DE3421654A1

DE3421654A1 - Entlastungsvorrichtung fuer den sicherheitsbehaelter eines druckwasserkernreaktors

Info

Publication number: DE3421654A1
Application number: DE19843421654
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 7500 Karlsruhe Krieg
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1984-06-09
Filing date: 1984-06-09
Publication date: 1985-12-12
Also published as: DE3421654C2; US4654191A

Description

Kernforschungszentrum Karlsruhe, den 7.6.1984 Karlsruhe GmbH PLA 8432 Sdt/wk

ANR: 1 002 597

Entlastungsvorrichtung für den Sicherheitsbehälter eines Druckwasserkernreaktors

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entlastungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung befaßt sich dabei mit der Druckabsenkung im Sicherheitsbehälter, vorzugsweise eines Druckwasserkernreaktors, um ein Bersten des Behälters unbedingt zu vermeiden. Druckabsenkungen dieser Art können durch betriebliche Maßnahmen erzielt werden, die bei einem Störfall jedoch immer mit gewissen Unsicherheiten behaftet sind. Besser, da von manuellen Eingriffen unabhängig, ist, in den Sicherheitsbehälter ein geeignetes Entlastungsventil einzubauen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Entlastungsventil zu schaffen, das bei niedrigen Drücken im Sicherheitsbehälter mit großer Zuverlässigkeit geschlossen bleibt. Das Ventil soll erst kurz vor einem Aufreißen des Behälters öffnen, da sonst der ordnungsgemäße Sicherheitsbehälterabschluß für die wahrscheinlichereren, normalen Auslegungsstörfälle in Frage gestellt wäre. Außerdem ist zu beachten, daß eine direkte Funktionsprüfung des Ventiles im eingebauten Zustand nicht möglich ist, da der Ventilöffnungsdruck weit oberhalb des Behälterauslegungsdruckes liegt. Das Ventil soll somit nur aus einfachen Bauelementen bestehen, deren Funktion sich mit den bekannten Auslegungskriterien der Festigkeitslehre exakt berechnen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben sind. Eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausführung des Entlastungsventils besteht aus den Merkmalen, die im Kennzeichen des Anspruchs 2 angegeben sind.

Die besonderen Vorteile des deformationsgesteuerten Entlastungsventils in bezug auf die eingangs gestellte Aufgabe, sind wie folgt:

- Bei der plastischen Deformation des Sicherheitsbehälters wird erhebliche mechanische Arbeit geleistet. Ein Teil dieser Energie kann mit Hilfe der gezeigten einfachen und robusten Bauelemente zum öffnen des Ent lastungsventiIs abgezweigt werden. Eine Hilfsenergie ist nicht erforderlich. Das Entlastungsventil ist deswegen eine einfache, passive Baugruppe mit hoher Zuverlässigkeit, deren Wartung nicht erforderlich ist.

- Zunehmende plastische Deformationen des Sicherheitsbehälters sind ein zuverlässiger Indikator für. die Annäherung an den Versagenspunkt mit großräumigem Aufreißen.

Der Druck im Sicherheitsbehälter ist dagegen ein weniger zuverlässiger Indikator, da sich aus ihm erst die plastische Deformation ergeben und der Zusammenhang zwischen Druck und Deformation von sehr komplexer Art und mit erheblichen Unscharfen behaftet ist. Bei Verwendung des Druckes zur Steuerung der Entlastungsventile wäre es insbesondere möglich, das durch kurzzeitige Druckspitzen das Ventil unnötigerweise geöff-

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net wird, obwohl wegen der Massenträgheit des Sicherheitsbehälters ein kritischer Deformationszustand noch lange nicht erreicht ist.

Die plastischen Deformationen durchlaufen vor dem Versagen des Sicherheitsbehälters einen weiten Wertebereich. Unscharfen der Werte, die das Entlastungsventil ansprechen lassen, sind deswegen von geringem Einfluß. Der zugehörige Druck hingegen durchläuft wegen der Nichtlinearität des Spannungs-Dehnungsdiagramms vor dem Versagen einen relativ kleinen Wartebereich. Unscharfen dieser Werte, die auf ein Entlastungsventil wirken wurden, wären deswegen von sehr starkem Einfluß. Die Drucksteuerung wäre daher sehr unvorteilhaft.

Bei dem neuen Entlastungsventil sind Dichtungen, die möglicherweise bereits lange vor dem Ventilöffnen gewisse Leckagen verursachen könnten, nicht vorhanden. Gleitbewegungen zwischen Bauteilen werden weitgehend vermieden. Kurz vor dem Ventilöffnen gleitet lediglich die Zugstange in einer Bohrung der Traverse bis ein bestimmtes Spiel ausgeglichen ist. Außerdem öffnet das Ventil nur so weit, daß ein weiterer Druckanstieg im Sicherheitsbehälter gestoppt wird. Ein fehlerhaftes öffnen des Ventiles ist nur durch starke mechanische Einwirkungen denkbar. Diese können aber durch Auswahl eines geeigneten Montageortes oder durch Anbringen von Schutzblechen verhindert werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Die Figur 1 das Entlastungsventil im geschlossenen Zustand, Behälterwandung ohne Dehnung und

die Figur 2 das gleiche Entlastungsventil im geöffneten Zustand bei einer Behälterwanddehnung von ungefähr 2 %.

In der Figur 1 ist die Wandung 1 des Sicherheitsbehälters eines Druckwasserkernreaktors in kleinem Ausschnitt dargestellt. Die Wand 1 bzw. der Sicherheitsbehälter besitzt die Form einer Kugel und ist aus Baustahl mittlerer Güte hergestellt. Durch die Behälterwand 1 ist in den Innenraum 20 ein Entlastungsrohr 2 geführt, dessen inneres Ende 3 etwa parallel zur Wand 1 gelegen ist. Die Stirnfläche 4, mit der das Rohr 2 verschlossen ist, liegt somit senkrecht zur Wand 1. Diese Stirnfläche 4 ist auf dem eine Traverse bildenden kürzeren Schenkel 6 eines U-förmigen Halteelementes 5 aufgeschweißt. Dieses besteht aus dem längeren Schenkel 8 und dem Fußteil 7, welches ein Biegegelenk 9 aufweist. Das Halteelement 5 ist mit dem längeren Schenkel 8 senkrecht so an der Innenseite der Wand 1 angeschweißt, daß die öffnung 10 des U zur Wand 1 hinweist.

Das an den kürzeren Schenkel 6 angeschweißte Rohrende 3 durchdringt den längeren Schenkel 8 und ist auch an diesem festgeschweißt. An dem zwischen den beiden Schenkeln 6 und 8 gelegenen Teil des Rohrendes 3 ist nun eine Sollbruchstelle in Form einer umlaufenden Wandstärkeverringerung bzw. Nut 11 angebracht, die bei Aufbiegung der Schenkel 6 und 8 des Halteelementes 5 aufreißt, wie es in der Figur 2 dargestellt ist.

Neben der festgeschweißten Stirnfläche 4 ist durch eine Bohrung 12 des kürzeren Schenkels 6 eine Zugstange 13 eingesteckt und gegen ihn mittels der Muttern 14 an ihrem einen Ende 15 unter Spiel festgeschraubt. Die Zugstange 14 ist sehnenförmig zur Behälterwand 1 gelegen und mit ihrem anderen Ende 16 mittels der Muttern 17 an den Lagerbock 18 festgeschraubt, der seinerseits wiederum an die Innenseite der Wand 1 geschweißt ist.

Die Funktion des Entlastungsventils ist nun wie folgt:

Bei einem Druckanstieg im Sicherheitsbehälter über vorgegebene Auslegungsgrenzen hinaus, beginnt sich die Behälterwand 1 zu längen. Im Bereich elastischer und geringer plastischer Verformungen des Sicherheitsbehälters bzw. seiner Wandung 1 bleibt das Entlastungsrohr 2 geschlossen. Erst bei etwa 0,5 % Sicherheitsbehälterdehnung wird die Sollbruchstelle 11 über die Zugstange 13 aufgerissen, indem das Halteelement 5 durch die Hebelwirkung des größeren Schenkels 6 am Biegegelenk 9 aufgebogen wird. Bei etwa 2 % Sicherheitsbehälterdehnung wird dann bei einem Entlastungsrohrdurchmesser

von 200 mm bereits ein Ausströrnquerschnitt von 200 cm in Form des Ringspaltes 19 frei. Durch eine andere Einstellung des Spiels der Zugstange 13 an den Muttern 14 lassen sich die Dehnungswerte nach oben oder unten verschieben. Die Zugstange und die Sollbruchstelle sind bezüglich ihrer Geometrie und ihrer Materialien so dimensioniert, daß die Sollbruchstelle bei einer plastischen Dehnung von größer gleich 0,5 % der Wandung 1 mit Sicherheit aufreißt, die Dehnung der Zugstange 13 jedoch immer im elastischen Bereich verbleibt.

Bezugszeichenliste:

1 Behälterwandung

2 Entlastungsrohr

3 inneres Ende

4 Stirnfläche

5 Halteelement

6 kürzerer Schenkel

7 Fußteil

8 längerer Schenkel

9 Biegegelenk

10 öffnung

11 Sollbruchstelle, Nut

12 Bohrung

13 Zugstange

14 Mutter

15 eines Ende

16 anderes Ende

17 Mutter

18 Lagerbock

19 Ringspalt

20 Innenraum

AO - Leerseite -

Claims

Kernforschungszentrum Karlsruhe, den 7.6.1984 Karlsruhe GmbH PLA 8432 Sdt/wk ANR: 1 002 597 Patentansprüche:

1. Entlastungsvorrichtung für Druckbehälter, z.B. für den Sicherheitsbehälter eines Druckwasserkernreaktors, mit einem, den Druckbehälter nach außen bei überdruck öffnenden Zerreißglied, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruch der Sollbruchstelle (11) des Zerreißgliedes durch Deformation bzw. Dehnung des Druckbehälterkörpers im plastischen Bereich direkt durch diesen mechanisch herbeiführbar ist.

2. Entlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) durch die Behälterwand (1) führt ein Entlastungsrohr (2) abgedichtet in den Innenraum (20) des Behälters (1), dessen inneres Ende (3) stirnseitig verschlossen und die Stirnfläche (4) senkrecht zu der Behälterwand (1) gelegen ist,

b) an der Innenseite der Behälterwand (1) ist ein mit ungleich langen Schenkeln (6, 8) versehenes, U-förmiges Halteelement (5) senkrecht mit seinem längeren Schenkel (8) angeschweißt,

c) das Entlastungsrohr (2) durchdringt den längeren schenkel (8), ist mit ihm sowie - stirnseitig an den kürzeren (6) anliegend - mit diesem fest verschweißt,

d) die Sollbruchstelle in Form einer umlaufenden Wandstärkeverringerung (11) des Entlastungsrohres (2) ist zwischen den beiden Schenkeln (6, 8) gelegen,

e) das Fußteil (7) des U ist mit einem Biegegelenk (9) versehen,

f) an dem kürzeren, nicht mit der Behälterwand (1) verschweißten Schenkel (6) des U bzw. des Halteelementes (5) ist eine Zugstange (13) mit ihrem einen Ende (15) befestigt,

g) das andere Ende (16) der Zugstange (13) ist mit der Innenseite der Behälterwand (1) starr verbunden, wobei die Zugstange (13) eine Sehne bildet und die Behälterbewegung am Lagerbock 18 mitmacht,

h) die Zugstange (13) ist so dimensioniert, daß die Sollbruchstelle (11) bei einer plastischen Dehnung der Behälterwand (1) von größer gleich 0,5 % aufreißt und einen sich mit wachsender Dehnung der Behälterwand (1) aufweitenden Ringspalt (19) freigibt, während ihre Belastung jedoch im elastischen Bereich verbleibt.