DE3421654C2 - - Google Patents

Description

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

Eine solche ist aus der EP 00 44 255 für Transportbehälter von bestrahlten Brennelementen bekannt.

Die Erfindung befaßt sich jedoch mit der Druckabsenkung in Si­ cherheitsbehältern, vorzugsweise eines Druckwasserkernreak­ tors, um ein Bersten des Behälters unbedingt zu vermeiden. Druckabsenkungen dieser Art können durch betriebliche Maßnah­ men erzielt werden, die bei einem Störfall jedoch immer mit gewissen Unsicherheiten behaftet sind. Besser, da von manuel­ len Eingriffen unabhängig, ist, in den Sicherheitsbehälter ein geeignetes Entlastungsventil einzubauen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Entla­ stungsventil zu schaffen, das bei niedrigen Drücken im Sicher­ heitsbehälter mit großer Zuverlässigkeit geschlossen bleibt. Das Ventil soll erst kurz vor einem Aufreißen des Behälters öffnen, da sonst der ordnungsgemäße Sicherheitsbehälterab­ schluß für die wahrscheinlichereren, normalen Auslegungsstör­ fälle in Frage gestellt wäre. Außerdem ist zu beachten, daß eine direkte Funktionsprüfung des Ventils im eingebauten Zu­ stand nicht möglich ist, da der Ventilöffnungsdruck weit ober­ halb des Behälterauslegungsdruckes liegt. Das Ventil soll so­ mit nur aus einfachen Bauelementen bestehen, deren Funktion sich mit den bekannten Auslegungskriterien der Festigkeits­ lehre exakt berechnen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin­ dung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Patentanspruches angegeben sind.

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

• - Bei der plastischen Deformation des Sicherheitsbehälters wird erhebliche mechanische Arbeit geleistet. Ein Teil die­ ser Energie kann mit Hilfe der gezeigten einfachen und ro­ busten Bauelemente zum Öffnen des Entlastungsventils abge­ zweigt werden. Eine Hilfsenergie ist nicht erforderlich. Das Entlastungsventil ist deswegen eine einfache, passive Bau­ gruppe mit hoher Zuverlässigkeit, deren Wartung nicht er­ forderlich ist.
• - Zunehmende plastische Deformationen des Sicherheitsbehäl­ ters 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 plasti­ sche Deformation ergeben und der Zusammenhang zwischen Druck und Deformation von sehr komplexer Art und mit erheb­ lichen Unschärfen behaftet ist. Bei Verwendung des Druckes zur Steuerung der Entlastungsventile wäre es insbesondere möglich, das durch kurzzeitige Druckspitzen das Ventil un­ nötigerweise geöff­ net wird, obwohl wegen der Massenträgheit des Sicher­ heitsbehälters ein kritischer Deformationszustand noch lange nicht erreicht ist.

• - Die plastischen Deformationen durchlaufen vor dem Versagen des Sicherheitsbehälters einen weiten Wer­ tebereich. Unschärfen der Werte, die das Entlastungs­ ventil ansprechen lassen, sind deswegen von geringem Einfluß. Der zugehörige Druck hingegen durchläuft wegen der Nichtlinearität des Spannungs-Dehnungs­ diagramms vor dem Versagen einen relativ kleinen War­ tebereich. Unschärfen dieser Werte, die auf ein Ent­ lastungsventil wirken würden, 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 vorhan­ den. Gleitbewegungen zwischen Bauteilen werden weit­ gehend 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 Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 das Entlastungsventil im geschlossenen Zu­ stand, Behälterwandung ohne Dehnung und

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

In der Fig. 1 ist die Wandung 1 des Sicherheitsbehäl­ ters eines Druckwasserkernreaktors in kleinem Ausschnitt dargestellt. Die Wand 1 bzw. der Sicherheitsbehälter besitzt die Form einer Kugel und ist aus Baustahl mitt­ lerer 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 verschlos­ sen ist, liegt somit senkrecht zur Wand 1. Diese Stirn­ fläche 4 ist auf dem eine Traverse bildenden kürzeren Schenkel 6 eines U-förmigen Halteelementes 5 aufge­ schweißt. 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 senk­ recht 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 Fig. 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 gele­ gen 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 vor­ gegebene Auslegungsgrenzen hinaus, beginnt sich die Behälterwand 1 zu längen. Im Bereich elastischer und geringer plastischer Verformungen des Sicherheits­ behälters bzw. seiner Wandung 1 bleibt das Entlastungs­ rohr 2 geschlossen. Erst bei etwa 0,5% Sicherheitsbe­ hälterdehnung wird die Sollbruchstelle 11 über die Zug­ stange 13 aufgerissen, indem das Halteelement 5 durch die Hebelwirkung des größeren Schenkels 6 am Biegegelenk 9 aufgebogen wird. Bei etwa 2% Sicherheitsbehälter­ dehnung wird dann bei einem Entlastungsrohrdurchmesser von 200 mm bereits ein Ausströmquerschnitt von 200 cm² in Form des Ringspaltes 19 frei. Durch eine andere Ein­ stellung 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 di­ mensioniert, daß die Sollbruchstelle bei einer plasti­ schen 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

Claims (1)

1. Entlastungsvorrichtung für Druckbehälter, vorzugsweise für den Sicherheitsbehälter eines Druckwasserkernreaktors, mit einem, den Druckbehälter nach außen bei Überdruck öffnenden Zerreiß­ glied wobei der Bruch der Sollbruchstelle des Zerreißgliedes durch Deformation des Druckbehälterkörpers direkt durch diesen mechanisch herbeigeführt wird, 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 Stirnflä­ che (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) ange­ schweißt,
   • c) das Entlastungsrohr (2) durchdringt den längeren Schenkel (8) und ist sowohl mit ihm, als auch stirnseitig an dem kürzeren Schenkel (6) anliegend, mit diesem fest verschweißst,
   • d) die Sollbruchstelle in Form einer umlaufenden Wandstärke­ verringerung (11) des Entlastungsrohres (2) ist zwischen den beiden Schenkeln (6, 8) gelegen,
   • e) das Fußteil (7) des U-förmigen Halteelementes (5) ist mit einem Biegegelenk (9) versehen,
   • f) an dem kürzeren, nicht mit der Behälterwand (1) ver­ schweißten Schenkel (6) des U-förmigen Halteelementes (5) ist eine Zugstange (13) mit ihrem einen Ende (15) befe­ stigt,
   • g) das andere Ende (16) der Zugstange (13) ist mit der Innen­ seite der Behälterwand (1) starr verbunden, wobei die Zugstange (13) eine Sehne bildet und die Behälterbewegung am Lagerblock 18 mitmacht,
   • h) die Zugstange (13) ist so dimensioniert, daß die Sollbruch­ stelle (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 die Belastung der Zugstange (13) jedoch im elastischen Bereich verbleibt.