DE3005574A1

DE3005574A1 - Selbstbetaetigendes und selbstverriegelndes absperrventil

Info

Publication number: DE3005574A1
Application number: DE19803005574
Authority: DE
Inventors: Dong Ku Chung
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1980-08-28
Also published as: GB2042686B; FR2449243A1; FR2449243B1; US4313794A; DE3005574C2; CA1126419A; GB2042686A; JPS63132395U; IT8047660A0; JPH0336957Y2; NL8000021A; BE881156A; IT1127571B; JPS55110988A

Description

1A-3O79
77 A48

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION El Segundo, California, USA

Selbstbetätigendes und selbstverriegelndes Absperrventil

Die Erfindung betrifft ein selbstbetätigendes und selbstverriegelndes Strömungsabsperrventil. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Ventils in einem Kernreaktor eines Typs, bei dem eine Vielzahl von strömungsgestützten Absorptionselementen für ein sicheres Abschalten des Reaktors vorgesehen ist.

Es besteht auf verschiedensten Gebieten ein Bedürfnis nach einem selbstbetätigenden und selbstverriegelnden Strömungsabsperrventil. Insbesondere benötigt man solche Ventile bei Kernreaktoren, bei denen eine Vielzahl von strömungsgestützten Neutronen-Absorptionselementen zum Zwecke der sicheren Abschaltung des Reaktors vorgesehen ist. Bisher wurden Kernreaktoren bei einem Störfall typischerweise dadurch abgeschaltet, daß man Steuerstäbe durch die Decke des Kerns einführte. Das Absenken der Stäbe in den Kern

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oder das Herausfahren der Stäbe aus dem Kern geschieht auf mechanischem Wege, z.B. mit Hilfe eines Motors und über Kupplungsgetriebe oder dergl.. In einem Notfall wird die Kupplung außer Eingriff gebracht und die Steuerstäbe fallen in den Kern hinein und schalten den Reaktor ab. Ein solches System hat eine Reihe von Nachteilen. Einmal besteht die Gefahr, daß mechanische Antriebsvorrichtungen, wie Kupplungen, nicht außer Eingriff gebracht werden können. Zum anderen besteht die Gefahr, daß es in den Kanälen, durch die die Steuerstäbe eingeführt werden müssen, zu Deformationen kommt. In einem solchen Fall werden die Steuerstäbe festgeklemmt und eine vollständige Einführung der Steuerstäbe in den Kern ist nicht möglich. Aus diesem Grunde ist in diesen Fällen ein Abschalten des Reaktors nicht möglich. In jüngster Zeit wird daher erhöhte Aufmerksamkeit einem anderen Reaktortyp geschenkt, bei dem eine Vielzahl von strömungsgestützten Neutronen-Absorptionselementen vorgesehen ist. Diese fallen unter dem Einfluß der Schwerkraft in den Kern, sobald die Strömung eines Strömungsmediums abgeschaltet wird. Der Reaktor kann daher auf einfachste Weise durch Unterbrechung der Strömung abgeschaltet werden. Naturgemäß wird der Reaktor auch automatisch abgeschaltet, wenn die Strömung des Strömungsmediums unvorhergesehenerweise unterbrochen wird.

Die US-PS 3 228 847 beschreibt ein Reaktorsteuersystem mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Neutronenflusses. Die Steuereinrichtung umfaßt ein Innenrohr, das sich von einer inaktiven Region des Reaktors in die aktive Region erstreckt, sowie ferner ein Außenrohr, das das Innenrohr mit Abstand umgibt. Das Außenrohr weist ein geschlossenes Ende auf und das Innenrohr weist in Nachbarschaft zum geschlossenen Ende des Außenrohrs, Jedoch im Abstand von diesem, ein offenes Ende auf. Neutronenabsorptionsteilchen sind zwischen dem Innenrohr und dem

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Außenrohr eingeführt und können sich unter der durch die Strömung ausgeübten Krafteinwirkung entlang des Rohrs bewegen. Unter dem Einfluß der Strömung des Strömungsmediums werden die Neutronenabsorptionsteilchen aus der aktiven Region des Reaktors herausbewegt. Wenn die Strömung abgeschaltet wird, so fallen sie unter dem Einfluß der Schwerkraft in die aktive Region zurück.

Die US-PS 3 257 286 beschreibt eine kugelförmige Steuereinrichtung für einen Kernreaktor. In dem Kernreaktor ist eine Anzahl von langgestreckten Rohrleitungen angeordnet, so daß ein erster Abschnitt einer jeden Rohrleitung im Reaktorkern angeordnet ist, während ein sich anschließender zweiter Abschnitt außerhalb des Kerns angeordnet ist. Jede der Rohrleitungen enthält eine Anzahl von einzelnen Körpern, deren jeder ein Material mit einem hohen Neutronenabsorptionsquerschnitt enthält. Die Bewegung der Neutronenabsorptionskörper innerhalb der Rohrleitungen wird mit Hilfe eines Druckströmungsmediums gesteuert, welches am Ende einer jeden Rohrleitung eingeführt werden kann. Auf diese Weise können die Neutronenabsorptionskörper selektiv positioniert werden, so daß sie entweder im ersten Abschnitt oder im zweiten Abschnitt der Rohrleitung positioniert sind. Durch Änderung der Lage der Absorptionskörper kann man den Reaktor anfahren oder abschalten oder man kann während des Reaktorbetriebs die Reaktivität steuern.

Die US-PS 3 347 747 beschreibt ein Steuersystem für einen Kernreaktor. Der Reaktor enthält eine Anzahl von mit seitlichem Abstand voneinander angeordneten, vertikalen Durchgängen in der Region des Kerns. Diese sind über die gesamte Querschnittsfläche des Kerns verteilt. Jeder Durchgang oder Kanal umfaßt einen unteren Abschnitt, welcher sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des Kerns erstreckt,

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sowie einen oberen Abschnitt, welcher sich über dem Kern in das Reaktorgefäß erstreckt. In jedem Kanal oder jeder Rohrleitung ist eine bewegliche Einrichtung angeordnet oder eingeschlossen, welche ein Gift enthält. Sie ist von einer unteren Position innerhalb der Region des Kerns in eine obere Position des Kanals oder der Rohrleitung über dem Kern bewegbar. Aufgrund der Schwerkraft wird diese das Gift enthaltende Einrichtung in ihre untere Position gebracht. Aufgrund einer Strömung, welche in dem Kanal oder der Rohrleitung nach oben gerichtet wird, gelangt die das Gift enthaltende Einrichtung von der unteren Position in die obere Position.

Die US-PS 4 076 583 beschreibt ein weiteres Steuerverfahren für einen Kernreaktor, bei dem eine Vielzahl von langgestreckten Rohrleitungen sich durch den Reaktorkern und über diesen hinaus erstreckt. Eine Vielzahl von Neutronenabsorptionselementen ist innerhalb der Rohrleitungen angeordnet. Während des normalen Betriebs des Reaktors bilden diese Neutronenabsorptionselemente ein Schichtbett in dem Abschnitt der Rohrleitungen, welcher über dem Kern liegt. Dieser Abschnitt der Rohrleitung, in dem das Schichtbett bei normalem Betrieb vorliegt, ist mit einem Strömungsnebenweg versehen. Hierdurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, daß einerseits alle Absorptionselemente bei normalem Betrieb zuverlässigerweise ein Schichtbett bilden und außerhalb des Kerns angeordnet sind, während andererseits der Druckabfall des durch das Schichtbett strömenden Strömungsmediums während des normalen Betriebs ein Minimum aufweist.

Alle die beschriebenen Einrichtungen bieten erhebliche Vorteile hinsichtlich der Zuverlässigkeit im Vergleich mit der alleinigen Verwendung von Steuerstäben. Diese Systeme bedürfen jedoch noch einer Reihe von Verbesserungen. Ins-

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besondere ist es wichtig, beim Abschalten die Strömung des Strömungsmediums vollständig zu unterbrechen, wenn bei der Abschaltung die Absorptionselemente aufgrund der Schwerkraft in den Kern herabfallen müssen. Eine gewisse Restströmung des Strömungsmediums, auch wenn diese unterhalb des unteren Grenzwertes für einen sicheren Betrieb des Reaktors liegt, kann im Sinne einer Verzögerung des Herabfallens der Absorptionselemente wirken. Im Falle eines vollständigen Zusammenbruchs der Stromversorgung wirken die Trägheitskräfte einer Zentrifugalpumpe noch weiter fort und verursachen auch nach dem Zusammenbruch der Stromversorgung eine gewisse Strömung, und zwar noch zu einem Zeitpunkt, zu dem die Stromversorgung vollständig unterbrochen ist und der Durchsatz des Strömungsmediums unter einen Wert gefallen ist, bei dem der Reaktor abgeschaltet werden muß. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem selbstbetätigenden Strömungsabsperrventil in der Strömung des Strömungsmediums. Ein solches Ventil sollte automatisch in den Schließzustand übergehen, sobald die Strömung des Strömungsmediums unter einen vorbestimmten Wert abgefallen ist. Durch ein solches Ventil könnte die Zeitspanne, während der die Neutronenabsorptionselemente in den Reaktorkern hineinfallen, erheblich verringert werden, so daß die Abschaltsicherheit erhöht werden könnte. Ferner sollte eine solche Ventileinrichtung vorteilhafterweise auch selbstverriegelnd sein. Hierdurch könnte verhindert werden, daß der Reaktor unbeabsichtigterweise wieder anfährt, wenn nach dem Absinken der Strömung unter einen bestimmten Wert und nach dem Abschalten des Reaktors noch Druckstöße oder erratische Strömungen auftreten.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Strömungsabsperrventil, welches einerseits selbstbetätigend ist und andererseits in abgesperrter Position auch selbstverriegelnd.

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Insbesondere ist das erfindungsgemäße Strömungsabsperrventil in Verbindung mit Kernreaktoren des Typs, bei dem eine Vielzahl von strömungsgestützten Absorptionselementen für die sichere Abschaltung des Reaktors vorgesehen ist, verwendbar. Allgemein umfaßt das erfindungsgemäße Absperrventil ein im wesentlichen vertikales, langgestrecktes Gehäuse mit einer darin angeordneten Lochplatte. Die Löcher in der Lochplatte erlauben einen Strom des Strömungsmediums von einem Ende des Gehäuses zum anderen, Ein im wesentlichen vertikales, langgestrecktes DUsenbauteil ist ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet und an diesem befestigt. Das Düsenbauteil weist an seinem unteren Ende eine Öffnung auf, durch die Strömungsmedium eintreten kann. Ferner weist das Düsenbauteil in Nachbarschaft zu seinem oberen Ende Öffnungen auf, durch die Strömungsmedium austritt. Ferner weist das Düsenbauteil zwei Dichtungselemente mit sich radial nach außen und nach unten erstreckenden Dichtungsflächen auf, deren eines über und deren anderen unter den Öffnungen im oberen Bereich angeordnet ist. Das Düsenbauteil ist von den Wandungen einer langgestreckten Strömungsabsperrhülse umgeben, welche in Nachbarschaft zu ihrem oberen Ende eine Öffnung für das Strömungsmedium aufweist. Die Hülse umfaßt ferner zwei Dichtungselemente mit sich radial nach innen und nach oben erstreckenden Dichtungsflächen. Diese Dichtungselemente sind mit der Hülse verbunden. Eine Dichtungsfläche befindet sich unterhalb der Öffnung für das Strömungsmedium und die andere in Nachbarschaft zum oberen Ende der Hülse. Die Hülse kann eine obere, offene Position einnehmen, in der die Strömung des Strömungsmediums durch die Düsenöffnungen im wesentlichen nicht behindert wird. Ferner kann die Hülse eine Schließposition einnehmen, in der die Dichtungsflächen der Hülse und der Düse aneinander angreifen, derart, daß die aneinander angreifenden Dichtungsflächen und die Wandungen der; Hülse die Strömung des Strömungsmediums durch die Öffnungen

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behindern oder verhindern. Die Hülse kann zwischen diesen beiden Positionen bewegt werden. Ferner wirken die Dichtungselemente der Düse und der Hülse derart zusammen, daß eine größere Fläche dem Druck des Strömungsmediums im Sinne einer abwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt ist, im Vergleich zur Fläche, welche dem Druck des Strömungsmediums im Sinne der Ausübung einer aufwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt ist. Sobald das Ventil die Schließposition einnimmt, wirkt jede Steigerung des Drucks des Strömungsmediums im Sinne einer Aufrechterhaltung der Schließposition des Ventils. Ferner umfaßt das Ventil ein Ausgleichselement, welches oberhalb der Strömungsabsperrhülse angeordnet 1st und an dieser befestigt ist. Das Ausgleichselement berührt die Lochplatte, wenn die Hülse eine Öffnungsposition einnimmt. Andererseits versperrt das Ausgleichselement die Strömung des Strömungsmediums durch eine vorbestimmte Strömungsfläche der öffnungen der Lochplatte, so daß ein Druckabfall über die Lochplatte und das Ausgleichselement zustandekommt. Der Druckabfall reicht gerade aus, das Ausgleichselement und die Strömungsabsperrhülse bei einer vorbestimmten, minimalen Strömung des Strömungsmediums zu unterstützen. Wenn die Strömung des Strömungsmediums unter einen vorbestimmten Wert abfällt, so sinkt auch der Druckabfall Über das Ausgleichselement auf einen Wert, welcher nicht mehr ausreicht, die Strömungsabsperrhülse in der Öffnungsposition zu halten, so daß sie nun unter dem Einfluß der Schwerkraft in die Schließposition bewegt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Absperrventil ferner ein Kolbenelement, welches sich vom oberen Ende des Düsenbauteils nach oben erstreckt und um eine ausreichende Strecke in die Strömungsabsperrhülse hineinerstreckt, so daß bei der Bewegung der Hülse von der offenen Position in die Schließposition der oberste Bereich des

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Kolbenbauteils sich über die Strömungsöffnung in der Strömungsabsperrhülse hinausbewegt, so daß das nun darin eingeschlossene Strömungsmedium eine Dämpfungskraft ausübt, welche die Schließbewegung der Strömungsabsperrhülse dämpft und einen hydraulischen Stoß verhindert oder auf ein Minimum herabsetzt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Ventil ferner eine mechanische Einrichtung zur Bewegung der Strömungsabsperrhülse zwischen der offenen Position und der Schließposition.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine typische, mit Absorptionskugeln gefüllte Säule eines Kernreaktors, welche mit dem erfindungsgemäßen Ventil ausgerüstet ist; und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des erfindungsgemäßen Ventils.

Fig. 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Säule, die mit hydraulisch unterstützten Neutronen-Absorptionselementen gefüllt ist. Diese Säule ist mit dem erfindungsgemäßen Ventil ausgerüstet, und zwar bei einer besonders bevorzugten Anwendung dieses Ventils in Verbindung mit einem Kernreaktor des Typs, bei dem eine Vielzahl von hydraulisch unterstützten Neutronen-Absorptionselementen vorgesehen ist. Die Säule hat eine Außenkonfiguration, welche im wesentlichen gleich der Außenkonfiguration der Brennelemente ist, die in dem Kern des Reaktors angeordnet sind. Der Reaktorkern umfaßt im allgemeinen eine Vielzahl von Brennelementen, Absorptionssäulen und Steuerstäben, welche ebenfalls aus Neutronenabsorptionsmaterial bestehen. Die Säule 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit einer unteren und einer oberen Lochplatte 14 bzw. 16. Diese definieren eine Retentionszone 18, welche einen Körper oder ein Schichtbett von

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Neutronen-Absorptionselementen 20 enthält. In der Zeichnung sind diese Absorptionselemente in der Position während des normalen Reaktorbetriebs gezeigt. Wie in der US-PS 4 076 583 genauer erläutert, wird das Schichtbett der Neutronen-Absorptionselemente durch das hydraulische Strömungsmedium unterstützt, so daß es sich oberhalb und außerhalb der Reaktorkernzone befindet. Ferner befindet sich im Gehäuse 10 und in der Retentionszone 18 ein Nebenstromrohr 22 für das Strömungsmedium. Dieses Rohr 22 umfaßt eine Vielzahl von öffnungen 24, durch die ein Teil des Strömungsmediums, welches in das Schichtbett aus Neutronen-Absorptionselementen 20 eintritt, das Bett umgehen kann. Durch diese Anordnung wird einerseits sichergestellt, daß die Neutronen-Absorptionselemente zuverlässig außerhalb der Kernzone gehalten werden. Andererseits wird hierdurch sichergestellt, daß der Druckabfall Über das Schichtbett auf einem Minimum gehalten wird.

Über den Neutronen-Absorptionselementen ist das erfindungsgemäße Ventil angeordnet. Dieses ist in Fig. 1 mit einem Kreis 2 umgeben und in Fig. 2 im Detail gezeigt. Das Ventil ist in der normalen Betriebsposition, d.h. der Öffnungsposition, gezeigt. Dabei strömt das Strömungsmedium durch das Gehäuse 12 aufwärts und aus dem oberen Ende heraus. Ferner enthält das Gehäuse 12 ein Gewichtsbauteil 26 für die mechanische Bewegung des erfindungsgemäßen Ventils aus einer Öffnungsposition in eine Schließposition und umgekehrt. Das Gewichtsbauteil 26 wird durch einen Elektromagneten 28 und einen Magneten 29 mit einer Curie-Punktlegierung in seiner Stellung gehalten. Diese sind an einer langgestreckten Stange 30 befestigt. Während des normalen Betriebs wirken diese Bauelemente derart zusammen, daß das Gewichtsbauteil 26 bewegt werden kann und das erfindungsgemäße Ventil in die öffnungs- oder in die Schließposition bringt. Falls das hindurchströmende Strö-

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mungsmedium eine bestimmte,maximale, erwünschte Temperatur übersteigt, z.B. im Falle einer vorübergehenden übermäßigen Leistung, gibt der Magnet 29 mit der Curie-Punktlegierung automatisch das Gewichtsbauteil 26 frei, welches wiederum das erfindungsgemäße Ventil schließt, so daß die Neutronen-Absorptionselemente rasch in den Reaktorkern fallen und den Reaktor abschalten. Alternativ kann auch der Elektromagnet 28 entregt werden, so daß das Gewichtsbauteil 26 herabfallen kann.

In der Nähe eines unteren Endes des Nebenstromrohrs 22 und unterhalb der Lochplatte 14 ist vorteilhafterweise ein selbstanhebendes Strömungsabsperrventil 32 vorgesehen, welches eine Schleppplatte 34 aufweist. Während des normalen Betriebs wirkt das am Ventil 32 vorbeiströmende Strömungsmedium auf die Schleppplatte 34 ein und hebt das Ventil von einer geöffneten Position in eine Schließposition, so daß im wesentlichen das gesamte Strömungsmedium durch die Lochplatte 12 strömt. Wenn die Strömung des Strömungsmediums unter einen vorbestimmten Wert abfällt, so fällt das Ventil in eine Öffnungsposition zurück, so daß das Strömungsmedium nun durch nichtgezeigte öffnungen im unteren Ende des Nebenstromrohrs 22 fließen kann. Durch die sich absenkende Säule von Neutronen-Absorptionselementen wird nun das Strömungsmedium verdrängt und dieses verdrängte Strömungsmedium kann nun durch die nichtgezeigten öffnungen am Boden des Nebenstromrohrs und durch das Nebenstromrohr entweichen. Die Neutronenabsorptionselemente fallen daher rascher in die Kernzone hinein als bei Abwesenheit eines solchen Strömungsventils 32. Die erforderliche Fläche der Schleppplatte ist natürlich eine Funktion des erwünschten Durchsatzes für die Betätigung sowie des Gewichts des Ventils. Die Fläche kann mathematisch oder experimentell bestimmt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtungsanordnung bei dem Strö-

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mungsventil 32 im wesentlichen ein Spiegelbild der Dichtungsanordnung des erfindungsgemäßen Ventils, welches im folgenden naher erläutert wird.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Ventil in vergrößerter Schnittdarstellung. Dabei ist das Ventil in Schließposition gezeigt, und zwar so, als ob es durch das Gewichtsbauteil 26 in dessen gestrichelter Position in diese
Schließposition bewegt worden wäre. Bei dieser Ausführungsform bildet das Gehäuse 12 einen Teil des erfindungsgemäßen Ventils. Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine im wesentlichen vertikale, langgestreckte Düsenanordnung 36 vorgesehen. Diese umfaßt ein Einlaßbauteil 38, das z.B.mit
Hilfe einer Vielzahl von Befestigungsschrauben 40 am Gehäuse 12 befestigt ist. Die Düsenanordnung 36 umfaßt ferner ein im wesentlichen vertikales Düsengehäuse 42, das
in seinem oberen Endbereich eine Vielzahl von öffnungen aufweist. Die Düsenanordnung 36 umfaßt Dichtungselemente oberhalb und unterhalb der öffnungen 44, z. B. eine sich nach abwärts und außen erstreckende Dichtungsfläche 46 am Düsengehäuse 42 und eine sich nach außen und abwärts erstreckende Dichtungsfläche 48 an einem Stellring 50. Der Stellring 50 ist auf das Düsengehäuse 42 aufgeschraubt
und erlaubt eine vertikale Verstellung.

Ferner befindet sich in dem Gehäuse 12 eine Strömungsabsperrdüsenanordnung 52 mit Wandungen 54, welche das Düsengehäuse 42 umgeben. Der obere Bereich der Wandungen 54
ist mit mindestens einer Strömungsöffnung 56 für das Strömungsmedium versehen. Die StrömungsabsperrhUlsenanordnung 52 umfaßt ferner zwei Dichtungselemente 58 und 60, deren eines unter der Strömungsöffnung 56 und deren anderes in Nachbarschaft zum unteren Ende der Wandung 54 angeordnet ist. Die beiden Dichtungselemente umfassen Dichtungs-

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flächen» welche sich radial nach innen und nach oben erstrecken. Wenn gemäß der Zeichnung das Ventil in der Schließposition steht, so wirken die Dichtungselemente und 58 und die Dichtungselemente 48 und 60 derart zusammen, daß eine größere Fläche dem Druck des Strömungsmediums im Sinne der Ausübung einer abwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt ist, im Vergleich zu der Fläche, welche dem Druck des Strömungsmediums im Sinne einer aufwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt ist. Dies hat zur Folge, daß das Ventil, sobald es einmal die Schließposition einnimmt, bei einer Steigerung des Drucks des Strömungsmediums in der Schließposition gehalten wird. Die Absperrhülsenanordnung 52 umfaßt ferner ein Ausgleichsglied 62. Wenn die Hülse die Öffnungsposition einnimmt, so berührt dieses Ausgleichsglied 62 eine Lochplatte 64 mit einer Vielzahl von Öffnungen 66, welche eine Strömungsfläche für das hindurchströmende Strömungsmedium bildet. Wenn das Ausgleichselement 62 anliegt, so wird hierdurch eine ausreichende Strömungsfläche bedeckt oder verschlossen, so daß bei einer Strömung des Strömungsmediums durch das Gehäuse ein Druckabfall über das Ausgleichselement stattfindet. Dieser Druckabfall reicht gerade aus, um die Absperrhülse bei einer vorbestimmten, minimalen Durchflußrate in Öffnungsposition zu halten. Die Strömungsfläche, welche durch das Ausgleichselement 62 abgedeckt werden sollte, kann leicht aus folgender Gleichung errechnet werden:

C_fGT

wobei W das Gewicht der Hülsenanordnung bedeutet; a die nichtbedeckte Strömungsfläche der öffnungen bedeutet; Q die erwünschte minimale Strömungsrate darstellt, bei der das Ventil geschlossen werden soll; und C_f den Düsenkoeffizienten der öffnungen bezeichnet. Der Düsenkoeffizient ist u.a. eine Funktion der Gestalt der öffnungen und

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der Dicke der Platte. Der Wert des DUsenkoeffizienten kann von einem Durchschnittsfachmann leicht durch Routinoversuche ermittelt werden.

Vorteilhafterweise umfaßt das erfindungsgemäße Ventil auch eine mechanische Einrichtung, um die Strömungsabsperrhülse in eine Öffnungsposition bzw. eine Schließposition zu bewegen. Ein Beispiel einer solchen mechanischen Einrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Sie umfaßt ein Verbindungselement 68, welches verschiebbar mit dem Gewichtsbauteil 26 verbunden ist, um so eine mechanische Bewegung zwischen der Öffnungsposition und der Schließposition zu erlauben. Das Gewichtsbauteil hat ein ausreichendes Gewicht zur Überwindung der Retentionskraft, welche durch den Druckabfall über das Ausgleichselement 62 hervorgerufen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist ferner ein Kolbenelement 70 vorgesehen, welches über dem Düsengehäuse 42 angeordnet und mit diesem verbunden ist. Wenn während des Betriebs die Strömungsabsperrhülsenanordnung 52 von der oberen Öffnungsposition in eine untere Schließposition bewegt wird, so wird das darin enthaltene Strömungsmedium leicht durch Strömungsöffnungen 56 verdrängt, bis die oberste Fläche des Kolbens 70 über die oberste öffnung hinausbewegt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Strömungsfläche für das verdrängte Strömungsmedium auf einen erwünschten, minimalen Wert verringert. Dieser minimale Wert ist festgelegt durch den Zwischenraum zwischen dem Kolbenelement 70 und dem Innendurchmesser der Hülsenwandungen 54 der Strömungsabsperranordnung 52.

Das erfindungsgemäße Ventil wurde für eine für Versuchszwecke gebaute NeutronenabsorptionsSäulenanordnung konstruiert und in diese eingebaut, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Die Strömung des Strömungsmediums durch die Säu-

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lenanordnung wurde auf verschiedene Durchsätze verringert, und die Zeitdauer bis zu einem im wesentlichen vollständigen Herabfallen der Neutronen-Absorptionselemente in die Kernzone wurde gemessen, und zwar einmal mit und einmal ohne die erfindungsgemäße Ventilanordnung* Es wurde festgestellt, daß die Zeitdauer für das Herabfallen sämtlicher Elemente in die Kernzone im wesentlichen konstant ist und etwa 4 bis 6 Sekunden beträgt, wenn man das erfindungsgemäße Ventil verwendet. Ohne das Ventil variiert diese Zeitdauer beträchtlich, und zwar je nach dem Durchsatz, bis zu dem die Strömung verringert wird. In einigen Fällen, in denen die Strömung langsam auf Null herabgesetzt wird, betrug die Zeitspanne bis zum Herabfallen sämtlicher Elemente in die Kernzone bis zu 20 Sekunden und mehr. Dieses Beispiel demonstriert daher den Nutzen des erfindungsgemäßen Ventils.

Es ist schwierig, eine Neutronen-Absorptionssäulenanordnung derart zu konstruieren, daß die Elemente stets in die Kernzone hinabfallen, wenn die Strömung unter etwa 5096 des Betriebsdurchsatzes der Konstruktion gesenkt wird. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils ist es ohne weiteres möglich, das Ausgleichselement derart zu konstruieren, daß das Ventil bei jedem erwünschten, minimalen Durchsatz geschlossen wird. Darüberhinaus ist der Schließpunkt in hohem Maße reproduzierbar. Somit ist das erfindungsgemäße sich selbst betätigende Ventil äußerst zuverlässig.

Vorstehend wurde eine bevorzugte AusfUhrungsform des Ventils beschrieben. Dieses Ventil ist auf allen Gebieten einsetzbar, auf denen ein sich selbst betätigendes und sich selbst verriegelndes Ventil erwünscht ist. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, ein nachgiebiges Mate-

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rial an den Dichtflächen vorzusehen, um im Bereich dieser Flächen die Leckströmung im wesentlichen auf Null zu senken. Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine gewisse Leckströmung nicht nur in Kauf genommen werden, dies ist sogar erwünscht. Wenn das erfindungsgemäße Ventil in Verbindung mit einem Reaktor verwendet wird, so kommt es zu einer beträchtlichen Abklingwärme in den Absorberelementen, und es ist erwünscht, eine gewisse Strömung des Strömungsmediums durch die Säule aufrechtzuerhalten, auch wenn das Ventil die Schließposition einnimmt. Man kann daher die Dichtungsflächen derart ausbilden, daß auch in der Schließposition noch eine erwünschte Leckströmung stattfindet.

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BAD ORIGINAL Zusammenfassung

Es wird ein sich selbst betätigendes und sich selbst verriegelndes Strömungsabsperrventil beschrieben. Dieses ist insbesondere für Kernreaktoren geeignet, bei denen eine Vielzahl von strömungsgestützten Neutronen- Absorptionselementen für eine sichere Abschaltung des Reaktors vorgesehen ist. Das Ventil umfaßt ein im wesentlichen vertikales, langgestrecktes Gehäuse und eine Lochplatte in diesem Gehäuse, welche eine Strömung des Strömungsmediums durch das Gehäuse erlaubt. Ferner ist in dem Gehäuse ein langgestrecktes, im wesentlichen vertikales Düsenbauteil angeordnet. Dieses ist am Gehäuse befestigt und weist an seinem unteren Ende eine öffnung für den Eintritt des Strömungsmediums auf sowie in seinem oberen Endbereich öffnungen für den Austritt des Strömungsmediums. Ferner umfaßt die Düse zwei Dichtungselemente, deren eines über und deren anderes unter den öffnungen angeordnet ist. Ferner ist eine Strömungsabsperrhülse in dem Gehäuse angeordnet. Ihre Wandungen umgeben die Düse. Die Strömungsabsperrhülse weist eine Strömungsöffnung im oberen Bereich auf und sie ist zwischen einer oberen Position und einer unteren Position bewegbar. In der oberen Öffnungsposition liegen die Düsenöffnungen im wesentlichen frei und die Strömung durch die Düsenöffnungen wird im wesentlichen nicht behindert. In der Schließposition geraten die Dichtungsflächen der Hülse und des Düsenbauteils in Angriff aneinander, so daß die Strömung des Strömungsmediums durch die öffnungen behindert oder verhindert wird. Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Ventil ferner eine Einrichtung umfaßt, welche eine etwaige Erhöhung des Drucks des Strömungsmediums zur Aufrechterhaltung der Schließposition der Absperrhülse nutzt. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Ventil automatisch in die Schließposition gerät, sobald die Strömung des Strömungsmediums unter einen vorbestimmten Wert abfällt.

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Leerseite

Claims

005574 Patentansprüche

1., Selbstbetätigendes und selbstverriegelndes Strömungsabsperrventil, insbesondere für Kernreaktoren mit einer Vielzahl von strömungsgestützten Neutronen-Absorptions element en, für das sichere Abschalten des Reaktors, gekennzeichnet durch

ein im wesentlichen vertikales, langgestrecktes Gehäuse (12) für die Strömung des Strömungsmediums;

eine Lochplatte (64) in dem Gehäuse (12), deren Löcher (66) eine Strömung des Strömungsmediums von einem Ende des Gehäuses (12) zum anderen gestatten;

ein im wesentlichen vertikales, langgestrecktes, im Gehäuse (12)angeordnetes und an diesem befestigtes Düsenbauteil (36) mit einer unteren öffnung für den Eintritt des Strömungsmediunts und mit Öffnungen (44) im Bereich des oberen Endes für das Ausströmen des Strömungsmediums und mit zwei Dichtungselementen (46,48) mit sich radial nach außen und abwärts erstreckenden Dichtungsflächen, deren eine über und deren andere unter den Öffnungen (44) angeordnet ist;

eine langgestreckte, in dem Gehäuse (12) angeordnete und das Düsenbauteil (36) umgebende Strömungsabsperrhülse (52) mit mindestens einer öffnung (56) für die Strömung des Strömungsmediums im oberen Bereich der Hülse (52) und zwei Dichtungselementen (58,60) mit sich radial nach innen und oben erstreckenden Dichtungsflächen, welche mit der Hülse (52) verbunden sind,und deren eines unter der Strömungsöffnung (56) liegt und deren anderes im Bereich des unteren Endes der Hülse (52) liegt, wobei die Hülse (52) zwischen einer oberen Öffnungsposition, in der die öffnungen (44) des Düsenbauteils (36) im wesentlichen nicht für einen Durchtritt des Strömungsmediums versperrt sind, und einer Schließposition, in der die Dichtungselemente (46,48,58,60) der Hülse (52) und des Düsen-

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bauteile (36) aneinander angreifen, bewegbar ist, wobei die aneinander angreifenden Dichtungsflächen der Dichtungselemente (46,48,58,60) und die Wandungen der Hülse (52) die Strömung des Strömungsmediums durch die Öffnungen (44) versperren, und wobei die Dichtungselemente (46,48, 58,60) derart zusammenwirken, daß eine größere Fläche dem Druck des Strömungsmediums im Sinne der Einwirkung einer abwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt ist, im Vergleich zur Fläche, welche dem Druck des Strömungsmediums im Sinne einer aufwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt ist, derart, daß das Ventil einmal in seiner geschlossenen Position durch eine Erhöhung des Drucks des Strömungsmediums in der geschlossenen Position gehalten wird; und

ein Ausgleichselement (68), welches über der Strömungsabsperrhülse (52) angeordnet ist und mit dieser verbunden 1st und die Lochplatte (64) berührt, wenn die Hülse (52) ihre Öffnungsposition einnimmt, so daß die Strömung des Strömungsmediums durch eine vorbestimmte Strömungsfläche der öffnungen (66) der Lochplatte (64) verhindert wird, derart, daß ein Druckabfall über die Lochplatte (64) und das Ausgte ichsbauteil (68) zustandekommt, welcher gerade ausreicht, das Ausgleichsbauteil (68) und die Strömungsabsperrhülse (52) bei einem vorbestimmten minimalen Durchsatz des Strömungsmediums zu unterstützen, derart, daß bei einem Abfall der Strömung des Strömungsmediums unter einen vorbestimmten Wert der Druckabfall über das Ausgleichsbauteil (68) nicht mehr ausreicht, die Strömungsabsperrrhülse (52) in der Öffnungsposition zu halten, so daß sie unter dem Einfluß der Schwerkraft in die Schließposition gelangt.

2. Stromungsabsperrventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Kolbenbauteil (70), welches sich vom oberen Ende des Düsenbauteils (36) nach oben in die StrömungsabsperrhUlse (52) erstreckt, und zwar um eine solche

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Strecke, daß bei der Bewegung der Hülse (52) von der Öffnungsposition in die Schließposition der oberste Bereich des Kolbenbauteils (70) sich an der Strömungsöffnung (56) der Strömungsabsperrhülse (52) vorbeibewegt und eine Dämpfungskraft auf die Schließbewegung der Strömungsabsperrhülse (52) ausübt.

3. Strömungsabsperrventil nach einem der Ansprüche oder 2, gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung (26-30) für die Bewegung der Strömungsabsperrhülse (52) in die Öffnungsposition bzw. Schließposition.

4. Strömungsabsperrventil nach Anspruch 31 gekennzeichnet durch eine langgestreckte Stange (30), welche lösbar mit einem Gewichtsbauteil (26) verbunden ist, das ein ausreichendes Gewicht für die Bewegung der Strömungsabsperrhülse (52) in die Schließposition aufweist.

5· Strömungsabsperrventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (30) über mindestens einen Magneten (28,29) lösbar mit dem Gewichtsbauteil (26) verbunden ist.

6. Strömungsabsperrventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (28,29) eine Curie-Punktlegierung umfaßt.

7. Strömungsabsperrventil nach einem der Ansprüche oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (30) mit dem Gewichtsbauteil (26) über zwei Magnete (28,29) lösbar verbunden ist, deren einer ein Curie-Punktlegierungsmagnet und deren anderer ein Elektromagnet ist.

$30035/0761

BAD ORIGINAL

8. Verwendung des Strömungsabsperrventils nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Kernreaktor mit einer Vielzahl von seitlich voneinander angeordneten, vertikalen Neutronen-Absorptionssäulen, welche im Reaktorkern angeordnet sind und sich aus diesem heraus erstrecken und deren jede eine Vielzahl von Neutronen-Absorptionselementen enthält, die bei normalem Reaktorbetrieb hydraulisch unterstützt außerhalb des Reaktorkerns gehalten werden, wobei das sich selbst betätigende und sich selbst verriegelnde Strömungsabsperrventil vorzugsweise jeweils am oberen Ende der Neutronen-Absorptionssäule angeordnet ist.

030035/07«·

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