DE2033756B2 - Siedewasserreaktoranlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Siedewasserreaktoranlage mit in einem Druckgefäß unterhalb des Wasserspiegels eines Wasserraumes angeordnetem Reaktorkern sowie mit mindestens einer im Druckgefäß angeordneten Umwälzpumpe, die durch eine mit Speise- 6s wasser betätigte Wasserturbine angetrieben ist-

Hs ist bereits in der deutschen Austegeschrift 921 903 vorgeschlagen worden, bei einer Siedewasserreaktoranlage die Umwälzpumpe durch eine Wasserturbine anzutreiben, die mit Speisewasser betrieben wird. Dadurch wird insofern eine vorteilhafte Ausführung gewonnen, als die sonst komplizierten Dichtungen zwischen der Umwälzpumpe und ihrem Antrieb entfallen können.

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung dieses Vorschlages und hat eine Anlage zum Ziel, welche einfacher ist als die bisherigen Anlagen dieser Art, und zwar insbesondere dadurch, daß eine kleinere Anzahl von Stutzen am Druckgefäß benötigt wird. Gleichzeitig soll die Sicherheit der Anlage durch den Entfall von Stutzen erhöht werden, da die Stutzen von Druckgefäßen besonders gefährdete Bereiche darstellen. Dabei soll auch eine einfachere Wartung des Reaktors und ein einfacherer Ausbau der Pumpe möglich sein. Insbesondere soll die Notwendigkeit entfallen, vor dem Ausbau der Pumpe das Druckgefäß vollständig zu entleeren.

Die erfindungsgemäße Siedewasserreaktoranlage, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserturbine an einem in an sich bekanruer Weise unterhalb des Wasserspiegels im Druckgefäß, jedoch über dem Reaktorkern befindlichen Anschlußstutzen angeordnet ist, daß in an sich bekannter Weise die Antriebswelle für die Umwälzpumpe durch den Stutzen hindurchgeführt ist, und daß innerhalb des Stutzens mindestens ein Kanal für die Einführung von aus der Turbine austretendem Speisewasser in den Wasserraum des Reaktors vorgesehen ist.

In diesem Zusammenhang muß darauf hingewiesen werden, daß es z. B. aus den französischen Patentschriften 1525 013, 1556 250 und der Zeitschrift »Atomkernenergie«. 1969, S. i53, bekannt ist, Antriebswellen von Laufrädern von Umwälzpumpen durch Stutzen von Druckgefäßen hindurchzuführen. In diesen Fällen handelt es sich jedoch um Antriebe mit Elektromotoren, welche die erwähnten komplizierten Dichtungen benötigen.

Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung ist es möglich, mit einer minimalen Anzahl der Anschlußstutzen am Druckgefäß auszukommen. Für die Antriebsturbinen und ihre Wellen können Anschlußstutzen verwendet werden, die sonst am Druckgefäß des Reaktors für die Zufuhr von Speisewasser vorgesenen sind. Diese befinden sich über dem Reaktorkern und in der Nähe des Wasserspiegels des Wasserraumes, damit die Thermosyphonwirkung des kälteren Speisewassers ausgenützt werden kann. Für die Umwälzpumpen ergibt sich dabei der Vorteil, daß für eine Reparatur der Turbine oder der Pumpe der Wasserspiegel nur unter die Höhe der Umwälzpumpe gesenkt zu werden braucht, so daß der Reaktorkern unter Wasser bleiben kann. Auch der Wegfall zusätzlicher Anschlußstutzen für die Turbine spielt eine bedeutende Rolle, da die Anschlußstutzen bezüglich ihrer Herstellung teuer sind und gefährdete Bereiche des Druckgefäßes darstellen, da an ihnen komplizierte Spannungszustände bestehen und meistens nur mit großem Aufwand kontrollierbare Schweißnähte erforderlich sind.

Vorzugsweise kann dabei die Anordnung so getroffen werden, daß das Laufrad der Umwälzpumpe durch den Anschlußstutzen nach außen ausgebaut werden kann. Dadurch wird insbesondere die erwähnte Reparatur einer Umwälzpumpe wesentlich erleichtert.

Gleichzeitig kann der Anschlußstutzen einen Kanal für die Zufuhr von Speisewasser in den Wasserraum des Reaktors unter Umgehung der Turbine aufweisen. Dadurch werden besondere öffnungen oder Stutzen im Druckgefäß gespart. Unter Umständen kann der Kanal im Anschlußstutzen der gleiche Kanal sein, durch welchen bereits das aus der Turbine austretende Speisewasser strömt.

Vorzugsweise kann das Speisewasser der Umwälzströmung im Druckgefäß innerhalb der Umwälzpumpe beigemischt werden. Dadurch wird eine besonders einfache Ausführung erhalten, welche unter Umständen noch weitere Vorteile bietet.

So kann durch eine Beimischung vor dem Pumpenlaufrad die Wassermenge, welche durch die Pumpe fließt, abgekühlt werden, was zu einer Vergrößerung der zur Verfugung stehenden thermi'chen Saughöhe führt, da der Dampfdruck des umgewälzten Wassers an dieser Stelle gesenkt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführung kann die Umwälzpumpe auf der Eintrittsseite mit Leitschaufeln versehen sein, die nach außen in den Förderstrom mündende Kanäle aufweisen, welche an den Kanal für die Zufuhr von Speisewasser angeschlossen sind. Bei einer derartigen Anordnung wird durch einfache «5 Mittel eine sehr gleichmäßige Vermischung des Speisewassers mit der Umwälzströmung erhalten, die für den vorher genannten Zweck einer Vergrößerung der Saughöhe der Pumpe vorteilhaft ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung kann das Laufrad der Umwälzpumpe mit in den Schaufeln ausgebildeten Kanälen versehen sein, die nach außen in den Förderstrom münden, an den Kanal für die Einfür Tang des Speisewassers angeschlossen sind und derart angeordnet sind, daß sie zur Bildung einer Strömungsschicht von Speisewasser entlang der Oberfläche der Schaufel dienen. Dadurch wird auf besonders wirksame Weise eine Erhöhung der Saughöhe der Pumpe erzielt, da gezielt die betreffenden Bereiche der Pumpe gekühlt werden, an welchen die Gefahr einer Dampfblasenbildung besteht. Das übrige Speisewasser kann dabei in den Diffusor der Umwälzpumpe, d. h. nach dem Laufrad, eingeführt werden. Das Speisewasser wird somit nicht durch die Pumpe geleitet, so daß diese kleiner dimensioniert sein Kann.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt eines Siedewasserreaktors mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Umwälzpumpen,

F i g. 2 einen Schnitt einer möglichen Ausführung einer Umwälzpumpe beim Reaktor nach der Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt einer anderen Ausführung der Umwälzpumpe mit ihrem Antrieb,

F i g. 4 einen Schnitt einer besonders vorteilhaften Ausführung der Umwälzpumpe und ihres Antriebes bei einem Kernreaktor nach der F i g, 1 und

Fig. 5 eine ftwas abgeänderte Ausführung der Umwälzpumpe aus der F i g. 3.

In der Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt eines Siedewasserreaktors mit einem Druckbehälter 1, einem Reaktorkern 2, einem Dampfabscheider 3 und mehreren Umwälzpumpen 4 dargestellt, die unter- 6s halb des Wasserspiegels S im Behälter 1, jedoch über dem Reaktorkern 2 angeordnet sind. Die Wellen der in der F i g. 1 nicht dargestellten Laufräder der Umwälzpumpen sind durch Anschlußstutzen 6 durchgeführt, an denen Gehäuse 7 von Wasserturbinen befestigt sind, die zum Antrieb der Laufräder der Pumpen 4 dienen, Die Gehäuse 7 enthalten Rohranschlüsse 8 und 9, die beide zur Zufuhr von Speisewasser dienen, und zwar die einen von Speisewasser für den Antrieb der Turbinen und die anderen zur direkten Einführung des Speisewassers in den Reaktor unter Umgehung der Turbinen. In der F i g. 1 sind noch durch Pfeile die Strömungsrichtungen der Umwälzströmung im Wasserraum des Reaktors sowie die des zugeführten Speisewassers dargestellt.

Die F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Umwälzpumpe und ihre Antriebsturbine bei einer Reaktoranlage nach der Fig. 1. Die der Fig. 1 entsprechenden Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, befinden sich im Turbinengehäuse 7, das durch einen Deckel 10 abgeschlossen ist, Turbinenelemente 11 mit einem Lager 12 für eine Welle 13 sowie ein Laufrad 14 der Wasserturbine. Das andere Ende der Welle 13 ist in einem Lager 15 in einem Pumpengehäuse 16 gelagert und trägt ein Laufrad 17. Das Pumpengehäuse 16 ist vor dem Laufrad, in der Strömungsrichtung des umgewälzten Wassers betrachtet, mit feststehenden Vorleitschaufeln 18 versehen, von denen jede eine Bohrung 20 sowie quer dazu nach außen führende Bohrungen 21 aufweist.

Wie in der F i g. 2 durch einen Pfeil P angedeutet ist, strömt das aus dem Laufrad 14 der Turbine austretende Speisewasser durch einen Ringraum 22 in einen damit verbundenen Ringraum 23 im Anschlußstutzen 6. Der Ringraum 23 ist gleichz;itig an die Zuführleitung 9 für Speisewasser angeschlossen. Aus dem Ringraum 23 gelangt das aus dem Laufrad 14 der Turbine austretende bzw. das durch die Leitung 9 zugeführte Speisewasser in die Bohrungen 20 der Schaufeln und aus diesen durch die Bohrungen 21 in die durch die Pumpe 4 führende Umwälzströmung.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführung dienen die gleichen Anschlußstutzen 6 zur Befestigung der Antriebsturbir.sn für die Umwälzpumpen wie auch für die Zufuhr von Speisewasser. Dadurch werden besondere Stutzen für die Antriebswellen der Umwälzpumpen zusammen mit ihren Dichtungen vermieden. Bei der in der F i g. 2 dargestellten Ausführung wird zusätzlich der Vorteil erhalten, daß die Umwälzströmung in der Pumpe durch die Beimischung von kühlerem Speisewasser abgekühlt wird, so daß in der Pumpe die Gefahr der Entstehung von Dampfblasen, welche die Saugwirkung der Pumpe verschlechtern, vermindert wird. Das ist insbesondere beim in der F i g. 1 dargestellten Fall wichtig, wo sich die Umwälzpumpen über dem Reaktorkern 2 und unterhalb des Wasserspiegels 5 befinden. An dieser Stelle, die aus betriebstechnischen Gründen vorteilhaft ist, da zum Ausbau der Pumpen η ar eine Senkung des Wasserspiegels im Reaktor erforderlich ist, haben die Umwälzpumpen nur einen geringen Zulaufdruck. Durch die dargestellte Ausführung wird die Entstehung von Dampfblasen unterdrückt und dadurch unter Umständen eine richtige Funktion der Umwälzpumpen überhaupt erst ermöglicht.

In der F i g. 3 ist eine im wesentlichen der F i g. 2 entsprechende Ausführung dargestellt, bei welcher jedoch das Gehäuse einer Pumpe 30 gegenüber dom Gehäuse der Pumpe 4 aus der F i g. 2 umgekehrt ist,

so daß ihre Lage der in der F i g. 1 dargestellten Stellung entspricht. Bei dieser Ausführung ist das Lauf' rad 14 der Turbine an einer Hohlwelle 31 befestigt, die eine Bohrung 32 aufweist. Durch die Bohrung 32 gelangt das unter Umgehung der Turbine zugeführte Speisewasser aus der Leitung 8 in einen Gehäuseteil 33 der Umwälzpumpe 30. Das Gehäuse der Pumpe 30 ist auch in diesem Falle mit feststehenden Vorleitschaufeln 34 versehen, die Bohrungen 35, 36 aufweisen. Das durch das Laufrad 14 der Turbine strö- \o mende Speisewasser gelangt durch einen Ringraum 37 ebenfalls in den Gehäuseteil 33. Aus dem Gehäuseteil 33 strömt das Speisewasser durch die Kanäle 35 und 36 nach außen und wird der Umwälzströmung vor dem Laufrad 38 der Umwälzpumpe beigemischt. Die Arbeitsweise und Wirkung der Ausführung nach der F i g. 3 sind im übrigen gleich wie die der Ausführung nach der F i g. 2.

In der Fig. 4 ist eine weitere Ausführung im Schnitt dargestellt. Der linke Teil der Figur mit dem ao Stutzen 6 und der Antriebsturbine ist gleich wie bei der Ausführung nach der F i g. 2 und ist mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Pumpe 40 ist ähnlich wie bei der Ausführung nach der F i g. 3 angeordnet. Sie enthält ein Laufrad 41, das Kanäle 42. 43 und 44 aufweist, die aus der Nabe des Laufrades in die Schaufeln und aus diesen nach außen führen. Die Kanäle 42. 43. 44 sind an eine axiale Bohrung 45 der Welle 13' angeschlossen, die durch eine radiale Bohrung 46 mit aus dem Laufrad 14 der Turbine austretendem Speisewasser versorgt wird.

Bei der dargestellten Ausführung enthält die Pumpe 40 einen Diffusor 47. der getrennte Strömungskanäle 48 für die Umwälzströmung und 49 für das zugeführte Speisewasser enthält.

Bei der Ausführung nach der F i g. 4 wird das Speisewasser der Umwälzströmung erst nach dem Laufrad 41 der Umwälzpumpe 40 beigemischt. Es braucht eine kleinere Menge von Wasser umgewälzt zu werden, so daß die Pumpe und mit ihr auch die Antriebsturbine kleiner sein können. Dabei entfällt jedoch die vorteilhafte Wirkung der Kühlung der durch die Pumpe führenden Strömung. Es sind daher im Laufrad 41 die Kanäle 42 bis 44 ausgebildet, welche zur Zufuhr von kühlem Speisewasser in die +5 Schaufeln dienen. Das aus den Kanälen 44 nach außen austretende Speisewasser bildet eine Strömungsschicht, die sich entlang der Oberfläche der Schaufel erstreckt und auf diese Weise gezielt den Bereich kühlt, in welchem die Gefahr der Bildung von Dampfblasen besteht. Bei dieser Ausführung wird zur Erzielung der gleichen Wirkung bezüglich der Unterdrückung von Dampfblasen eine kleinere Kühlwassermenge in Form von Speisewasser benötigt.

Die F.inlaufstutzen der Umwälzpumpen nach den F i g. 2. 3 und 4 können achssymmetrisehe Rotationskörper sein, oder sie können, entsprechend der Darstellung in der Fi g. 1, nur nach oben offene Einlauftrichter bilden. Entsprechend der Darstellung in der F i g. 5 ist auch fine Ausführung mit einer axialen Einströmung möglich.

In der F i g. 5, die als eine abgeänderte Ausführung der Anordnung aus dem rechten Teil der F i g. 3 zu verstehen ist. enthält die Pumpe 30 einen Saugstutzen 50, der einen hohlen, inneren Körper 51 aufweist, dessen Hohlraum an die Bohrung 32 der Hohlwelle 31 angeschlossen ist. Gleichzeitig steht der Hohlraum des inneren Körpers 51 mit dem Ringraum 37 in Verbindung. Zwischen dem inneren Körper 51 und einem äußeren Mantel 52 sind Leitschaufeln 53 angeordnet, weiche radiale Bohrungen 54 sowie daran anschließende, nach außen führende Bohrungen 55 aufweisen, durch welche das durch die Kanäle 32 und 37 zugeführte Speisewasser der durch die Pumpe 30 führenden Umwälzströmung beigemischt werden kann. Die Funktion der Ausführung nach der F i g. 5 ist im übrigen gleich wie die der vorher beschriebenen Ausführungen.

Es versteht sich, daß bei der Ausführung nach der F i g. 4 wie auch den Ausführungen nach den F i g. 2 und 3 auch andere Arten der Kühlung der Schaufeln bzw. der an ihnen vorbeiführenden Strömung verwendet werden können.

Wie aus den F i g. 2 bis 5 ersichtlich ist, ist bei allen Ausführungen die Pumpe so ausgebildet, daß bei einem Ausbau des Gehäuses 7 gleichzeitig die Welle 13 bzw. 13', 31 zusammen mit dem Laufrad der Umwälzpumpe ausgebaut wird. Im Druckgefäß verbleibt nur das Pumpengehäuse mit dem Emiaufstutzen, den Leitschaufeln und dem Diffusor. Durch diese Maßnahme werden eventuelle Reparaturen des Pumpenlaufrades wesentlich erleichtert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Siedewasserreaktoranlage mit in einem Druckgefäß unterhalb des Wasserspiegels eines Wasserraumes angeordnetem Reaktorkern sowie mit mindestens einer im Druckgefäß angeordneten Umwälzpumpe, die durch eine mit Speisewasser betätigte Wasserturbine angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser- turbine (14) an einem in an sich bekannter Weise unterhalb des Wasserspiegels (5) im Druckgefäß (1), jedoch über dem Reaktorkern (2) befindlichen Anschlußstutzen (6) angeordnet ist, daß in an sich bekannter Weise die Antriebswelle (13, 13', 31) f'ir die Umwälzpumpe (4, 30, 40) durch den Stuuen (6) hindurchgeführt ist, und daß innerhalb des Stutzens (6) mindestens ein Kanal (22, 37) für die Einführung von aus der Turbine (14) austretendem Speisewasser in den Wasserraum des Reaktors vorgesehen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (17, 38, 41) der Umwälzpumpe (4, 30, 40) durch den Anschlußstutzen (6) nach außen ausbaubar ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, *-aß der Anschlußstutzen (6) einen Kanal (23, 32) für die Zufuhr von Speisewasser in den Wasserraum des Reaktors unter Umgehung der Turbine (14) aufweist.

4. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser der Umwälzströmung im Druckgefäß (1) innerhalb der Umwälzpumpe (4, 30, 40) beigemischt wird.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser der Umwälzströmung vor dem Pumpenlaufrad (17, 38) beigemischt wird.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe auf der Eintrittsseite mit Leitschaufeln (18, 34, 53) versehen ist, die nach außen in den Förderstrom mündende Kanäle (21, 36, 55) aufweisen, vv'rhe an den Kanal (22, 37) für die Zufuhr von Speisewasser angeschlossen sind.

7. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (41) der Umwälzpumpe (40) mit in den Schaufeln ausgebildeten Kanälen (42, 43, 44) versehen ist, die nach außen in den Förderstrom münden, an den Kanal (22) für die Einführung des Speisewassers angeschlossen sind und derart angeordnet sind, daß sie zur Bildung einer Strömungsschicht von Speisewasser entlang der Oberfläche der Schaufel dienen.

8. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser in den Diffusor (47) der Umwälzpumpe (40) eingeführt wird.