DE3036933A1 - Schwerwasserreaktor vom druckkesseltyp mit ueberdruckventilen an den trennrohren - Google Patents

Description

• Schwerwasserreaktor vom Druckkesseltyp mit Uberdruck-
• ventilen an den Trennrohren Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwerwasserreaktor vom Druckkesseltyp gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Ein solcher Reaktor.ist im Prinzip bekannt, z.B. durch nSiemens-Zeitschrfft(1968), Beiheft Hernkrafttechnik", Seiten 22 bis 27. Ferner ist ein solcher Schwerwasserreaktor bekannt durch die Zeitschrift "Nuclear Engineering International", Vol. 14.June 1969, No. 157, Seiten 485 bis 493. Solche Schwerwasserreaktoren haben einen von mit Brennelementen bestückten Trennrohren (Kühlmittelführungsrohren) durchzogenen Moderatorbehälter, der druckmäßig mit dem Brennelement-Austrittsraum (Kühlmittel-Austrittsplenum des Druckkessels hinter den Trennrohren) verbunden ist. Deshalb werden die Trennrohre betriebsmäßig mit innerem Überdruck gefahren.
• Bei dem an sich sehr unwahrscheinlichem Auftreten von Rissen größeren Ausmaßes im Hauptkühlmittelstrang sind nun kurzzeitig Unterdrücke in den Trennrohren möglich, durch welche ein Einbeulen derselben und damit eine Behinderung der Kühlung verursacht werden könnte. Weiterhin müßte bei einem größeren Verlust von Kühlmittel im Hauptkühlmittelstrang Moderatorflüssigkeit abgezweigt und in den Hauptkühlmittelkreis eingespeist werden, wozu eine Reihe von Schaltvorgängen erforderlich ist.
• Dabei wird also ein Teil des Moderatorwassers in den Hauptkühlkreis gepumpt und zur Notkühlung ausgenutzt.
• Durch die Erfindung soll ein zu den genannten Schaltvorgängen redundantes System der Einspeisung von Moderatorflüssigkeit in den Hauptkühlkreis geschaffen werden, und es soll eine unzulässige Druckbelastung der Trennrohre im Falle eines Kühlmittelverluststörfalles, wie oben erläutert, vermieden sein.
• Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprechen beschrieben. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nun eigensicher die Überdruckventile das Einspeisen fehlender Kühlflüssigkeit in den Hauptkühlkreis übernehmen und die Trennrohre vor Beschädigung schützen.
• Im folgenden wird anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichung die Erfindung noch näher erläutert und die Wirkungsweise beschrieben. Darin zeigt in schematischer, vereinfachter Darstellung: Fig. 1 einen D20-Druckkesselreaktor in einem Axialschnitt, wobei nur zwei Trennrohre dargestellt sind; Fig. 2 die Einzelheit X aus Fig. 1, vergrößert, wobei nur die eine Hälfte des Trennrohres dargestellt ist, und Fig. 3 den Schnitt längs der Linie III-III aus Fig. 2.
• Der Druckkessel 1 des Schwerwasserreaktors vom Druckkesseltyp nach Fig. 1 umgibt den Moderatorbehälter 2 mit den Trennrohren 3 und den Brennelementen 4. Das Kühlmittel, schweres Wasser (D 0), gelangt vom Druck-2 kesseleintritt 5 über den Ringraum 5a zwischen Moderatorbehälter 2 und Druckkesselinnenumfang zum Eintrittsplenum 5b an der Unterseite des Moderatorbehälters 2 und tritt von hier, wie es die Strömungspfeile f verdeutlichen, über Drosselstellen 10 in die unteren Enden der Trennrohre 3 ein, durchströmt diese'unter Kühlung der Brennelemente 4 und tritt an den oberen Enden der Trennrohre 3 in das Austrittsplenum 6a des Druckkessels 1 ein. Von hier gelangt das aufgewärmte Kühlmedium zu den Kühlmittelaustrittsstutzen 6, von denen nur einer, ebenso wie bei den Kühlmitteleintrittsstutzen 5, in der Zeichnung dargestellt ist. Der Moderatorbehälter 2 wird über den Eintrittsstutzen 7 und das bis zum Boden des Behälters 2 reichende Leitungsstück 7a mit frischer Moderatorflüssigkeit beschickt, die nach Erwärmung über den Austrittsstutzen 8 wieder entnommen wird Durch die Moderatorflüssigkeit MF wird im Normalfalle lediglich etwa 105S der Reaktionswärme abgeführt; die restlichen ca. 90% werden durch die Kühlflüssigkeit KF abgeleitet zu nicht dargestellten Dampferzeugern. Der Druck des Kühlmittels KF in den Trennrohren 3 liegt normalerweise etwas oberhalb des Systemdruckes der Moderatorflüssigkeit MF; durch Verbindungsöffnungen 9 im Deckel 2a des Moderatorbehälters 2 besteht ein Druckausgleich zwischen dem Austrittsplenum 6a (Druck des Kühlmediums KF nach Austritt aus den Trennrohren 3) und dem Inhalt des Moderatorbehälters 2. Da aber in den Trennrohren von deren Eintritt bis zu ihrem Austritt ein Druckgefälle gegeben ist, so liegt der mittlere Druck in den Trennrohren oberhalb des Druckes der Moderatorfltssigkeit MF. Die Drosseln 10 dienen zur Dosierung der Kühlflüssigkeit zu den einzelnen Trennrohren 3 an ihren unteren Enden.
• An den durch strichpunktierte Linien gekennzeichneten Trennrohrstellen 11 und 12, d.h., an den oberen und unteren Enden der Trennrohre 3 sind nun die in Fig. 2 und 3 dargestellten, als Ganzes mit R bezeichneten Ringventile eingebaut. Je nach dem Reißen der kalten Kühlmittelleitung 5 oder der heißen Ktihlmittelleitung 6 ermöglichen sie das Einströmen der ModeratorflUssigkeit MF in die Trennrohre 3 und damit den teilweisen Druckausgleich. Wäre der Kühlmittelspiegel außerhalb des Moderatorbehälters 2 nach einem (an sich sehr unwahrscheinlichen) schweren Störfall durch Ausdampfen stark abgesunken, so könnte Moderatorwasser MF automatisch durch die unteren Ringventile R in den Hauptkühlkreis strömen.
• Im einzelnen zeigt Fig. 2 schematisch ein oberes Ringventil. Die Ringventile R wirken. also als Uberdruckventile. Sie sind als Ringfederventile ausgebildet mit einer mindestens eine Ventilöffnung 13 in der Trennrohrwand 3a abdichtenden, bandförmigen Ringfeder 14, welche forinschlüssig im Inneren des Trennrohres 3 an einem Federwiderlager 15 gehalten und mit ihrem Außenumfang gegen die die Ventilöffnung 13 begrenzenden Wandteile 3a1 des Trennrohres 3 drückbar ist. Wie man aus Fig. 2 ersieht, ist ein Ventilsitz durch Herausarbeiten der Wandteile 3a1 geschaffen worden, an dem die Ringfeder 14 dichtend anliegt, d.h. die Ringfeder steht unter Vorspannung. Zur Ausbildung des Federwiderlagers 15 ist zwischen dem zentrisch im Inneren des Trennrohres 3 angeordneten stabförmigen Brennelement 4 bzw. seinem Gestänge 4a und dem Innenumfang des Trennrohres 3 ein aus Radialrippen 15a (vgl. Fig. 3) bestehender Rippenstern gehalten, dessen Radialrippen 15a an ihrem Außenumfang rechteckförmige Nischen 15a1 zur Aufnahme der Ringfeder 14 aufweisen. Zur formschldssigen Absicherung der Ringfeder 14 in Umfangsrichtung ist, vgl. Fig. 3, die Radialrippe 15a* nischenlos, wobei die Enden 14.1, 14.2 der geschlitzten Ringfeder 14 beidseits dieser Radialrippe 15a* anstoßen. An der Stoßstelle ist naturgemäß keine Ventilöffnung 13 vorgesehen; diese liegen vielmehr in anderen Umfangsberei- chen der Ringfeder 14 (im vorliegenden Falle an fünf' durch die Rippen 15a definierten Umfangsstellen).
• Der Rippenstern 15 ist am Brennelementgestänge 4a axialfedernd befestigt, damit die Ringfeder 14 unabhängig von der Längung und Wärmedehnung des Gestänges 4a immer präzise auf ihrem Ventilsitz 3a1 aufliegt. Hierzu ist im einzelnen der Rippenstern 15 am Außenumfang des Gestänges 4a mittels eines vom Gestänge durchdrungenen Strömungskörpers 16 gelagert, welcher mit einem Langloch 16a an einem Radialstift 17 des Gestänges 4a axial geführt ist. Zwischen dem einen Ende einer mit dem Gestänge 4a fest verbundenen Hülse 18 und einem Absatz 1 6b am Innenumfang des Strömungskörpers 16 ist eine Schraubendruckfeder 19 eingefügt, wodurch die elastische Halterung des Rippensternes 15 erzielt ist. Der Außenumfang des Rippensternes 15 ist mit Rippenverbindungsringen 15.1, 15.2 versehen, von denen sich der untere 15.2 zur axialen Sicherung des Ringventils R an einem stufenförmigen Absatz 3b am Innenumfang des Trennrohres 3 in der einen Axialrichtung al abstützt.
• Dadurch ist eine eindeutige Axiallage für die Ringfeder 14 bezüglich ihres Ventilsitzes 3a1 gegeben, ohne daß durch axiale Längung oder thermische Dehnung des Gestänges 4a eine Verschiebung möglich wäre. In der anderen Axialrichtung a2 ist der Rippenstern 15 mit dem Gestänge 4a zusammen herausziehbar.
• Die Ringventile R am unteren Trennrohrende sind sinngemäß aufgebaut. Sie könnten permanent im Trennrohr 3 verbleiben und in diesem Falle mit Spezialwerkzeugen ein- und ausbaubar sein. Es ist Jedoch auch möglich, sie zusammen mit dem Gestänge 4a genauso wie die oberen Ringventile R herausziehbar und einfügbar auszubilden, wozu sie auf einem kleineren Durchmesser liegen müßten, damit sie mit ihren Rippenverbindungaringen an dem stufenförmigen Absatz Db beim Einfügen vor- beikommen können.
• Die beschriebenen Ringventile R haben in der Praxis einen Durchmesser von etwa 100 mm, und die Ringfedern haben Wandstärken zwischen 0,5 und 1,5 mm. Die betriebsmäßige Arpressung an ihren Dichtsitz wird besonders am unteren Ende durch die normalen Strömungsverhältnisse kräftig unterstützt. Die vollen Öffnungsdrücke liegen im Bereich von Zehntel -bar. In Fig. 2 sind Ringwandstärke und Einsenkung der Ringsitzfläche 3a1 im Inneren des Trennrohres 3 aus Deutiichkeitsgründen übertrieben dick dargestellt. Mit I ist in Fig. 2 die ausgezogene Schließstellung der Ringfeder 14, mit II die strichpunktiert dargestellte eingewölbte Öffnungsstellung bezeichnet. Die Ringfeder ist insbesondere als mehrlagige, elastisch deformierbare Blattfeder aus einer korrosionsbeständigen Stahllegierung hergestellt.
• 3 Figuren 5 Patentansprüche

Claims (5)

1. Patentansorüche Schwerwasserreaktor vom Druckkesseltyp, mit einem Druckkessel und einem von Trennrohren durchzogenen Moderator-3ehälter, wobei der Moderator-Behälter vom Druckkessel und stabförmige Brennelemente von den Trennrohren aufgenommen sind, mit einem Kühlmittel-Durchlauf von einem Druckkessel-Eintritt durch die Trennrohre zu einem Druckkessel-Austritt und mit Druckausglei chsverbindungen zwischen dem mit Moderator-Flüssigkeit beschickten Moderator-Tank und dem Kühlmittel-Austrittsplenum des Druckkessels hinter den Trennrohren, wobei der KEhlmitteldruck in den Trennrohren normalerweise höher liegt als der Druck im Moderator-Tank, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Trennrohre (3) mit dem Moderator-Tank (2) über Uberdruckventile (R) in Verbindung stehen, welche im Normalbetrieb geschlossen sind und bei Unterdruck des in den Trennrohren (3) strömenden Kühimitteis (KF) bezogen auf den Druck der umgebenden Moderator-Flüssigkeit (MF) selbsttätig öffnen.
2. 2. Reaktor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Uberdruckventile (R) als Ringfederventile ausgebildet sind, mit einer mindestens eine Ventilöffnung (13) im Trennrohr (3) abdichtenden, bandförmigen Ringfeder, welche formschlüssig im Inneren des Trennrohres an einem Federwiderlager (15) gehalten und mit ihrem Außenumfang gegen die die Ventilöffnung begrenzenden Wandteile (3a1) des Trennrohres (3) drUckbar ist.
3. 3. Reaktor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwischen dem zentrisch im Inneren des Trennrohres (3) angeordneten stabförmigen Brennelement (4) und dem Innenumfang des Trennrohres (3) ein aus Radialrippen (15a) bestehender Rippenstern (15) ge- halten ist, dessen Radialrippen an ihrer Außenseite rechteckförmige Nischen (15asz zur Aufnahme der Ringfeder (R) aufweisen, wobei zur formschlüssigen Absicherung der Ringfeder in Umfangsrichtung eine Radialrippe (15a*) nischenlos ist und die Enden (14.1, 14.2) der Ringfeder (R) beidseits dieser Radialrippe anstoßen.
4. 4. Reaktor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Rippenstern (15) am Außenumfang des Jeweiligen Brennelementes (4) mittels eines vom Brennelement durchdrungenen Strömungskörpers (16) gelagert ist und der Außenumfang des Rippensternes mit Rippenverbindungsringen (15.1, 15.2) versehen ist, von denen sich einer (15.2) zur axialen Sicherung des Ringfederventils an einem stufenförmigen Absatz (3b) am Innenumfang des Trennrohres (3) in der einen Axialrichtung abstUtzt, wogegen in der anderen Axialrichtung der Rippenstern (15) mit dem Brennelement (4) herausziehbar ist.
5. 5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Uberdruck- bzw. Ringfederventile im Inneren des Moderatorbehälters an beiden Enden (11, 12) der Trennrohre (3) angeordnet sind.