 11 und auch etwa kleiner als ihre Ansprech-Auslenkung ni\, wird erreicht, daß die Membran bereits bei der erwähnten Ansprechauslenkung m\ 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 Gehäuseteiles la derart eingesetzt, daß die strömungsmäßige Verbindung zwischen Primärseite 1 und Sekundärseite 2 im Berstfalle im wesentlichen über die Perforierung 12.2 erfolgen kann. Kleine Bypaßöffnungen zur flüssigkeitsmäßigen Entleerung der Nischen 16 1 können vorgesehen sein. Etwaige Bruchstücke der geborstenen Membran 11 werden durch die Strömung in die Nischen \b 1 des Kammerraumes 16,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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Sicherheitsarmatur für Rohrleitungen und Behälter, vorzugsweise für Notabschaltsysteme von Kernreaktoren, mit Sperrfunktion gegenüber hohem Betriebsdruck auf ihrer Primärseite und selbsttätiger 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, wobei die Berstmembran mit zunehmendem Oberdruck auf der Sekundärseite bis zu einer maximalen Grenzauslenkung auswölbbar ist, bei welcher Bersten der Membran auftritt, und mit einer feststehenden, dornartigen Durchstoßeinrichtung in Eingriff bringbar ist, welche auf der Primärseite mit Abstand gegenüber der Berstmembran angeordnet ist, und wobei der Abstand der Durchstoßeinrich-. tung von der in Ruhelage befindlichen Membran kleiner als deren Grenzauslenkung ist, so daß bei einer Ansprechauslenkung die Berstmembran vorzeitig vor Erreichen ihrer Grenzauslenkung zwangsläufig durchstoßen und zum Bersten gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstoßeinrichtung aus einem Hohldorn (12) besteht, der mit einer siebartigen Perforierung (12.2) versehen ist, und daß der Hohldorn in eine Kanalwand (1.2, 13) der Primärseite (1) so eingesetzt ist, daß die strömungsmäßige Verbindung zwischen Primär- und Sekundärseite (1, 2) im Berstfalle im wesentlichen über die Perforierung (12.2) des Hohldornes erfolgt