DE1526995B1 - Atomkraftanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Atomkraftanlage mit Zeitpunkt die Aufgabe erfüllen kann, für die es an

einem in einem Reaktorgehäuse angeordneten Siede- sich vorgesehen ist, soll nicht mehr Dampf als nötig

wasserreaktor, von dem Dampf über eine Leitung zum Bassin abgeleitet werden. Die genannten schnell

einer Turbine zwecks Erzeugung elektrischer Energie öffnenden Ventile werden deshalb so angeordnet,

zugeführt wird. 5 daß sie bei einer Betriebsstörung nur kurze Zeit ge-

Bei Atomkraftanlagen, die als sogenannte Direkt- öffnet werden, wonach der Überschußdampf in bezyklussieder ausgeführt sind, d. h. ohne Wärmeaus- kannter Weise über ein oder mehrere Ablaßventile tauscher zwischen der Reaktoreinheit und der Tür- zum Hauptkondensator der Turbine abgeleitet wird, bine, hat man bisher bei Netzausfall bei voller Last Dieser letztere Teil der Ablaßanordnung kann beein Schnellstoppen des Reaktors auf Grund des io deutend kleiner und billiger gemacht werden als bei schnell steigenden Druckes im Dampfsystem nicht einer Anlage, bei der man nicht die Wärmesenke im verhindern können. Ein Schnellstoppen des Reaktors Wasserbassin für Dampfableitung während der ersten bedeutet jedoch, daß es eine beträchtliche Zeit, un- Sekunden nach dem Netzausfall ausnutzt,
gefähr einen Tag, dauert, bis die Anlage von neuem Die Steuerung der Anlage bei einem Netzausfall gestartet und wieder an das Netz geschaltet werden 15 wird zweckmäßig mittels eines sogenannten Ablaßkann. Die Folgen einer verhältnismäßig kurzen Be- reglers ausgeführt, der öffnungsbefehle an die getriebsstörung im elektrischen Netz sind deshalb bei nannten schnellöffnenden bzw. Ablaßventile sendet Anlagen dieses Typs verhältnismäßig groß. Wenn die und eine Reduzierung der Reaktorleistung auf ein im Anlage mit verhältnismäßig niedriger Leistung be- voraus gewähltes Leistungsniveau zustande bringt,
trieben wird, hat man bei Netzausfall ein Schnell- 20 Die genannten schnellöffnenden Ventile können stoppen des Reaktors vermeiden können, indem man übrigens auch für die Drucksicherung des Reaktorden Überschußdampf zum Kondensator der Turbine tanks verantwortlich sein, wobei die gesamte instalabgeleitet hat. Dieser Kondensator ist jedoch norma- lierte Ventilkapazität wesentlich reduziert wird,
lerweise nicht dafür vorgesehen, momentan die gro- Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichßen Dampfmengen verarbeiten zu können, die bei 25 nung näher beschrieben, die schematisch ein Aus-Netzausfall bei größerer Belastung abgeleitet werden führungsbeispiel einer Atomkraftanlage mit einer müssen. Die Dampfgeschwindigkeit längs der Kon- erfindungsgemäßen Ablaßanordnung zeigt,
densatorrohre wird dabei nämlich so groß, daß die F i g. 1 zeigt einen Kernreaktor 1, der in einem aus Festigkeit der Rohre gefährdet wird. Diesen Konden- Beton ausgeführten Reaktorgehäuse 2 angeordnet ist. sator so auszuführen, daß er für den genannten 30 Der Reaktor ist ein Siedewasserreaktor, dessen Kühl-Zweck verwendet werden und ein Schnellstoppen des mittel aus leichtem Wasser besteht. Der Reaktor-Reaktors auch bei voller Leistung der Anlage bei kern 3 besteht aus einer großen Zahl von Brennstoff-Netzausfall verhindern könnte, ist sowohl aus techni- elementen, durch die Kühlmittel aus einem mit Wasschen als auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ser gefüllten, unter dem Reaktorkern liegenden unzweckmäßig. Außerdem werden dabei das Ablaß- 35 Raum 4 strömt. Das durch die Brennstoffelemente ventil und seine Steuerausrüstung besonders kost- strömende Wasser wird bis zum Sieden erwärmt, und spielig. Der Hauptzweck der Erfindung ist, bei einer der Dampf strömt in einen Dampfraum 5 über dem Siedewasserrektoranlage mit direktem Dampfzyklus Reaktorkern. Vom Dampfraum 5 wird der Dampf die genannten Nachteile zu vermeiden und zu errei- über die Hauptdampfleitung 6 zu einer Turbine 7 gechen, daß ein Netzausfall bei voller Last ohne 40 leitet, die einen elektrischen Generator 8 antreibt. Schnellstoppen des Reaktors und mit verhältnismäßig Der von der Turbine ausströmende Dampf wird in einfachen Mitteln gemeistert werden kann. einen Kondensator 9 geleitet, wo er kondensiert. Das

Bei bekannten Anlagen der genannten Art wird Kondensat wird über die Speisewasserleitung 10 mit

gewöhnlich aus Sicherheitsgründen ein Wasserbassin Hilfe von Kondensat- und Speisewasserpumpen 11

im Reaktorgehäuse angeordnet. Dieses Bassin wird 45 zurück zum Reaktor gepumpt,

unterhalb des Reaktors angebracht und dient als Die im Reaktor entwickelte Leistung kann auf zwei

Wärmesenke bei einem eventuellen Rohrbruch. Um verschiedene Arten geregelt werden, einerseits durch

diesen Zweck zu erfüllen, muß das Bassin ein nicht Verschieben von mehreren Absorbatorstäben 12 und

allzu kleines Volumen haben, und die Temperatur des andererseits durch Änderung der Zirkulation durch

Wassers muß bedeutend niedriger als die Reaktor- 50 den Reaktorkern mit Hilfe einer Zirkulationspumpe

temperatur sein, z. B. Zimmertemperatur. Nach der 13, die von einem Motor 14 mit variabler Drehzahl

Erfindung kann nun ein Schnellstoppen des Reaktors angetrieben wird. Der nominelle Arbeitsdruck des

bei Netzausfall dadurch vermieden werden, daß man Reaktors kann beispielsweise 70 bar sein, entspre-

die Anlage so ausführt, daß das Dampfsystem des chend einer Temperatur für gesättigten Wasserdampf

Reaktors mit dem im Reaktorgehäuse angeordneten 55 von 286° C.

Wasserbassin über mehrere schnellöffnende Ventile Das Reaktorgehäuse 2 ist durch eine Trennwand verbunden werden kann, die bei einer plötzlichen und 15 in einen oberen Raum 16, in dem sich der Reakverhältnismäßig großen Verminderung der Last tor 1 befindet, und einen unteren Raum 17, der ein schnell geöffnet werden. Durch diese Anordnung Bassin mit Wasser 18 enthält, aufgeteilt. Vom oberen kann der Überschüßdampf unmittelbar nach einem 60 Raum 16 führen mehrere Rohre 19 in das Wasser-Netzausfall zum Wasserbassin geleitet werden, wo er bassin 18, ihre primäre Aufgabe ist, bei einem evenkondensiert und wobei die Drucksteigerung im tuellen Rohrbruch vom Reaktor ausströmendes Was-Dampfsystem unter dem für ein Schnellstoppen des ser oder ausströmenden Dampf im Reaktorgehäuse Reaktors kritischen Wert gehalten werden kann. zu sammeln und zu kühlen.

Der Dampf, der-durch die schnell öffnenden Ven- 65 Die Anlage ist vorgesehen, bei normalem Betrieb tile abgelassen wird und in das mit Wasser gefüllte eine konstante Leistung an das elektrische Netz abBassin strömt, verursacht ein Steigen der Wasser- zugeben, an dem der Generator 8 angeschlossen ist. temperatur im Bassin. Damit das Bassin zu jedem Diese gewünschte Leistung wird auf einem Leistungs-

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regler 20 durch einen manuellen Eingriff eingestellt, diskriminators übersteigt, erhält man ein Signal auf

was mit dem Pfeil 21 angegeben ist. Bei eventuellem dessen Ausgang. Bei einem Netzwegfall werden die

Unterschied zwischen der wirklich gelieferten Lei- Schaltorgane 37 so beeinflußt, daß sie schließen, und

stung und dem gewünschten Wert wird die Dreh- das Signal vom Niveaudiskriminator beeinflußt dabei

zahlft₂ für den Dreiphasengenerator 22 beeinflußt, 5 das betreffende Ventil 34, das öffnet. Wenn die

der z. B. über eine hydraulische Kupplung 23 von Tendenz zu erhöhtem Druck beseitigt ist, wird ein

einem Motor 24 getrieben wird, der mit konstanter Befehl zum Schließen der Ventile 34 gegeben, gleich-

Drehzahl läuft. Der Pumpenmotor 14, der ein Asyn- zeitig übernimmt das Ablaßventil 30 die Druckrege-

chronmotor mit Kurzschlußanker ist, wird dadurch lung (Konstantdruckhaltung). Die Übertragung der

mit variabler Frequenz gespeist, was zur Folge hat, io Druckregelung zum Ablaßventil kann man sich wie

daß die von der Pumpe 13 durch den Brennstoffkern folgt vorstellen:

getriebene Zirkulationsmenge geändert wird. Dies Nachdem die erste schnelle Drucksteigerung nach bringt wiederum eine Veränderung der Leistungsent- dem Netzausfall abgebrochen worden ist, hauptsächwicklung im Reaktor mit sich, bis diese dem ge- Hch mit den Ventilen 34, und der Druck begonnen wünschten Wert entspricht. Die Leistung kann auch 15 hat, sich einem festen Wert zu nähern, werden die durch Ändern der Lage der Absorbatorstäbe 12 ge- Steuersignale zu den Ventilen 34 eins nach dem anregelt werden. deren weggeschaltet, wobei die totale Ausblasekapa-

Zum Konstanthalten des Druckes im Dampfsystem zität der Ventile begrenzt wird. Das Wegschalten der ist ein Druckregler 25 angeordnet, der über eine Ver- Steuersignale kann man sich so vorstellen, daß die bindung 26 den Dampfdruck abtastet. Durch die Lei- 20 Schaltorgane 37 sukzessiv entweder automatisch oder tungen 27 und 28 kann dann der Druckregler das manuell geöffnet werden. Der Drucksteigerungs-Turbinenbeaufschlagungsventil 29 in der Haupt- tendenz, die dabei entsteht, wird nun durch das Abdampfleitung 6 beeinflussen bzw. das Ablaßventil 30, laßventil 30 entgegengewirkt, dessen Geschwindigkeit durch das bei zu hohem Druck Überschußdampf zum genügend ist, um die kleinen Störungen zu kompen-Kondensator 9 abgeleitet werden kann. 25 sieren, die entstehen, wenn die Ventile 34 sukzessiv

Das Ventil 30 ist sonst bei normalem Betrieb ge- geschlossen werden. Weil die Reaktorleistung inzwi-

schlossen, wird aber bei Start und Abstellen geöffnet. sehen durch die Verminderung der Drehzahl der Zir-

Bei einem plötzlichen Netzausfall steigt die Dreh- kulationspumpel3 bedeutend abgenommen hat, kann zahl H₁ der Turbine 7 sehr schnell, was über eine nun das Ablaßventil 30 trotz seiner begrenzten Kapa-Leitung 31 von einem Ablaßregler 32 registriert wird, 30 zität die Druckregelung übernehmen,
der dabei über die Leitung 33 Befehle zum Öffnen Während der Zeit, in der das elektrische Netz wegan eine Anzahl im Reaktorgehäuse 2 angeordneter geschaltet wurde, läuft nun die Turbine als sogeschnellöffnender Ventile 34 sendet, was gleichzeitig nannte Hausturbine, wobei die für Zirkulationspumdamit geschieht, daß das Ventil 29 die Dampfzufuhr pen notwendige Energie und die übrige zum Aufzur Turbine drosselt. Gleichzeitig sendet der Ablaß- 35 rechterhalten der Betriebsbereitschaft der Anlage regler 32 Öffnungsbefehle an das Ablaßventil 30, das notwendigen Organe erhalten werden können, langsamer sein kann als die Ventile 34, und außerdem Sobald die Betriebsstörung im elektrischen Netz an ein oder mehrere Ventile 35, deren Aufgabe es ist, behoben ist, kann die Anlage daher sofort an das zu bewirken, daß in den Kondensator einströmender Netz geschaltet werden. Die Erfindung bedeutet, daß Dampf erst mit Wasser vermischt wird, um dadurch 40 eine Atomkraftanlage dieser Art erheblich besser die Dampftemperatur herabzusetzen. Weiter wird ausgenutzt werden kann als früher bekannte Anlagen, gleichzeitig vom Ablaßregler ein Befehl zum Lei- bei denen ein durch einen verhältnismäßig kurzen stungsregler 20 für die Reduzierung der Reaktor- Abbruch der Stromversorgung verursachtes Schnellleistuni; auf ein im voraus gewähltes Leistungsniveau stoppen des Reaktors zur Folge hatte, daß die betrefabgegeben, beispielsweise auf 50 % der vollen Last. 45 fende Anlage beträchtliche Zeit außer Betrieb gesetzt

Während der ersten Sekunden nach einem Netz- wurde.

ausfall wird also erfindungsgemäß die vorhandene Für die fortlaufende Kontrolle dafür, daß kein

Wärmesenke im Wasserbassin 18 der Reaktorumhül- Fehler in den Niveaudiskriminatoren entsteht, sind

lung zum Ablassen des Überschußdampfes über die deren Ausgangsklemmen über einen summierenden

schnellöffnenden Ventile 34 benutzt. Die Steueraus- 50 Verstärker 41, z. B. an den y-Anschluß eines xy-

rüstung für diese Ventile ist schematisch in Fig. 2 Schreibers 42 angeschlossen, während der x-An-

gezeigt, wo die verschiedenen Ventile mit 34.1 bis Schluß des Schreibers vom Druckgeber 40 gespeist

34.4 bezeichnet sind. In der Figur sind nur vier Ven- wird. Wenn die Ausrüstung fehlerfrei ist, befindet sich

tile gezeigt, aber in der Praxis kann es zweckmäßig dann das registrierende Organ des Schreibers auf

sein, z. B. 10 bis 20 Stück zu verwenden. Die Ventile 55 einer gegebenen Treppenstufenkurve, wie in der

sind über mehrere Schaltorgane 37 je an einen Ni- Figur gezeigt ist. An Stelle eines xy-Schreibers kön-

veaudiskriminator 38.1 bis 38.4 geschaltet. Die nen natürlich andere Typen von Registrierungsvor-

Schaltorgane und Niveaudiskriminatoren bilden die richtungen für zwei Signale verwendet werden. Um

in F i g. 1 gezeigte Steuereinheit 36. Jeder Niveau- bei Anzeige von Fehlern schnell entscheiden zu kön-

diskriminator wird über Leitungen 39.1 bis 39.4 mit 60 nen, welcher der Niveaudiskriminatoren fehlerhaft

einem für jeden Diskriminator spezifischen Bezugs- ist, ist eine Lampentafel 43 angeordnet worden,

signal gespeist, das einem Druck in der Nähe des Für einen Reaktortank des hier vorgesehenen Typs

Arbeitsdruckes des Reaktors entspricht. Von einem muß immer eine Drucksicherung angeordnet werden,

im Dampfsystem angeordneten Druckgeber 40 wird die normalerweise durch mehrere separate Sicher-

außerdem über die Leitung 26 ein dem Druck im 65 heitsventile erreicht wird, die bei einem höheren

Dampfsystem proportionales Signal einem jeden der Druck als dem Betriebsdruck öffnen. Diese Funktion

Niveaudiskriminatoren zugeführt. Wenn das Signal kann jedoch bei einer erfindungsgemäßen Anlage mit

vom Druckgeber 40 das Bezugssignal eines Niveau- Vorteil gleichzeitig durch die für Ablaßzwecke vor-

gesehenen Ventile 34 ausgeführt werden, weshalb besondere Sicherheitsventile vermieden werden können.

Als Kühlmittel im Reaktor kann im Prinzip schweres oder leichtes Wasser verwendet werden. Für das Wasserbassin 18 kann jedoch wegen seiner Größe nur leichtes Wasser in Frage kommen. Weil bei einem Ablaßvorgang eine nicht unbedeutende Menge des Kühlmittels durch Mischung mit dem Inhalt des Bassins 18 verlorengeht, ist es aus wirtschaftlichen Gründen am zweckmäßigsten, auch im Reaktor leichtes Wasser zu verwenden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Atomkraftanlage mit einem in einem Reaktorgehäuse angeordneten Siedewasserreaktor, von dem Dampf über eine Leitung einer Turbine zur Erzeugung von elektrischer Energie zugeführt wird, und mit einem im Reaktorgehäuse angeordneten Wasserbassin, dessen Wassertemperatur bedeutend niedriger als die Reaktortemperatur ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfsystem des Reaktors (1) mit dem Wasserbassin (18) über mehrere schnellöffnende Ventile (34) verbunden werden kann, die sich bei einer plötzlichen und verhältnismäßig großen Verminderung der Turbinenlast öffnen, um den Dampfüberschuß zum Wasserbassin (18) abzuleiten.

2. Atomkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellöffnenden Ventile (34) sich nur kurzzeitig bei einer Betriebsstörung öffnen, wonach der Uberschußdampf über mehrere Ablaßventile (3) zu einem an der Turbine

(7) angeschlossenen Kondensator (9) abgeleitet wird.

3. Atomkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein steuerndes Organ (32), das bei der genannten Lastverminderung Öffnungsimpulse an die genannten schnellöffnenden Ventile bzw. Ablaßventile (34 bzw. 30) sendet und die Reaktorleistung auf ein im voraus gewähltes Leistungsniveau reduziert.

4. Atomkraftanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten schnellöffnenden Ventile (34) im Reaktorgehäuse (2) angeordnet sind.

5. Atomkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellöffnenden Ventile (34) mit einer Steuerausrüstung (36) versehen sind, die die Ventile (34) so beeinflußt, daß ihre gesamte Ausblasekapazität vom Dampfdruck im Reaktor (1) abhängt.

6. Atomkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerausrüstung (36) einen separat an jedem Ventil (34) über ein Schaltorgan (37) angeschlossenen Niveaudiskriminator (38) enthält.

7. Atomkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellöffnenden Ventile (34) auch die für den Reaktortank (1) erforderliche Drucksicherung bewirken.

8. Atomkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel des Reaktors (1) aus leichtem Wasser besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen