FI71394C - Primaerpump foer en tryckvattenskaernreaktor - Google Patents

Description

71 394

Painevesiydinreaktorin primääripumppu

Keksintö koskee painevesiydinreaktorin primääripump-pua, jossa on käyttöakselin tiivistyslaite. Painevesireakto-5 reissä reaktorin sydämen jäähdytyspiiri eli primääripiiri käsittää vähintään kaksi jäähdytyssilmukkaa kunkin käsittäessä höyrygeneraattorin ja primääripumpun.

Primääripumput koostuvat pumppupesästä, jonka sisällä pyörii siipipyörä, joka on jäykästi kiinnitetty moottoriin 10 liitetyn käyttöakselin alapäähän.

Tiiviys pitkin käyttöakselia varmistetaan joukolla tiivisteitä, jotka on asetettu renkaanmuotoiseen tilaan, joka muodostuu akselin ja akselia pumppupesästä lähtien käyttö-moottoriin asti ympäröivän kuoren väliin.

15 Primääripumppujen käyttöakselin tiivistyslaite koostuu yleensä kolmesta tiivisteestä, jotka käsittävät kiinteän kuoreen yhdistetyn osan ja liikkuvan akseliin yhdistetyn osan.

Näiden tiivistyselementtien vastakkaiset pinnat ovat joko hankaavassa kosketuksessa, jolloin tiiviste on mekaanis-20 ta tyyppiä tai tiivisteen pintojen välillä kiertävän väliai-nekerroksen erottamia, jolloin tiiviste on hydrostaattista tyyppiä.

Mekaanista tyyppiä olevia tiivisteitä käytetään yleensä varmistamaan tiiveys kahden vyöhykkeen välillä, joiden pai-25 neet eivät ole liian erilaiset, kun taas hydrostaattisia tiivisteitä voidaan käyttää tapauksessa, jolloin on sangen suuri paine-ero tiivisteen molemmin puolin.

Primääripumppujen tapauksessa pumpun kierrättämä vesi on sangen korkeapaineista, suuruusluokkaa 150 bar. Tiiviste, 30 joka on asetettu ylimmäksi käyttöakselilla, toisin sanoen lähimmäksi pumpun sisustaa on siis hydrostaattinen tiiviste, joka sallii merkittävän paineputouksen ylä- ja alapuolisten osiensa välillä, kun taas alapuolelle asetetut tiivisteet ovat yleensä mekaanista tyyppiä.

35 Korkeapaineisen kylmän veden syöttöpiiri mahdollistaa tuoda kuoren rajoittamaan rengasmaiseen tilaan, hydrostaattisen tiivisteen yläpuolelle hydrostaattisen tiivisteen vuoto- 2 71394 virran. Kuljettuaan hydrostaattisen tiivisteen läpi tämä vesi toimii samalla mekaanisten tiivisteiden jäähdyttäjänä.

US-patentissa 3 215 083 on kuvattu pumppu korkeapaineista nestettä varten kuten painevesiydinreaktorin primää-5 rivettä varten ja pumpun käyttömoottori. Pumpun käyttöakseli on sijoitettu sylinterimäiseen kuoreen, joka muodostaa akselin ympärille rengasmaisen tilan, joka sisältää painevettä. Jotta estettäisiin korkeapaineisen nesteen häviöt pumpun ulkopuolelle ja erikoisesti moottoria kohden on käyttöakselin 10 ja kuoren väliin sovitettu hydrostaattinen tiiviste. Hydrostaattisen tiivisteen jäähdytysvettä johdetaan hydrostaattisen tiivisteen yläjuoksun puolelle, ts. rengasmaisen tilan siihen osaan, joka sijaitsee pumppuun päin, paineessa, joka on pumpun rengasmaisessa tilassa kierrättämän nesteen pai-15 netta hieman korkeampi.

Primääripumpuissa yläjuoksun puolisena tiivisteenä käytetty hydrostaattinen tiiviste on kuvattu esimerkiksi FR-patenteissa 1 435 568 ja 2 049 690.

Jotta tällainen hydrostaattinen tiiviste voisi toimia 20 moitteettomasti, toisin sanoen, jotta vuotoa rajoittavat vastakkaiset elementit eivät joudu kosketukseen, täytyy tiivisteen yli esiintyvän paineen aleneman, jota merkitään A p:llä, olla tietyn rajan yläpuolella.

Nykyään käytettyjen primääripumppujen tapauksessa tä-25 mä paineraja on suuruusluokkaa 14 bar.

Ydinreaktorin normaalin toiminnan tapauksessa reaktorin jäähdytysvedellä on suuruusluokkaa 150 bar oleva paine ja hydrostaattisen tiivisteen yläpuolelle ruiskutetun kylmän veden paine on hieman korkeampi, joten paineen alenema hydro-30 staattisen tiivisteen yli on sangen korkea ja siis yleensä noin 150 bar. Hydrostaattisen tiivisteen hyvä toiminta on silloin varmistettu.

Asia ei ole enää näin, primääripiirin paineen esimerkiksi reaktorin pysäytystapauksessa laskiessa, kun kylmän ve-35 den ruiskutuspainetta joudutaan laskemaan primääripiirin paineen laskiessa. Täytyy nimittäin tasapainoittaa pumppupesään ja tiivisteeseen ruiskutetut virtaukset ja nämä virtauksen 3 71394 riippuvat primääripiirin paineesta.

Tietyn primääripiirissä vallitsevan paineen arvon alapuolella hydrostaattisen tiivisteen yläjuoksun puolella vallitseva ruiskutuspaine ei enää ole riittävä takaamaan arvoa 5 14 bar ylittävää Δ p:tä ja hydrostaattinen tiiviste ei enää voi toimia kunnolla.

Nykyään käytössä olevien painevesireaktorien primääri-pumppujen tapauksessa katsotaan, että primääriväliaineen mi-nimipaine, jonka alapuolella hydrostaattista tiivistettä ei 10 enää voi saada toimimaan, on suuruusluokkaa 26 bar.

Painevesireaktorin seisokin aikana on välttämätöntä antaa ainakin yhden primääripumpun toimia primääriväliaineen kierron mahdollistamiseksi ja hyvän jäähdytyksen varmistamiseksi .

15 Jäähdytyksen lopulla veden paine on 26 bar ja lämpö tila 70 °C. Tässä lämpötilassa ei enää voida ylläpitää 26 bar painetta käyttämällä hyväksi neste/höyry tasapainoa reaktorin paineastiassa ja ollaan pakotettuja käyttämään apupii-rin pumppuja paineen ylläpitämiseksi.

20 Keksinnön kohteena on painevesiydinreaktorin primääri- pumppu, joka käsittää käyttöakselin, kuoren, joka ympäröi tätä akselia siten, että akselin ympärille muodostuu rengasmainen tila, ja tiivistyslaitteen, joka koostuu joukosta tiivisteitä, jotka on sovitettu rengasmaiseen tilaan peräkkäin ak-25 selin pituussuunnassa ja joista ainakin yksi tiiviste, joka on sovitettu eniten yläjuoksun puolelle, ts. pumpun sisäosaan päin, on hydrostaattista tyyppiä, jolloin nestevuotoa esiintyy kahden nestevuotoa rajoittavan elimen välillä, joista toinen on liitetty akseliin ja toinen kuoreen, jolloin ren-30 gasmaisen tilan siihen osaan, joka on tiivisteeseen nähden yläjuoksun puolella ja muodostaa kammion, joka on pumpun sisäosan yhteydessä, syötetään vettä paineessa, joka on reaktorin primääripainetta korkeampi, syöttöpiirin välityksellä. Tällöin tiivistyslaite mahdollistaa pumpun toiminnan, vaikka 35 pumpattavan väliaineen paine on alhainen, esimerkiksi alle 26 bar.

Keksinnölle on tunnusomaista, että tiivistyslaite li 4 71394 säksi käsittää: - mekaanista tyyppiä olevan aputiivisteen, jolloin sen vastakkaisista hankaavista osista toinen on yhdistetty akseliin ja toinen kuoreen ja jolloin aputiiviste on sovi- 5 tettu kammioon piirin liitoskohdan yläjuoksun puolelle ja erottaa tämän kammion yläjuoksun puoliseksi osaksi ja alajuoksun puoliseksi osaksi, - ja putkijohdon, joka on sovitettu kammion yläjuoksun puolisen osan ja alajuoksun puolisen osan välille ja 10 jossa on venttiili, joka tekee mahdolliseksi yhdistää tai erottaa kammion kaksi osaa.

Keksinnön tekemiseksi hyvin ymmärrettäväksi kuvataan nyt esimerkkinä viitaten oheisiin kuviin painevesireaktorin primääripumppua, joka on varustettu keksinnön mukaisella tii- 15 vistyslaitteella.

Kuva 1 esittää hajotetussa perspektiivikuvassa tekniikan tason mukaisen primääripumpun.

Kuva 2 esittää skemaattisesti keksinnön mukaista tiivisty s laitetta.

20 Kuva 3 esittää puolikuvana vertikaalista symmetriata- soa pitkin leikattuna ydinreaktorin primääripumpun yläosaa, jossa on keksinnön mukainen tiivistyslaite.

Kuvassa 1 nähdään pumpun runko eli pumppupesä 1, jonka läpäisee imuaukko 2 ja puristusaukko 3. Tämän pumppupesän 25 sisään on sijoitettu diffuusori 4, jonka sisäpuolella pyörii siipipyörä 5, joka on kiinnitetty pumpun ei-esitettyyn käyt-tömoottoriin liitettyyn käyttöakseliin 7.

Pumpun rungon yläosan käsittää liitoslaipan 8, mikä mahdollistaa pumpun liittämisen moottoriyksikköönsä.

30 Akselia 7 ympäröi kuori 9, joka määrittää akselin ym päri renkaanmuotoisen tilan 10.

Yläosassaan kuori 9 käsittää liitoslaipan 12 pumpun käyttömoottoriin. Renkaanmuotoiseen tilaan 10 on asetettu tiiveyden pitkin akselia 7 mahdollistavat tiivisteet 14.

35 Akseli 7 kantaa pumppupesään tunkeutuvassa päässään siipipyörää 5 ja lähtee ulos pumppupesästä sokkelotiivisteen 16 tasossa, jonka tasoon on samoin sijoitettu lämpöeste 17, 5 71394 jonka läpi kulkee jäähdytyskierukka. Akseli menee sitten laakeriin 15, joka varmistaa akselin tukemisen ja ohjauksen.

Tiiviste 14, joka on asetettu ylimmäksi, toisin sanoen pumpun sisustaan päin ja siis sijoitettu lähimmäksi laa-5 keriä 15 on hydrostaattista tyyppiä kylmää, hieman pumpun paineen ylittävän paineen alaista vettä injektoitaessa in-jektioputkien 19 kautta renkaanmuotoiseen tilaan 10, johon tiivisteet on sijoitettu.

Kuvassa 2 nähdään kuvassa 1 esitetyn tyypin tapaiseen 10 primääripumppuun liitetyn tiivistyslaitteen skemaattinen esitys .

Tämän imuaukon 22 ja puristusaukon 23 käsittävän pumpun pumppupesän 21 sisäpuolelle on pantu pyörimään akselin 27 päähän kiinnitetty siipipyörä 25 tämän akselin välityksel-15 lä. Ulostulokohdassa pumppupesästä 21 akseli menee kahden sokkelotiivisteen 26 ryhmään, joita itseään ympäröi lämpöes-te 28, jonka läpi kulkee jäähdytysvedellä syötetty kierukka 29.

Akseli 27 kulkee sitten pitkin akselin pituutta käyt-20 tömoottorin 31 liitoslaippaan asti akselin ympäri asetetun kuoren rajoittaman renkaanmuotoisen tilan läpi.

Tämän renkaanmuotoisen tilan sisäpuolelle on asetettu laakeri 32, joka mahdollistaa akselin ohjauksen ja tiivisteet 33, 34 ja 35.

25 Ensimmäinen tiiviste 33, joka on asetettu yläpuolelle on hydrostaattista tyyppiä nestevuodon esiintyessä tiivisteen akseliin 27 liitetyn kiertävän osan ja kuoreen liitetyn kiinteän osan välillä.

Tiivisteet 34 ja 35 ovat mekaanista tyyppiä käsittäen 30 kaksi hankaavaa osaa, joista toinen on kiinnitetty akseliin ja toinen kuoreen.

Paineenalaisen kylmän veden syöttöpiiri 36 mahdollistaa tuoda tätä kylmää vettä hieman pumpun kierrättämän veden painetta korkeammalla paineella renkaanmuotoiseen tilaan 30 35 tiivisteen 33 yläpuolelle.

Tämän kylmän veden painetta säädetään johtoventtii- 6 71394

Iillä 38 ja kuormapumpulla 40, joka on sijoitettu piirin 36 pääjohtoon. Painemittari 39 mahdollistaa paineen toteamisen piirissä 36. Johdot 41,42 ja 43 mahdollistavat tiivisteen 33 alapuolella talteen saadun veden ta-kaisinkierrätyksen syöttöpiiriin 36.

5 Keksinnön mukainen tiivistyslaite käsittää lisäksi aputiivisteen 45 joka on asetettu hydrostaattisen tiivisteen 33 yläpuolelle renkaanmuotoiseen tilaan 30 muodostaen kammion 46, joka on yhteydessä pumppupesän 21 sisustaan sokkelotiivisteiden 26 välityksellä.

10 Aputiiviste 45 on mekaaninen tiiviste hankaavin pinnoin, joka erottaa kammion 46 kahteen osaan; 46a, joka sijaitsee tiivisteen 45 yläpuolelle ja 46b, joka sijaitsee tiivisteen 45 alapuolella ja tiivisteen 33 yläpuolella.

15 Johto 47 mahdollistaa kammion 46 kahden osan 46a ja 46b yhdistämisen. Venttiili 48 on sijoitettu putki-johtoon 47 eristämään tai yhdistämään kammion 46 kaksi osaa.

Läppäventtiili 49 on sijoitettu johtamaan suhteessa venttiiliin 48.

20 Kuvaan 3 viitatessa löydetään samat elementit kuin kuvassa 2 esitetyt ja samoin viitenumeroin primääri-pumpun ollessa samaa tyyppiä kuin kuvassa 1 esitetty pumppu.

Kuvassa 3 piiriä 36 ei kuitenkaan ole esitetty esityksen mutkistamisen välttämiseksi.

25 Aputiiviste 45 koostuu kuoreen 29 kiinnitetystä kiinteästä osasta 50 ja akseliin 27 kiinnitetystä liikkuvasta osasta 51, joiden vastakkain asetetut pinnat ovat hankaavassa kosketuksessa.

7 71394

Hydrostaattinen tiiviste 33 koostuu väljästä sovit-teesta ja kiertävästä sovitteesta, joita erottaa konrol-loidun vesivuodon aiheuttama kalyo. Vesikalvon paksuutta (vesi on suodatettua ja injektoitu tiivisteen 33 yläpuolelle kammioon 46b piirin 36 välityksellä) säädetään ak-5 tiivisten osien geometrisella profiililla kammion 46b paineen funktiona. Tiivisteen 33 nestevuoto poistuu osaksi tiivisteen 34 läpi ja loput kohti piiriä 36 johdon 41 välityksellä (kuva 2).

Nyt kuvataan kuviin 2 ja 3 viitaten keksinnön mukaisen tiiyistyslaitteen toimintaa.

10 Ydinreaktorin ollessa käytössä pumpun normaalin toiminnan vallitessa tämä aiheuttaa primääripiirin veden kierron veden ollessa suuruusluokaltaan 150bar paineista ja lämpötilaltaan yli 300°C. Putkeen 47 asetettu venttiili yhdistäen kammion 46 kaksi osaa on auki. Kylmää vettä tuodaan piirin 36 välityksellä kammion osaan 46b paineella, 15 joka on hieman primääripiirin painetta korkeampi. Kahden kammion osan 46a ja 46b yhteyteen saattaminen johdon 47 välityksellä aiheuttaa kammion kahden osan paineiden tasaantumisen, joten paine-ero aputiivisteen yli on merkityksetön, Voidaan siis kärjestää tiivisteen vastakkaisten pintojen hankaava kosketus heikolla käyttöpaineella, joten 20 tämän tiivisteen kuluminen on sangen vähäistä.

Lisäksi piirin 36 vesi jäähdyttää tiivistettä 45 ja tiiviste toimii kohtuullisessa lämpötilassa.

Tiivistyslaite toimii silloin kuten tekniikan tason mukaiset laitteet paine-eron hydrostaattisen tiivisteen 33 25 yli ollessa yhtä suuri primääripiirin ylipaineen kanssa.

Reaktorin seisokin aikana primääripiirin paine voi laskea pieneen arvoon, esimerkiksi pienempään kuin 26 bar. Pumpun pitämiseksi toimintatilassa riittää silloin sulkea venttiili 48 ja säätää piirin 36 injektoiman kylmän veden Λ 71394 o painetta ja virtausta vaikuttamalla venttiiliin 38 ja pumppuun 39 tavalla, joka ylläpitää riittävän paineen hydrostaattisen tiivisteen 33 ja aputiivisteen 45 rajoittamassa kammiossa 46b· Mieluiten täksi paineeksi valitaan 26 bar, jolloin ollaan juuri Δ p:n minimikynnyksen yläpuolella, joka mahdollistaa tiivisteen 33 toiminnan.

5 Näissä olosuhteissa paine-ero noin 26bar paineen alaisen kammion 46b ja suunnilleen primääripiirin paineen alaisen kammion 46a välillä on korkeintaan 36 bar, joten apine-ero tiivisteen molemmin puolin on korkeintaan yhtä suuri kuin tässä tämä arvo.

Tämä on sen mukaista, että tiiviste 45 toimii hyvissä 10 olosuhteissa.

Kaikissa tapauksissa kuvissa 2 ja 3 esitetyn tiivis-tyslaitteen hankaavilla pinnoilla varustetut tiivisteet toimivat hyvissä olosuhteissa, sillä paineen alennukset tiivisteiden puolin ja toisin ovat pieniä ja tiivisteiden kanssa kosketuksen tulva kiertävä vesi mahdollistaa hankaa-15 vien pintojen voitelun. Piirin 36 injektoima vesi jäähdyttää ja voitelee tiivistettä 45, kun taas tiivisteen 33 läpi kulkenut vesi jäähdyttää ja voitelee tiivisteet 34 ja 35.

Tämä. jäähdytyksen ja voitelun mahdollistava vesi lopuksi kierrätetään takaisin johtojen 41,42 ja 43 välityksellä.

Johtamaan suhteessa venttiiliin 48 sijoitetun läppäventtiilin 49 on tarkoitettu pysyvän kiinni niin kauan 20 kuin paine kammiossa 46a on pienempi kuin paine kammiossa 46b. Tämä läppäventtiili avautuu vain siinä tapauksessa kun kammiossa 46a on ylipaine suhteessa kammioon 46b. Reaktorin normaalin toiminnan tapauksessa tämä läppäventtiili pysyy siis kiinni, koska piiri 36 tuo suhteessa primääri-25 piirin veteen lievästi ylipaineista vettä.

Jos reaktorin seisokin aikana paineen saadessa pienen arvon primääripiirissä ja venttiilin 48 ollessa suljettu tapahtuu syöttöpiirin 36 rikkoontuminen, paine kammiossa 46a tulee korkeammaksi kuin paine kammiossa 46b, jota ei 9 71394 enää syötetä ja läppäventtiili 49 avautuu, joten lämpö-esteen jäähdyttämä primääripiirin vesi voi tunkeutua kammioon 46b ja varmistaa hankaavapintaisten tiivisteiden jäähdytyksen ja voitelun korvaamalla piirin 36 injektoiman kylmän veden.

5 Nähdään siis, että keksinnön mukaisen laitteen etu on mahdollistaa ydinreaktorin primääripumppujen toiminta matalassa paineessa. Reaktorin seisokkivaiheiden aikana tulee mahdolliseksi jatkaa primääripiirin veden kierrätystä turvautumatta apukeoinoihin veden paineen pitämi-10 seksi 26 bar yläpuolella.

Lisäksi reaktorin, joka sallii primääripiirin lämpötilan ja paineen alentamisen reaktorin kylmäksi pysäyttämisen vaiheiden kuluessa, jäähdytyspiiriä, voidaan käyttää alle 26bar paineissa, mikä ei ennen ollut mahdollista, koskapa primääriveden kierrätystä täytyy pitää yllä pysäytysvaiheiden aikana.

15 Tästä on seurauksena, että tätä jäähdytyspiiriä voidaan käyttää hyväksi reaktorin kylmäksi pysäyttämisen viimeisiin vaiheisiin saakka.

Mutta keksintö ei rajoitu juuri kuvattuun toteutus-muotoon, vaan päinvastoin sisältää niiden kaikki muunnelmat.

20 Näin siis tiivistyslaitteen yläpuolelle sijoitettu hydraulinen tiiviste voi saada seuraukseen minkätyyppisiä tiivisteitä tahansa, eikä näiden tiivisteiden lukumäärä ole rajoitettu.

Voidaan samoin kuvitella keksinnön mukaisen tiivistyslaitteen hyväksikäyttö korkeapainepumpun, joka eroaa 25 painevesireaktorin primääripiirin kiertopumpusta.tapauksessa.

Claims (3)

10 71 394

1. Painevesiydinreaktorin primääripumppu, joka käsittää käyttöakselin (21), kuoren, joka ympäröi tätä akselia 5 (27) siten, että akselin ympärille muodostuu rengasmainen tila (30), ja tiivistyslaitteen, joka koostuu joukosta tiivisteitä (33, 34, 35), jotka on sovitettu rengasmaiseen tilaan (30) peräkkäin akselin (27) pituussuunnassa ja joista ainakin yksi tiiviste (33), joka on sovitettu eniten yläjuok-10 sun puolelle, ts. pumpun sisäosaan päin, on hydrostaattista tyyppiä, jolloin nestevuotoa esiintyy kahden nestevuotoa rajoittavan elimen välillä, joista toinen on liitetty akseliin (27) ja toinen kuoreen, jolloin rengasmaisen tilan (30) siihen osaan, joka on tiivisteeseen (33) nähden yläjuoksun puo-15 lella ja muodostaa kammion (46), joka on pumpun sisäosan yhteydessä, syötetään vettä paineessa, joka on reaktorin pri-määripainetta korkeampi, syöttöpiirin (36) välityksellä, tunnettu siitä, että tiivistyslaite lisäksi käsittää: - mekaanista tyyppiä olevan aputiivisteen (45), jol-20 loin sen vastakkaisista hankaavista osista toinen on yhdistetty akseliin (27) ja toinen kuoreen ja jolloin aputiiviste on sovitettu kammioon (46) piirin (36) liitoskohdan yläjuoksun puolelle ja erottaa tämän kammion yläjuoksun puoliseksi osaksi (46a) ja alajuoksun puoliseksi (46b) osaksi, 25. ja putkijohdon (47), joka on sovitettu kammion (46) yläjuoksun puolisen osan (46a) ja alajuoksun puolisen osan (46b) välille ja jossa on venttiili (48), joka tekee mahdolliseksi yhdistää tai erottaa kammion (46) kaksi osaa (46a ja 46b) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen primääripumppu, tunnettu siitä, että läppäventtiili (49), joka toimii ohitusventtiilinä venttiilin (48) suhteen, mahdollistaa kammion (46) kahden osan (46a ja 46b) erottamisen ja yhdistämisen, jolloin läppäventtiili (49) on järjestetty avautumaan 35 kun paine aputiivisteen (45) suhteen yläjuoksun puolella olevassa kammion osassa (46a) on korkeampi kuin alajuoksun puolella olevassa kammion osassa (46b). 11 71394

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen primääripump-pu, joka käsittää pitkin käyttöakseliaan (27) kierukkakammi-ostaan (21) käyttömoottoriinsa (31) peräkkäin termisen esteen (28), laakerin (32), hydrostaattisen tiivisteen (33), 5 ensimmäisen mekaanisen tiivisteen (34), jossa on hankaavat pinnat ja toisen mekaanisen tiivisteen (35), jossa on hankaavat pinnat, tunnettu siitä, että mekaaninen aputii-viste (45) on sovitettu termisen esteen (28) ja laakerin (32) väliin. 12 71 394