DE3603951A1 - Vorrichtung zur filtration einer im kuehlmittelkreislauf eines kernreaktors zirkulierenden fluessigkeit und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

FRAMATOME
924oo Courbevoie, Frankreich

Vorrichtung zur Filtration einer im Kühlmittelkreislauf eines Kernreaktors zirkulierenden Flüssigkeit und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Filtration einer im Kühlmittelkreislauf eines Kernreaktors während der Erwärmungsversuche vor seiner Inbetriebnahme zirkulierenden Flüssigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung.

Vor der Inbetriebnahme eines Druckwasserkernreaktors werden Versuche durchgeführt, in denen der Primärkreislauf mit Wasser gefüllt wird, das zuerst Raumtemperatur und dann die Betriebstemperatur des Reaktors hat. Dieses Wasser wird im gesamten Primärkreislauf unter Verwendung der Druckwasserpumpen zur Kühlung des Reaktors zirkuliert. Diese Versuche werden vor der Beladung des Reaktorkerns durchgeführt und ermöglichen insbesondere die Entfernung aller Metall- oder anderen Teilchen, die aus der Herstellung und der Montage des Primärkreislaufes des Reaktors stammen und sich dort auch noch nach der Montage befinden. Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen bei der Herstellung und Montage der Behälterelemente

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ist die Anwesenheit in diesem Behälter von kleinen Metallteilchen nicht zu vermeiden, die jedoch unbedingt vcr der Inbetriebnahme des Reaktors entfernt werden müssen.

In den Primärkreislauf werden daher Filtriervorrichtungen angebracht, durch die das in diesem Primärkreislauf während der Versuche und insbesondere während der Erwärmungsversuche des Reaktors zirkulierende Wasser durchgehen muß. Derartige Filtriervorrichtungen halten die zirkulierenden Teilchen zurück und zwar auf dem Filter selbst oder unmittelbar vor dem Filter.

W Die Entfernung von Teilchen mit einer Größe über 3 χ 10~ m am Eingang des Kerns auf der Höhe der die Kernelemente aufnehmenden Trägerplatte ist bekannt.

In der FR-A 2 280 278 ist eine Modulfiltriervorrichtung beschrieben, die einen Träger zu ihrer Befestigung auf der unteren Platte des Kerns eines Druckwasserkernreaktors anstelle eines Brennelements umfaßt. Diese Filtrationsvorrichtung enthält ein auf dem Träger angebrachtes Gitter, das in den Wasserkreislauf eingebracht wird. Das Wasser strömt durch die untere Platte des Reaktorkerns durch Löcher, die in dieser Platte für den Durchgang des Reaktorkühlmittels vorgesehen sind. Mit diesem Gitter können am Kerneingang die Teilchen zurückgehalten werden, die eventuell mit dem Wasser während der Erwärmungsversuche transportiert werden. An jeder Stelle eines Elements befindet sich eine Filtriervorrichtung, so daß der Gesamtdurchsatz des im Primärkreislauf während der Erwärmungsversuche des Reaktors zirkulierenden Wassers filtriert wird. Das Gitter der Filtriervorrichtungen besteht im allgemeinen aus einem Drahtgewebe aus rostfreiem Stahl mit feinen Maschen, das von einem flachen Gitter gestützt wird, dessen Maschen größer sind als die Gewebemaschen und das eine genügend große Steifheit aufweist, die mit

einem Draht mit einem relativ großen Durchmesser, beispielsweise im Bereich von 2x10 m, erreicht wird. Der mittlere, runde Teil des Gitters wird außerdem von einem mit dem Träger der Filtriervorrichtung fest verbundenen Bügel gestützt, da es notwendig ist, daß das Gitter starke Belastungen aushalten kann, die auf die sehr große Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit während der Versuche zurückzuführen sind.

Es wurde jedoch festgestellt, daß während der Anwendung derartiger Vorrichtungen eine deutliche Abnützung und folglich ein Reißen der Gitter während Langzeitversuche auftreten kann. Tatsächlich bringt das durch die Gitter durchströmende Wasser diese zum Schlagen, was zu Zusammenstößen zwischen dem Metallgewebe und dem Stützgitter führt.

Diese Zusammenstöße sind der Grund für eine deutliche Abnützung und das Zerreißen der Gitter.

Wird nur ein einfaches Drahtgewebe als Filterelement verwendet, so ist der mechanische Widerstand dieses Elements geringer , es tritt Abnützung und Zerreißen der Metallgewebefäden im Bereich der Mittelstütze auf. Diese übermäßige Abnützung beruht auf der Reibung und Ermüdung der Drähte an den Netzknoten.

Andererseits ist der Durchgangsquerschnitt der flachen Gitter, der dem geraden Querschnitt der Filtrierelemente entspricht, zwangsläufigerweise geringer und das umsomehr, je feiner die Netzmasche und je größer der Durchmesser des das Gitter bildenden Drahts ist.

Es wurde vorgeschlagen, den Durchgangsquerschnitt der Filtrierelemente durch Verwendung von Gittern in konischer oder elliptischer Form zu erhöhen; die Richtungsabweichung der die Filtrierelemente passierenden Flüssigkeitsströme ist jedoch sehr stark, was insbesondere bei Modulvorrichtungen stört, die

nebeneinander in einem engen Netz, das dem Netz der Reaktorkernelemente entspricht, angeordnet sind. Die verschiedenen, durch die Filtriervorrichtungen durchgehenden Flüssigkeitsströme interferieren miteinander und stören die Zirkulation des Wassers im Reaktorbehälter ganz beträchtlich.

Aufgabe der Erfindung war es daher, diese Nachteile zu beseitigen und eine Filtriervorrichtung anzugeben, die eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Abnützungsfestigkeit aufweist und,in den Kreislauf der Flüssigkeit eingebracht,einen begrenzten Belastungsverlust und nur eine kleine Richtungsabweichung der durch das Gitter durchgehenden Flüssigkeitsströme verursacht.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Filtration einer im Kühlmittelkreislauf eines Kernreaktors, während der Erwärmungsversuche vor seiner Inbetriebnahme zirkulierenden Flüssigkeit, mit einem Träger (6) zur Befestigung der Vorrichtung auf der Trägerplatte (1) des Reaktorkerns an der Stelle eines Trennelements, einem Metallgitter (10), das so auf dem Träger angebracht ist, daß es sich am Eingang zum Kern auf dem Weg der zirkulierenden Flüssigkeit befindet und einer Stützvorrichtung (12, 13, 14) für den Mittelteil des Gitters (10), die mit dem Träger fest verbunden ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

das Gitter (10) aus einem Netz gekreuzter Drähte (15) besteht, die in jeden Knoten (16) des Netzes fest miteinander verbunden sind, die Form einer Kalotte (10b) aufweist, die durch Verformung eines flachen Gitters, dessen Drähte (15) vorher aufeinander gelötet worden sind, erhalten worden ist.

7> Die erfindungsgemäße Filtriervorrichtung wird anhand der Figuren erläutert, wobei

Fig. 1 ein senkrechter Querschnitt einer Filtriervorrichtung auf einer unteren Kernplatte eines Druckwasserkernreaktors ist,

Fig. la eine Teilansicht des Gitters gemäß AA in Figur 1 darstellt.

Aus Fig. 1 ist ein Teil der unteren Kernträgerplatte 1 eines Druckwasserkernreaktors ersichtlich, mit Durchgangslöchern 2 für das Wasser auf der Höhe jeder Stelle eines Elements, wobei die Kernelemente bei der Beladung des Reaktors auf der oberen Fläche der Platte 1 aufliegen. Während der Erwärmungsversuche des Reaktors nimmt eine Filtriervorrichtung, wie die Vorrichtung 3, die Stelle ein, in der sich bei normalen Betrieb des Reaktors ein Brennelement befindet. Jede dieser Stellen eines Elements wird von einer Filtriervorrichtung 3 besetzt. Neben der Vorrichtung 3 ist auf der Platte 1 beispielsweise ein Teil einer Modulvorrichtung 3^f zu sehen. Das im Primärkreislauf des Reaktors zirkulierende Wasser kommt unter der Trägerplatte 1 an und geht durch diese Platte durch die Löcher 2, den Pfeilen 5 entsprechend, durch.

Die Filtriervorrichtung 3 umfaßt einen Träger 6 mit quadratischem Querschnitt und den Abmessungen einer Stützvorrichtung für ein Brennelement. Dieser Träger 6 weist eine zentrale runde öffnung 7 auf, die sich über den Öffnungen 2 der Trägerplatte 1 befindet, wenn die Filtriervorrichtung in den Reaktorbehälter eingebracht wird. Der obere Teil 8 der öffnung 7 hat einen größeren Durchmesser, und nimmt den äußeren flachen Rand 10a des Filtriergitters 10 auf. Dieses Gitter 10 wird über einen Befestigungsring 11, der mit seinem Rand auf dem Träger 6 angeschweißt ist, auf dem Träger 6 festgehalten.

Das Gitter 10, das noch eingehender in den Fig. 1 und 1a beschrieben wird, hat die Form einer Kalotte und stützt sich in seinem Mittelteil über ein Stützteil 13 auf einen Bügel 12, der auf die obere Fläche des Trägers 6 geschweißt ist. Dafür wird eine Schraube 14 durch den Mittelteil des Gitters 10 in ein Gewinde des Teils 13 geschraubt und dann verschweißt.

Gemäß Fig. 1 und 1a umfaßt das Gitter einen flachen ringförmigen Rand 10a, dessen äußerer Umfang rund ist, und ein Mittelteil 1Ob₁ dessen Base den gleichen Durchmesser wie die Öffnung 7 aufweist und dessen Höhe h dem Viertel des Basendurchmessers entspricht.

Gemäß Fig. 1a besteht das Gitter aus gewebten Drähten 15, die sich im rechten Winkel kreuzen und durch Verlöten in jedem der Knoten 16 des Netzes miteinander verbunden sind.

Die Erfindung betrifft auch eine Verfahren zur Herstellung dieser Filtriervorrichtung.

Aus einem Metallgewebe mit Drähten aus rostfreiem Stahl der Serie 304 und einem Durchmesser von 1x10 m, die in ein Netz mit einer quadratischen Masche mit einer Durchgangsöffnung von 2x10 m Seitenlänge gewebt worden sind, wird eine Scheibe ausgeschnitten, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser D der für die Filtriervorrichtung vorgesehenen zentralen Trägeröffnung 7 . Das Metallgewebe wird in dem bekannten "Nicrobraz"-Verfahren so verlötet, daß jeder der Drähte 15 mit allen Drähten, die er im rechten Winkel schneidet, in jedem Knoten 16 fest verbunden ist. Die Drähte können bei hoher Temperatur verlötet werden; dann kann das Metallgewebe gehärtet werden gemäß beispielsweise dem "Nicrobraz"-Verfahren oder jedem anderen bekannten Lötverfahren bei hoher Temperatur mit folgender Überhärtung.

Das gelötete Metallgewebe wird in eine Matrizentiefziehvorrichtung so eingebracht, daß der äußere Rand, der die flache Stützfläche 10a werden soll, in einer Spannbacke festgehalten ist. Die Kalottenform des Teils 10b wird mit einem kugelförmigen Tiefziehwerkzeug durch Tiefziehen des Gewebes erhalten, was zu einer Dehnung jedes das Gewebe bildenden Drahtes 15 führt. Das Tiefziehen wird so durchgeführt, daß die Lötstellen

an den Knoten 16 des Netzes nicht beschädigt werden, die Verformung wird nur durch Verlängerung der Drähte 15 erreicht, was einer Kaltumformung entspricht.

Das Gitter 10 wird auf einen speziell hergestellten Träger 6 über den Ring 11 befestigt, der auf dem Träger 6 zur Befestigung des Gitters 10 angeschweißt ist. Der Bügel 12 wird auf dem Träger 6 befestigt, die Schraube 14 wird durch die mit dem Bügel 12 fest verbundene Mittelstütze 13 durchgeführt und durch Verschweißen fixiert.

Die Filtriervorrichtung 3 wird auf der Kernträgerplatte 1 zugleich mit anderen ähnlichen Vorrichtungen 3' an den Stellen angebracht, die den Stellen eines Brennelements auf der Platte 1 entsprechen.

Die 17 Stunden dauernden Versuche werden so durchgeführt, daß durch jede der Filtriervorrichtungen Wasser mit einem Durchsatz von 0,2 m /s durchgeht.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der durch das Gitter 10 durchgehende Wasserstrom 5^f während der Versuche leicht abgelenkt wird, wobei die Abweichung gegen den Rand des Gitters 10 _: etwas verstärkt ist. Diese Abweichung ist jedoch sehr begrenzt, der Austrittsstrom 5" wird sehr schnell wieder aufgerichtet, so daß die durch die Filtriervorrichtungen 3, 3¹ ...durchgehenden Flüssigkeitsströme miteinander praktisch nicht interferieren.

Am Ende der Versuche wird eine leichte Wölbung des Gitters festgestellt, jedoch keine Abnützung und kein Zerreißen der Drähte.

Im Bereich des Versuchsdurchsatz konnte ein Belastungsverlustkoeffizient K entsprechend Δ P/Q (wobei ^P der Belastungsverlust und Q der Durchsatz ist) von etwas unter 10 gemessen werden.

Es wurden Vergleichsversuche mit einem verlöteten, jedoch nicht tiefgezogenem Gitter und einem Gitter aus durchlöchertem und tiefgezogenem Blech durchgeführt.

Das flache Gitter besteht aus einem Metallgewebe, das dem kalottenförmigen Gitter der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung entspricht; das durchlöcherte und tiefgezogene Blech ist aus rostfreiem Stahl der Serie 304 mit einer Dicke von 10 m, das in einem Abstand von 3,5 χ 10 m mit Löchern von 2 x 10 m versehen ist und auf einer dem Viertel des Durchmessers des Filtrierelements entsprechenden Tiefe tiefgezogen worden ist.

Das flache Gitter weist einen Belastungsverlustkoeffizienten von etwas über 10 auf. Am Ende des Versuchs zeigt das Gitter eine deutliche Verformung und einen fast vollständigen Riss auf der Höhe des sich auf dem Bügel stützenden Mittelteils.

Das Gitter aus einem durchlöcherten und tiefgezogenen Blech zeigt zwar keine feststellbare Verformung, sein Belastungsverlustkoeffizient beträgt jedoch etwa 18, was praktisch doppelt so hoch ist wie der der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem verlöteten und tiefgezogenen Metallgewebe.

Π Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung sind somit ihre große Einfachheit, ihre sehr leichte Herstellbarkeit, die geringe Abweichung des durch sie durchgehenden Stroms und der begrenzte Belastungsverlust sowie die geringe Verformung und die vernachlässigbare Abnützung nach einer Langzeitanwendung.

Insbesondere ermöglicht die Härtung und die Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Metallgewebedrähte durch Kaltumformung beim Ziehen die Verwendung der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung dort, wo die Anordnung der sich stromauf-

wärts der Filtriervorrichtung befindlichen öffnungen für das Auftreten von Hochgeschwindigkeitsbereichen im Strom der zirkulierenden Flüssigkeit und folglich eine deutliche lokale Erosion verantwortlich sind.

Erfindungsgemäß kann man auch Gitter verwenden, die eine etwas andere Form als die beschriebene aufweisen, wobei das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser der Kalotte etwas anders sein kann. Von dem Verhältnis Höhe zu Durchmesser der Kalotte von einem Viertel sollte nicht zu weit abgewichen werden, um die Vorteile der höheren Durchgangsfläche des Gitters, der Verformung durch Tiefziehen und der begrenzten Abweichung des durch das Gitter durchgehenden Stroms nicht zu verlieren. Auch die Mittelstütze des Gitters auf dem Bügel oder jedes andere, mit dem Träger fest verbundene Stützteil kann auf andere Weise hergestellt werden.

Das Formen des Gitters kann auch in einem anderen Verfahren als dem Matrizentiefziehen oder freiem Tiefziehen durchgeführt werden, solange diese Maßnahme nur die Drähte dehnt, ohne die Lötstellen zwischen den Drähten an den Knoten des Netzes zu zerstören.

Schließlich kann das Gitter aus jedem Material hergestellt werden, das für eine Verwendung in Kernreaktorversuchen angepaßt ist.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1/

   Vorrichtung zur Filtration einer im Kühlmittelkreislauf eines Kernreaktors während der Erwärmungsversuche vor seiner Inbetriebnahme zirkulierenden Flüssigkeit, mit

   einem Träger (6) zur Befestigung der Vorrichtung auf der Trägerplatte (1) des Reaktorkerns an der Stelle eines Brennelements,

   einem Metallgitter (10), das so auf dem Träger angebracht ist, daß es sich am Eingang zum Kern auf dem Weg der zirkulierenden Flüssigkeit befindet, und einer mit dem Träger (6) fest verbundenen Stützvorrichtung (12, 13, 14) für den Mittelteil des Gitters (10),

   dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (10) aus einem Netz gekreuzter Drähte (15) besteht, die in jedem Knoten (16) des Netzes fest miteinander verbunden sind, und die Form einer Kalotte (10b) aufweist, die durch Verformung eines flachen Gitters, dessen Drähte (15) vorher aufeinander gelötet worden sind, erhalten worden ist.

   2. Filtriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

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   daß

   die Kalotte (10b) eine etwa dem Viertel ihres Basendurchmessers D entsprechende Höhe h aufweist.

   Filtriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (10) aus Drähten (15) aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von etwa 10 m und quadratischen Maschen besteht, deren Öffnung eine Seitenlänge von etwa 2 χ 10~³ m hat.

   4. Filtriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Stützvorrichtung des Gitters (10) einen mit dem Träger (6) fest verbundenen Bügel (12) umfaßt, an dem ein Stützteil (13) zur Aufnahme einer Verbindungsschraube (14) angebracht ist, die durch das Gitter (10) durchgeht und auf dem Stützteil (13) nach ihrer Einführung durch Verschweißen blockiert wird.

   5. Filtriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß _: das Gitter (10) einen flachen Rand (10a) zur Befestigung auf dem Träger (6) und einen Mittelteil (10b) in Form einer Kalotte umfaßt.

   6. Verfahren zur Herstellung der Filtriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
   gekennzeichnet durch Ausschneiden einer Scheibe mit einem bestimmten Durchmesser aus einem Metalldrahtgewebe, Verlöten der Drähte (15) des Metalldrahtgewebes in jedem Knoten des Drahtnetzes,

   Verformen durch Tiefziehen der Drahtgewebescheibe zu einer Kalotte (10) durch Ziehen der Drähte (15) ohne Zerstörung der Lötstellen der Drähte (15) in den Knoten (16) des Netzes,

   Befestigen des erhaltenen Gitters (10) in Kalottenform an seinem Rand auf einem Träger (6) mit einer zentralen Öffnung (7) und

   - Verbinden des Mittelteils des Gitters (10) in Kalottenform mit einer Stützvorrichtung (12, 13), die mit dem Träger (6) fest verbunden ist.

   7. Verfahren nach Anspruch 6,

   gekennzeichnet durch das Verlöten der Drähte (15) des Metalldrahtgewebes bei hoher Temperatur und anschließende Überhärtung.