DE2063674C3 - Vorrichtung zum selbsttätigen Umschalten der Einspeisung in zwei parallele Stränge eines Notkühlsystems von wassergekühlten Kernreaktoren - Google Patents

Description

Bei Kernreaktoren ist bei einem größeren Unfall, wie beispielsweise dem Bruch der Hauptkühlmittelleitung, sicherzustellen, daß die im Reaktorkern entstehende Nachzerfallswärme sicher abgeführt wird. Das bedeutet, daß der erforderliche Hilfskreislauf, der für die Noteinspeisung und Nachkühlung verantwortlich ist, auch bei möglichen Schaden innerhalb des Hilfssystems mit praktisch absoluter Sicherheit funktionsfähig bleiben muß.

Nach einem Bruch der Hauptkühlmittelleitung eines Druckwasserreaktors sinkt durch das ausströmende Kühlmittel der Druck im gesamten Primärsystem je nach Bruchquerschnitt mit unterschiedlicher Geschwindigkeit vom Betriebsdruck auf den Ausgleichsdruck im Reaktorgebäude ab. Dabei ist festgelegt, daß bei niedrigem Reaktordruck eine »Niederdruckeinspeisung« durch die Nachkühlpumpen erfolgt; bleibt jedoch der Druck längere Zeit auf höherem Niveau so liegt nur ein mittlerer oder kleinerer Kühlmittelverlustunfall vor, und es wird die Hochdruckeinspeisung mit den Hochdrucksicherheitseinspeisepumpen eingeschaltet.

Dieses Hochdruckeinspeisesystem besteht im allgemeinen aus drei oder vier völlig getrennten Teilsystemen mit jeweils einer Pumpe. Zur Erhöhung der Sicherheit ist die Einspeisung aus jedem Teilsystem zweisträngig ausgeführt, damit bei Bruch eines Stranges eine sichere Einspeisung über den anderen Strang noch möglich ist. weil auch der Bruch einer Einspeiseleitung selbst den Kühlmittelverlustunfall verursacht haben

Besondere Bedeutung wird dabei der Ermittlung des fehlerhaften Stranges und der stets sicher arbeitenden Umschattung von dem fehlerhaften Strang auf den gesunden Strang beigemessen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum selbsttätigen Umschalten der Einspeisung in die beiden Stränge des Notkühlsystems zu schaffen, die ohne Fremdenergie und aufwendiges Meßsystem sicher arbeitet.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß an der Abzweigstelle der beiden Stränge von der Einspeiseleitung des Notkühlsystems mindestens ein kolbengesteuertes Dreiwegeventil mit je einer festen Drossel in den in die beiden Stränge mündenden Ausgängen des Dreiwegeventils eingebaut ist, wobei die Oberseite des Antriebskolbens des Dreiwegeventils über eine erste Steuerleitung mit dem durch die Schwerkraftwirkung des Ventiltellers freigeschalteten ersten Strang hinter der zugehörigen Drossel und die Unterseite des Antriebskolbens des Dreiwegeventils über eine zweite Steuerleitung mit dem in diesem Betriebszustand abgesperrten zweiten Strang hinter der zugehörigen Drossel in Verbindung steht und wobei eine Druckausgleichsleitung die Räume oberhalb und unterhalb des Ventiltellers des Dreiwegeventils überbrückt.

Durch die beschriebene Vorrichtung ist sichergestellt, daß bei Bruch eines Stranges und dem dadurch auftretenden Druckabfall eine selbstätige Umschaltung auf den gesunden Strang erfolgt

Zur Erhöhung der Sicherheit kann es zweckmäßig sein, daß zwei kolbengesteuerle Dreiwegeventile derart hintereinander geschaltet sind, daß der Eingang des nachgeschalteten Ventils an den einen Ausgang des ersten Ventils angeschlossen ist, so daß bei der durch die Schwerkraft bedingten Schließstellung der Ventilteller beide Ventile nacheinander durchströmt werden, und daß die beiden anderen Ausgänge der Ventile parallel an den in diesem Betriebszustand abgesperrten zweiten Strang angeschlossen sind.

Damit ist sichergestellt, daß auch bei Ausfall eines der Dreiwegeventile mit dem anderen eine sichere Umschaltung erfolgen kann.

Um den Fall auszuschalten, daß bei nur teilweisem öffnen oder Schließen des zweiten Ventils doch noch Kühlmittel in den fehlerhaften Strang eingespeist wird, kann in dem an den zweiten Strang angeschlossenen Ausgang des nachgeschalteten Ventils ein Rückschlagventil angeordnet sein. Ferner sind bei hintereinandergeschalteten Dreiwegeventilen zweckmäßigerweise die Steuerleitungen für die Ober- und Unterseite der Antriebskolben beider Ventile jeweils parallel geschaltet.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der

Vorrichtung nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 die Gesamtschaltung des Sicherheitseinspeisesystems mit einem Dreiwegeventil.

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein kolbengesteuertes Dreiwegeventil,

F i g. 3 einen Schaltplan des Sicherheitseinspeisesystems mit doppeltem Dreiwegeventil und

Fig.·* einen Längsschnitt durch ein derartiges doppeltes Dreiwegeventil. ίο

In F i g. 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Teilsystem der Sicherheitseinspeisung geztigt. Dabei weist dieses System eine Hochdruckpumpe 1 auf, die auf die Einspeiseleitung 3 arbeitet. Diese Leitung 3 wird durch ein kolbengesteuertes Dreiwegeventil 4 in zwei Stränge 5 und 6 aufgeteilt, die jeweils in eine Niederdruckeinspeiseleitung 7 und 8 einmünden. Im Niederdruckeinspeisesystem steht der Nachkühler 9 sowie die Nachkühlpumpe Π. Unmittelbar hinter dem Dreiwegeventil 4 befindet sich in jedem Strang 5 und 6 eine feste Drossel 13 und 14, die den Hauptwiderstand des Sy stems darstellt. Sie sind so ausgelegt, daß sie bei voller Pumpfördermenge einen Druckverlust von etwa 20 bis 25 kp/cm² bewirken. Zur Funktion des Dreiwegeventils 4 sind — wie auch aus F i g. 2 ersichtlich — folgende Steuerleitungen erforderlich:

Hinter der Drossel 14 zweigt eine Steuerleiturig 16 ab, die auf der Oberseite des Antriebskolbens 17 mündet. Ferner ist eine Steuerleitung 15 von der Unterseite des Kolbens 17 zum Strang hinter der Drossel 13 vorgesehen. Eine Druckausgleichsleitung 18 überbrückt den Raum oberhalb und unterhalb des Ventiltellers 19.

In der Bereitschaftsstellung ist jeweils der Weg von der Hochdruckeinspeisepumpe 1 zu einer der Niederdruckeinspeiseleitungen 7 oder 8 durch das Dreiwegeventil 4 freiteschaltet. Auf ein Einspeisesignal hin, also bei mittleren oder kleineren Leckagen, läuft in dem Teilsystem die Pumpe 1 an. Eine Umschaltung des Dreiwegeventils 4 wird nur notwendig, wenn der jeweils freigeschaltete Einspeisestrang abgerissen ist.

Die Funktionsweise des selbsttätigen, ohne jedes Hilfsmedium gesteuerten Dreiwegeventils 4 ist aus Fig.2 zu ersehen. Im Normalfall ruht der Ventilteller 19 durch die Wirkung der Schwerkraft auf dem unteren Ventilsitz 20 auf, so daß der Strang 6 eingeschaltet ist. Bei einem angenommenen Bruch dieses Stranges 6 laufen nun folgende Vorgänge ab:

Durch das Anlaufen der Hochdruckpumpe 1 baut sich vor der Drossel 14 ein Druck von etwa 20 bis 25 atü auf. Hinter der Drossel 14 herrscht der Gegen- so druck der Gebäudeatmosphäre und zusätzlich ein geringer Druckverlust von der Drossel bis zur Bruchstelle. Im Strang 5 herrscht zunächst ein Undefinierter Druck, da dieser Teil der Rohrleitung auf der einen Seite durch den Ventilteller 19 des Dreiwegeventils 4, auf der anderen Seite durch verschiedene Rückschlagorgane der Niederdruckeinspeiseleitung 7 abgedichtet ist. Durch die Ausgleichsleitung 18 wird nun in diesem Bereich der Druck aufgebaut, der vor der Drossel 14 herrscht. Unter diesen Bedingungen wird der Ventilteller 19 aus der gezeichneten Stellung bewegt, da auf der Unterseite des Antriebskolbens 17 über die Steuerleitung 15 ein hoher Druck ansteht, auf der Oberseite des Kolbens dagegen der geringe Druck, der hinter der Drossel 14 herrscht, einwirkt. Auf Ober- und Unterseite des Ventiltellers 19 liegt infolge der Ausgleichsleitung 18 praktisch der gleiche Druck. Nach vollständigem Hochfahren des Ventiltellers 19 und Anlegen an den oberen Ventilsitz 21 wird der gebrochene Strang 6 abgeschlossen, so daß die Pumpe jetzt über den Strang 5 gegen den Druck des Primärkreises fördert. Auf der Kolbenunterseite bleibt damit ein hoher Druck erhalten, ebenso auf der Unterseite des Ventiltellers 19. Im ganzen Strang 6, also auch vor der Drossel 14, herrscht nunmehr etwa Gebäudedruck. Damit wirken auch keinerlei Öffnungskräfte auf den Amriebskolben 17 bzw. den Ventilteller 19, so daß das Ventil sicher in seiner Stellung bleibt. Lediglich über die Ausgleichsleitung 18 wird eine kleine Menge Kühlmittel ins Leck befördert.

Bei einem Bruch des Stranges 5 fördert die Hochdruckpumpe 1 von Anfang an gegen den Primärkreisdruck. Über die Steuerleitung 16 wird das Ventil 4 sicher in Offenstellung gehalten, da auf den Unterseiten von Antriebskolben 17 und Ventilteller 19 annähernd lediglich der geringe Gebäudedruck einwirkt.

Um die Sicherheit bei der Umschaltung zu erhöhen, ¹Sm e:ä auch möglich, daß das Dreiwegeventil doppelt ausgeführt wird, wie das in den F i g. 3 und 4 näher dargestellt ist. Dabei mündet die Einspeiseleitung 3 zunächst in den Eingang des ersten Dreiwegeventils 22, bei dem, ähnlich wie dem in F i g. 2 dargestellten Dreiwegeventil 4, durch die sich durch die Schwerkraft einstellende Lage des Ventiltellers 24 der gegenüberliegenden Ausgang 25 freigeschaltet ist. Dieser Ausgang 25 führt in den Eingang des zweiten Dreiwegeventils 23, bei dem ebenfalls durch die Stellung des Ventiltellers 26 der Hauptstrang 6 freigeschaltet ist. Die beiden anderen zunächst noch abgesperrten Ausgänge 27 und 28 der Dreiwegeventile 22 und 23 münden parallel in den Strang 5 ein.

Zur Steuerung der beiden Ventile sind ebenfalls im Strang 6 eine Drossel 29 sowie im Strang 5 eine Drossel 30 eingebaut. Hinter der Drossel 29 führt je eine Steuerleitung 32 und 33 zur Oberseite der Antriebskolben 34 und 35 für die Ventilteller 26 und 24. Zur Unterseite der Antriebskolben 34 und 35 führt jeweils eine Steuerleitung 36 und 37, die hinter der Drossel 30 abzweigt. Jeweils eine Druckausgleichsleitung 38 und 39 führt zum Eingang 3 des ersten Ventils. Bei Bruch des Stranges 6 geht auch hierbei der auf die Oberseite der Antriebskolben 34 und 35 wirkende Druck zurück, während über die Ausgleichsleitung 39 und 38 und die Steuerleitungen 36 und 37 der vor der Drossel 29 herrschende Druck auf die Unterseite der Kolben 34 und 35 wirkt, so daß beide Ventilteller 24 und 26 nach oben geführt werden und den Strang 6 absperren, so daß nunmehr der Strang 5 freigeschaltet wird. Bei Versagen eines der beiden Ventile ist jedoch immer eine sichere Umschaltung gewährleistet.

Für den Fall, daß bei einem Bruch im Strang 6 das erste Dreiwegeventil 22 umschaltet, das zweite Ventil 23 jedoch in seiner Mittelstellung stehen bleibt, ist in dem Ausgang 28 dieses zweiten Ventils der Einbau eines Rückschlagventils 40 erforderlich, damit verhindert wird, daß auf dem Umweg über den Anschluß 28 ein Teil des Mediums doch noch in den defekten Strang 6 zurückgespeist wird.

Auch bei dieser Hintereinanderschaltung von zwei Dreiwegeventilen ist eine sichere Funktionsweise auch bei einem größeren StOIt₃II gewährleistet, da zum Antrieb und zur Umschaltung der Ventile keine Fremdenergie erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Umschalten der Einspeisung in zwei parallele Stränge eines Notkühlsystems von wassergekühlten Kernreaktoren bei Bruch eines der Stränge, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abzweigstelle der beiden Stränge (5,6) von der Einspeiseleitung (3) des Notkühisystems mindestens ein kolbengesteuertes Dreiwegeventil (4) mit je einer festen Drossel (13. 14) in den in die beiden Stränge (5 6) mündenden Ausgängen des Dreiwegeventils (4) eingebaut ist, wobei die Oberseite des Antriebskolbens (17) des Dreiwegeventils (4) über eine erste Steuerleitung 'S (16) mit dem durch die Schwerkraftwirkung des Ventilteilers (19) freigeschtlteten ersten Strang (6) hinter der zugehörigen Drossel (14) und die Unterseite des Antriebskolbens (17) des Dreiwegeventils

(4) über eine zweite Steuerleitung (15) mit dem in diesem Betriebszustand abgesperrten zweiten Strang (5) hinter der zugehörigen Drossel (13) in Verbindung steht und wobei eine Druckausgleichsleitung (18) die Räume oberhalb und unterhalb des Ventiltellers (19) des Dreiwegeventils (4) überbrückt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kolbengesteuerte Dreiwegeventile (22, 23) derart hintereinandergeschaltet sind, daß der Eingang des nachgeschalteten Ventils (23) an den einen Ausgang (25) des ersten Ventils (22) angeschlossen ist, so daß bei der durch die Schwerkraft bedingten Schließstellung der Ventilteller (24. 26) beide Ventile (22,23) nacheinander durchströmt werden, und daß die beiden anderen Ausgänge (27, 28) der Ventile (22, 23) parallel an den in diesem Betriebszustand abgesperrten zweiten Strang (5) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen (32,33; 36,37) für die Ober- und Unterseite der Antriebskolben (34, 35) beider Ventile (22,23) jeweils parallel geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem an den zweiten Strang (5) an- geschlossenen Ausgang (28) des nachgeschalteten Ventils (23) ein Rückschlagventil (40) angeordnet ist.