DE2060495A1

DE2060495A1 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Durchflussmenge von Fluiden in Rohrleitungen einer Kernkraftwerksanlage

Info

Publication number: DE2060495A1
Application number: DE19702060495
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kierulf Bir Christian
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1970-11-18
Filing date: 1970-12-09
Publication date: 1972-06-08
Also published as: CH524224A

Description

Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Durchflussinenge von Fluiden in Rohrleitungen einer Kernkraftwerksanlage.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Durchflussmenge von Fluiden, insbesondere Gasen, in einer Rohrleitung einer Kernkraftwerksanlage, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei Kernkraftwerksanlagen werden insbesondere an die Kernreaktoren sehr strenge Sicherheitsbestimmungen angelegt, da Reaktorunfälle nichtwiedergutzumachende Schäden hervorrufen können.
Deshalb ist es notwendig, beispielsweise an gasgektihlten Hochtemperaturreaktoren, dieDurchflussmengen jeder einzelnen Brennelementspule zu steuern, da die Temperaturverteilung vom Jeweiligen Zustand und der Position im Reaktorkern der einzelnen Säulen abhängt.
Weil örtliche Ueberhitzungen wegen der Verseuchungsgefahr zu vermeiden sind und eine möglichst gleichmässige Verteilung der Temperatur des Arbeitsmediums Uber der Austrittsfläche des Reaktorkernes angestrebt wird, ist es notwendig, an Jeder Säule regelbare Durchflussmengen-Regelorgane vorzusehen.
Dies können Drosseln, Hähne oder Ventile sein, welche mittels Regeleinrichtungen ausgerAstet sind, um von einer Steuereinrichtung entsprechend der Jeweiligen Situation, also der Reaktorlast, dem Abbrand der Säule und der gegebenen Qastemperatur eingestellt zu werden.
Da die Reaktorkerne eine Vielzahl von Brennelementsäulen aufweisen, beispielsweise in der Grossenordnung zwischen 100 und 200 StUck, Je nach Nennleistung, tritt der Nachteil ein, dass neben dem grossen technischen Aufwand für die Regel- und Steuereinrichtung das fleaktordruckgefäss durchdrungen werden muss, und somit eine weitere Angriffsfläche fUr Verseuchungs- oder Unfallgefahr bietet. Ausserdem ist bei dem grossen technischen Aufwand mit einer grösseren Störungsanfälligkeit zu rechnen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr darin zu sehen, die obigen Nachteile zu vermeiden und eine Durchflussmengenregelung zu schaffen, die eine Durchdringung des Reaktor-Druckgefässes zumindest während des Betriebes weitgehend ausschliesst.
Die Lösung der Aufgabe wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch erreicht, dass der freie Durchtrittsquerschnitt in der Rohrleitung in Abhängigkeit von der Temperatur des Fluides aufgrund der unterschiedlichen Warmeausdehnungskoeffizienten der Einbaumaterialien verändert wird.
Ein besonderer Verfahrensschritt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrittsquerschnitt bei hoher Temperatur des Fluides grosser als derjenige bei niedriger Temperatur des Fluides ist.
Eine Einrichtung zur Durchftlhrung des Verfahrens ist dadurch ausgezeichnet, dass ein in der Rohrleitung eingesetzter dehnbarer Balg mit Uber dessen Längserstreckung unterschiedlichem Aussendurchmesser an einem Dehnungsstab befestigt ist, wobei das Material des Balges einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Jenes des Dehnungsstabes aufweist.
Eine besondere Ausgestaltung der Einrichtung nach dem erfindungsgemEssen Verfahren ist dadurch gegeben, dass der Dehnungsstab den Balg bei hoher Fluidtemperatur streckt und damit den Durchtrittsquerschnitt vergrössert, und dass der Mantel des Balges bei niedriger Fluidtemneratur unter einer. vorbestimmten Vorsnannkraft hE und damit den Durchtrittsquerschnitt mindestens teilweise gegen Durchfluss des Fluides verschliesst.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass neben dem einfachen technischen Aufbau und der Wartungslosigkeit der erfindungsgemässen Drossel die Einrichtung vollkommen selbsttätig arbeitet und keine zusätzlichen Steuer- oder Reguliereinrichtungen vorgesehen werden müssen. Daraus rolgt eine Raumeinsparung bei der Erstellung des Druckgefässes. Dieses kann während des Betriebes ausserdem ohne Gefahr von Leckage dicht gehalten werden, da die Durchflussregelungs-Einrichtungen durch dicht abschliessbare Stopfen vor der Inbetriebnahme eingebaut werden und erst bei Revisionen oder eventuellen Reparaturen geöffnet werden mUssen.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist durch die Mdlichkeit gegeben, die Einrichtung der Lebensdauer der gesamten Brennelementsäule anzupassen, wobei bei Wechsel derselben auch die Durchflussregeleinrichtung ausgetauscht wird. Hierbei wird der Vorteil erreicht, dass selbst die vorher beschriebenen Handhabungslöcher im Druckgefäss entfallen können.
Der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher beschrieben, welche ein AusfUhrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellung wiedergibt. Es zeigt: Fig.l eine PrSnzlpskizze der erfindungsgemässen Einrichtung im kalten Zustand, t Fig.2 die entsprechende Darstellung im heissen Zustand, Fig.3 eine verbesserte AusfUhrungsform der erfindungsgemässen Einrichtung.
Die Bezugszahlen von den Figuren 1 und 2 gelten fUr entsprechende Teile in Fig.3, wobei alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Konstruktionsmerkmale weggelassen wurden.
In Fig .1 ist eine Rohrleitung 3 abgebildet, in die ein Dehnungsan stab 1 eingesetzt ist, derAeinem Festpunkt mit der Rohrleitung 3 starr verbunden ist. Am Dehnungsstab l ist der Verformungskörper 2, im folgenden kurz Balg 2 genannt, an einer Stelle befestigt. Der Balg 2 besteht aus dem flexiblen Mantel 4 und den beiden Druckplatten 5. Eine der Druckplatten 5' ist gegenUber dem Dehnungsstab 1 lose beweglich, wobei vorteilhafterweise zwischen dem freien Ende des Dehnungsstabes 1 und.der Grundplatte 5' im kalten Zustand ein Spiel J vorgesehen ist.
Dieses Spiel dient dazu, einerseits dem Mantel 4 bei vollkommener Sperrung die notwendige Anpresskratt zu vernichten, und andererseits bei teilweisem Verschluss in einem bestimmten Bereich der Gastemperatur nur eine vorbestimmte Gasmenge durchfliessen zu lassen.
Fig.2 zeigt den gleichen Aufbau, wobei der Unterschied darin zu sehen ist, dass der Balg 2 durch den Dehnungsstab 1 gestreckt wurde, und deshalb einen geringeren gröbsten Aussendurchmesser aufweist.
Da der Dehnungsstab 1 aus einem Material gerertigt ist, beispielsweise NIMONIC, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten 6N# 16.1 °C l, wird er sich bei Erhöhung der Temperatur um einen gleichen Betrag wesentlich stärker ausdehnen als der gewölbte Balg 2, der beispielsweise aus einer Molybdän-Legierung gebildet ist, deren WSrmeausdehnungskoerfizient #M # 6.10-6 °C 1 ist.
Dadurch kommt es bei hoher Gastemperatur zu einer wesentlichen Vergrösserung des Durchtrittsquerschnittes, so dass die durchfliessende Gasmenge vergrössert oder verkleinert werden kann, Je nachdem, welche Temperatur das durchströmende Gas der einzelnen Brennelementsäulen eben aufweist Dieses Wechselspiel wird bei gleichbleibender Reaktorleistung einem Ausgleich zustreben, bei dem eine relativ stabile Stellung der Drossel erreicht wird, deren Schwankung nur von der unterschiedlichen Emission der zugehörigen Brennelementsäule beeinflusst wird.
Eine Anpassung der Regelcharakteristik der Drosseleinrichtung kann durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe vorgenommen werden, wobei beispielsweise darauf RUcksicht genommen werden kann, dass bei Teillast des Reaktorkernes die herrschende Gastemperatur derjenigen bei Vollast zumindest annähernd entsprechen soll.
Fig.3 zeigt ein vereinfachtes Ausrührungsbeispiel, wobei der Dehnungsstab 1 durch einen in die Rohrleitung 3 eingesteckten Stutzen 6 ersetzt ist, der im Innern z,wei Spannbalken 7 aufweist. Ueber die Spannbalken 7 ist der flexible Mantel 4 gespannt, dessen Druckplatten 5 wiederum auf den Spannbalken 7 aufsitzen. Dem Mantel 4 und den Druckplatten5,5'ist eine strömungstechnisch günstige Form gegeben, um die Verluste an der Drosselstelle gering zu halten, wobei diese Form zumindest annähernd auch bei niedrigen Gastemperaturen, also im kalten Zustand der Drosseleinrichtung, aufrecht erhalten wird.
Im Innern des Stutzens 6 ist ein Einsatzring 8 angeordnet, um die Strömung des Gases beeinflussen zu können.
Durch die Bohrungen 9 und 10 kann das durchströmende Gas in den eigentlichen Heissgasraum des Kernreaktors austreten und der Turbine oder den Wärmetauschern zugeffthrt werden.

Claims

Patentansprache

1. Verfahren zur Regelung der Durchilussmenge von Fluiden, insbesondere von Gasen, in einer Rohrleitung einer Kernkraftwerksanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Durchtrittsquerschnitt in der Rohrleitung (3) in Abhängigkeit von der Temperatur des Fluides aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Einbaumaterialien verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrittsquerschnitt bei hoher Temperatur des Fluides grösser als derJenige bei niedriger Temperatur des Fluides ist.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Rohrleitung (3) eingesetzter dehnbarer Balg (2) mit über dessen LEngserstreckung unterschiedlichem Aussendurchmesser an einem Dehnungsstab (1) befestigt ist, wobei das Material des Balges (2) einen kleineren Wrmeausdehnungskoeffizienten als Jenes des Dehnungsstabes (13 aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsstab (1) den Balg (2) bei hoher Fluidtemperatur streckt und damit den Durchtrittsquerschnitt vergrdssert, und dass der Mantel (4) des Balges (2) bei niedriger Fluidtemperatur unter einer vorbestimmten Vorspannkraft steht und damit den Durchtrittsquerschnitt mindestens teilweise gegen Durchfluss des Fluides verschliesst.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsstab (l) bei niedriger Fluidtemperatur den Balg (2) zusammenpresst und damit den Durchtrittsquerschnitt mindestens teilweise gegen Durchfluss des Fluides verschliesst.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedriger Fluidtemperatur der Balg (2) mittels des Fluides austinandergedrückt wird und damit den Durchtrittsquerschnitt mindestens teilweise gegen Durchfluss des Fluides verschliesst.