DE7429908U - Druckwasserreaktor mit gehaeusedampferzeuger - Google Patents

Description

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4. September 1974

INTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg

Druckwasserreaktor, mit Gehausedampferzeuger

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckwasserreaktor, dessen Primärkühlkreis innerhalb eines Druckbehälters seine Wärme an einen Dampferzeuger abgibt, der zwischen Reaktorkern■und Saugraum der Umwälzpumpen, also in den kalten Strang des Kreislaufes, geschaltet ist. Dieser Druckwasserreaktor, dessen Primärkühlkreis im Normalbetrieb im Zwangumlauf betrieben wird, ist besonders geeignet für Schiffsantriebe und stationäre AnIa in kleinerer Leistung. Um Schaden an den Umwälzpumpen des Primärkühlkreises durch Kavitation, insbesondere bei schnellen Laständerungen zu vermeiden, sollen diese in einem möglichst kühlen Bereich des Primärkühlkreises arbeiten. Wenn diese Pumpen nämlich in der Nähe der Siedetemperatur arbeiten, so genügt bereits eine kleine Druckabsenkung, um das Wasser in der Pumpe zum Sieden zu bringen. Die dabei entstehenden Dampfblasen fallen bei der anschließenden Druckerhöhung zusammen und verursachen in einem örtlich eng begrenzten Bereich Zerstörungen an den Pumpeneinbauten. Besonders gefährdet sind dabei die aus Gründen der besseren Wartung und Inspektion wünschenswerten obenliegenden Umwälzpumpen, weil diese gegenüber den untenliegenden Pumpen eine wesentlich geringere Zulaufhöhe aufzuweisen haben und daher noch eher zur Kavitation neigen. Diese Probleme werden oft vermieden mit einem äußeren Druckhalter, der aber viel Raum benötigt und erhebliche Kosten verursacht.

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Ein typisches Beispiel für einen in der Praxis bewährten Schiffsreaktor stellt die Antriebsanlage des Nuklear-Schiffes "OTTO HAHN" dar. Bei dieser Anordnung mit untenliegenden Pumpenstutzen läßt sich die gewünschte Strömungsführung mit möglichst kaltem Wasser vor der Pumpe und mit einer erheblichen Zulaufhöhe zur Pumpe verwirklichen. Wenn man bei sonst gleicher Konstruktion die Umwälzpumpen am oberen Ende des Druckbehälters, beispielsweise in seinem Deckel anordnet, werden die Pumpen nicht nur vom heißen Primärkühlmittel angeströmt, sondern gleichzeitig auch die Zulaufhöhe wesentlich vermindert.

In der deutschen Offenlegungsschrift 22 27 895 werden die beschriebenen Probleme an den Umwälzpumpen vermieden, indem man einen sehr großen und dementsprechend auch teueren äußeren Druckhalter verwendet. In diesem äußeren Druckhalter wird durch geregelte Beheizung oder Einspeisung von kaltem Wasser der Druck im Druckbehälter auf die gewünschte Höhe eingestellt. In der gleichen Schrift wird vorgeschlagen, alle Einbauten im Druckbehälter am oberen Deckel zu befestigen, so daß bei jedem Brenneiementwechsel und jeder Inspektion oder Wartung an Einbauten im Druckbehälter praktisch alle Einbauten auf einmal mit ihrem doch erheblichen Gewicht aus dem Druckbehälter entfernt werden müssen. Ein solcher Brennelementwechsel ist etwa alle ein bis zwei Jahre notwendig, während eine Inspektion des Druckbehälters routinemäßig nur alle 8 Jahre notwendig ist. Daher ist es erwünscht, daß die Brennelemente ausgewechselt werden können, ohne den Dampferzeuger entfernen zu müssen.

Um den gewünschten Strömungsweg vom Reaktor durch den Wärmetauscher zur Umwälzpumpe zu erreichen, wird in der gleichen Schrift vorgeschlagen, das Reaktorcore im Normalbetrieb von oben nach unten durchströmen zu lassen. Diese Strömungsführung ergibt bei Laständerungen oder bei geringer Last sowie bei Ausfall der Umwälzpumpen sehr unübersichtliche Strömungsverhältnisse im Reaktorkern und soll bei der vorliegenden Erfindung vermieden werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Druckwasserreaktor, dessen Primärkühlkreis innerhalb eines Druckbehälters seine Wärme an einen Dampferzeuger abgibt, der zwischen Reaktorcore und Saugraum der Umwälzpumpen geschaltet ist, und der zur Inspektion des Druckbehälters ohne Zerstörung ausgebaut werden kann.

Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung eines Dampferzeugers, der bei Ausfall der Primärumwälzpumpen und bei Absenkung des Wasserstandes auch im Naturumlauf die Nachkühlwärme des Reaktorcores aufnehmen kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Druckwasserreaktor, dessen aus austenitischen Werkstoffen hergestellte Einbauten im Druckbehälter sich gegenüber dem aus ferritischem Werkstoff hergestellten Druckbehälter frei ausdehnen können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Dampferzeuger in einem allseitig geschlossenen, mit Durchbrüchen zur Strömungsführung versehenen hohl-zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, welches über einen Hohlring auf das obere Ende des Druckbehälters abgestützt ist, daß das Coretraggerüst mit dem eingesetzten Reaktorcore ebenfalls an diesem Gehäuse aufgehängt ist und daß dieses Gehäuse am unteren Ende über mehrere gleitende Flächen radial gegen die Druckbehälter-Innenwand abgestützt ist. Bei dieser Anordnung hängen alle wesentlichen Einbauten im Druckbehälter mit Ausnahme der Pumpen und mit Ausnahme der Speisewasser- bzw. Dampfanschlüsse an einem austenitischen Gehäuse, das am oberen Ende des Druckbehälters zwischen einem Absatz im Druckbehälter und dem Druckbehälterdeckel fest eingespannt ist. Dieses Gehäuse kann sich innerhalb des Druckbehälters frei nach unten ausdehnen und ist an seinem unteren Ende an mehreren Stellen

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! gleitend an der Druckbehälter-Innenwand gelagert/ so daß Kräfte ■\ \ in waagerechter Richtung vom Druckbehälter aufgenommen

werden können. Das Coregehäuse ist einerseits an dem schon beschriebenen Dampferzeugergehäuse befestigt und kann mit seinem unteren Ende von einem ebenfalls gleitenden Dorn zentriert werden, so daß es in axialer Richtung alle Ausdehnungen des Gehäuses mitmacht und in waagerechter Richtung die auftretenden Kräfte auf den Druckbehälter überträgt. Auf diese Weise werden am Druckbehälter alle nicht überprüfbaren Schweißnähte für Pratzen oder sonstige Befestigungsteile vermieden und die Ultraschallprüfung der Druckbehälterwand erleichtert. Alle Druckbehältereinbauten können aus gleichem Werkstoff hergestellt werden, so daß Zwangsspannungen durch ungleiche Ausdehnungen vermieden werden. Die Anordnung des Dampferzeugers in einem allseitig geschlossenen zylindrischen Gehäuse hat nicht nur den Vorteil, daß die dünnen Rohre dieses Dampferzeugers besser gegen Schwingungen geschützt werden können, sondern schützt auch diesen Dampferzeuger bei der Montage wie auch beim Ausbau gegen Beschädigungen. Der Hohlring von kastenförmigem Querschnitt dient einerseits dazu, das Dampferzeugergehäuse mit allen daran hängenden Einbauten zu versteifen und dient andererseits zur Strömungsführung. Die bei Schiffsreaktoren unvermeidlichen Schräglagen verursachen weder im Normalfall noch bei Ausfall der Pumpen Störungen des Wasserumlaufs, da sie sich nur in dem relativ schmalen ringförmigen Dampferzeugergehäuse auswirken können. Dadurch kann die Bauhöhe des Druckbehälters oberhalb der Pumpen erheblich verringert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird dementsprechend vorgeschlagen, daß der Hohlring den Druckraum der PrimärUmwälzpumpen bildet und von mehreren Einlaufstücken durchdrungen ist, die mit dem Saugraum der Umwälzpumpen in Verbindung stehen. Auf diese Weise hat jede Pumpe ein eigenes, strömungstechnisch günstig geformtes Einlaufstück, alle Pumpen

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gemeinsam drücken aber in den Hohlring von kastenförmigem Querschnitt, der an seiner Unterseite mehrere öffnungen aufweist, so daß das Primärkühlwasser auch bei Ausfo.ll einer Pumpe gleichmäßig über den Umfang verteilt zum Reaktorkern fließen kann.

Die Figuren 1 bis' 3 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Strömungsführung des Primärkühlwassers anhand eines senkrechten Längsschnittes durch einen erfindungsgemäßen Druckwasserreaktor. Figur 2 zeigt, ebenfalls als senkrechter Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckwasserreaktor die Anordnung und Verbindung der einzelnen Bauteile im Druckbehälter. Dabei zeigt die rechte Hälfte der Zeichnung einen Schnitt durch das Laufzeug einer Umwälzpumpe sowie eine Ansicht eines Speisewasserstutzens mit der Rohrführung des . Speisewassersystems, während die linke Hälfte der Figur 2 eine Ansicht des Dampfaustrittsstutzens sowie der dazugehörigen Dampfrohrleitungen zeigt.

In Figur 1 tritt das Primärkühlwasser von unten in das aus zahlreichen nicht gezeigten senkrechten parallelen Brennelementen bestehende Reaktorcore 1 ein und fließt von dort in ein oberhalb des Reaktorcores 1 konzentrisch angeordnetes Dampferzeugergehäuse 2, durchströmt dieses von unten nach oben und wird von den Pumpen 3, die mit Elektromotoren 4 angetrieben werden, in einen Hohlring 5 von kastenförmigem Querschnitt gedrückt, der an seiner Unterseite, und zwar am äußeren Rand zahlreiche öffnungen 6 aufweist, durch die das Primärkühlwasser in einen Ringkanal 7 und von dort in den Raum 8 seitlich und unterhalb des Reaktors fließt. Falls die Primärumwälzpumpen ausfallen sollten, entsteht ein Naturumlaufsystem, bei dem das heiße Primärwasser wie im Normalbetrieb im Reaktorcore'aufwärts strömt. Da die Dampferzeuger 9

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in Betrieb bleiben, wird hier das Primärkühlwasser abgekühlt, /\{j Zunächst entsteht ein Naturumlauf durch das stillstehende Laufzeug der Pumpen 3. Bei Absinken des Wasserstandes entsteht ein internes Naturumlaufsystem zwischen dem heißen Reaktorcore 1 und dem kalten Dampferzeuger 9, das zur Notnachwärmeabfuhr genutzt werden kann.

Figur 2 zeigt, wie der Hohlring 5 zwischen einem Absatz des Druckbehälters 10 und dem Deckel 11 eingespannt ist. Diese Einspannstelle ist in nicht näher gezeigter Weise aus einem ferritischem Material hergestellt, das mit einem dünnen austenitischem Material überzogen ist, so daß gegenüber dem ferritischen Druckbehälter keine wesentlichen Wärmeausdehnungen auftreten können. Der Hohlring 5 trägt entsprechend der Anzahl der Pumpen beispielsweise vier Einlaufstücke 12, durch die das im Dampferzeuger 9 abgekühlte Primärwasser aus dem Dampferzeugergehäuse 2 in das Laufzeug der Pumpe 3 fließt. Im Pumpengehäuse 13 wiru das Primärwasser umgelenkt und in den Hohlring 5 gedrückt, der über zahlreiche, über den Umfang verteilte öffnungen 6 mit dem Ringkanal 7 in Verbindung steht. Dieser Ringkanal 7 wird gebildet einerseits durch die Innenwand des Druckbehälters 10 und andererseits durch die Außenwand des Dampferzeugergehäuses 2. Dieses Dampferzeugergehäuse 2 wird wiederum an seiner inneren Wand durch einen besonderen geschlossenen Ringkanal 14 begrenzt, in dem die kalten Speisewasserrohre 15 nach unten geführt sind. Das Dampferzeugergehäuse 2 stützt sich über mehrere gleitende Flächen 17 an der Innenwand des Druckbehälters 10/und wird an seinem unteren Ende durch einen konischen Boden 16 begrenzt, der andererseits das Coregehäuse 18 trägt, welches an seinem unteren Ende einen mit zahlreichen Bohrungen versehenen Einlaufkorb 19 aufweist, der über einen zentralen Dorn 20 auf dem Druckbehälterboden zentriert ist. Das Coregehäuse 18 liegt mit einem Vorsprung auf dem konischen Boden 16 des Dampferzeugergehäuses 2 auf

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und wird dort festgehalten durch das Stützgerüst 22, das an seiner Oberseite mit dem Hohlring 5 verschraubt ist. Dieses Stützgerüst 22 dient gleichzeitig zur Führung und Befestigung der Regelstabantriebe 23. Sowohl der Dampfals auch der Speisewasser-Stutzen 27 sind über eine Schweißlippendichtung mit dem Druckbehälter 10 verbunden und tragen·innen kurze Rohrstutzen 25, ■«tea? durch der Ringkanal 7 hindurch geführt *e4 und ebenfalls mit einer Schweißlippendichtung mit einem Rohrboden verbunden irst.

Figur 3 zeigt in einem Querschnitt durch den Druckbehälter eine Ansicht von unten auf den Hohlring 5 mit den Pumpeneinläufen 12 sowie den öffnungen 6.

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   Schutzansprüche

   1. Druckwasserreaktor, dessen Primärkühlkreis innerhalb eines Druckbehälters seine Wärme an einen Dampferzeuger abgibt, der zwischen Reaktorcore und Saugraum der Umwälzpumpen geschaltet ist und der zur Inspektion des Druckbehälters ohne Zerstörung ausgebaut werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger (9) in einem allseitig geschlossenen, mit Durchbrüchen zur Strömungsführung versehenen hohlzylindrischen Gehäuse (2) angeordnet ist, welches über einen Hohlring (5) auf das obere Ende des Druckbehälters (10) abgestützt ist.

   2. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Coretraggerüst (18) mit dem eingesetzten Reaktorcore (1) ebenfalls an diesem Gehäuse (2) aufgehängt ist.

   3. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse (2) am unteren Ende über mehrere gleitende Flächen (17) radial gegen die Druckbehälter-Innenwand (10) abgestützt ist.

   4. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Hohlring (5) den Druckraum der Primärumwälzpumpen (3) bildet.

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   5. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Hohlring (5) von mehreren Einlaufstücken (12) durchdrungen ist, die mit dem Saugraum der Umwälzpumpen (3) in Verbindung stehen.

   6. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse (2) ein Stützgerüst (22) trägt zur Befestigung der Regelstabantriebe (23).

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