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DE3323083A1 - Boiling water reactor - Google Patents

Boiling water reactor

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Publication number
DE3323083A1
DE3323083A1 DE19833323083 DE3323083A DE3323083A1 DE 3323083 A1 DE3323083 A1 DE 3323083A1 DE 19833323083 DE19833323083 DE 19833323083 DE 3323083 A DE3323083 A DE 3323083A DE 3323083 A1 DE3323083 A1 DE 3323083A1
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DE
Germany
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pump
boiling water
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reactor
water reactor
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DE19833323083
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German (de)
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Dieter Dipl.-Ing. 8757 Karlstein Seeliger
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Siemens AG
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Kraftwerk Union AG
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Publication date
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    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
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    • GPHYSICS
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    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
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Abstract

In boiling water reactors having a reactor core (2) and a reactor pressure vessel (3) enclosing the latter at a distance, it is usual to provide coolant circulation in the annular space (6) between the reactor core (2) and the reactor pressure vessel (3) by means of a pump (15) seated in a horizontal partition (16). Arranged in the partition (16) is at least one valve (24) which closes an opening (27) situated parallel to the pump (15) in terms of flow, as long as the pump (15) is operating. The opening (27) improves the natural circulation in the case when the pump fails. <IMAGE>

Description

SiedewasserreaktorBoiling water reactor

Die Erfindung betrifft einen Siedewasserreaktor mit einem Reaktorkern und einem diesen mit Abstand einschließenden Reaktordruckbehälter und mit Kühlmittelumwälzung durch eine Pumpe im Ringraum zwischen dem Reaktorkern und dem Reaktordruckbehälter, die an einer horizontalen Trennwand sitzt.The invention relates to a boiling water reactor with a reactor core and a reactor pressure vessel enclosing this at a distance and with coolant circulation by a pump in the annular space between the reactor core and the reactor pressure vessel, which sits on a horizontal partition.

Siedewasserreaktoren der oben genannten Art sind zum Beispiel in dem Buch "VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970", Seiten 78 und 79 beschrieben. Dabei sind die verschiedenen Anordnungen und Ausbildungen der Pumpe schematisch gegenübergestellt, nämlich externe Pumpen, interne Strahlpumpen und interne Motorpumpen.Boiling water reactors of the type mentioned above are for example in the Book "VGB nuclear power plant seminar 1970", pages 78 and 79 described. Are there the various arrangements and designs of the pump are shown schematically opposite one another, namely, external pumps, internal jet pumps, and internal motor pumps.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Störanfälligkeit solcher Siedewasserreaktoren zu verbessern, denn die durch die Pumpe hervorgerufene Umwälzung zur Abfuhr der Wärme aus dem Reaktorkern ist durch die Trennwand erschwert, wenn die Pumpe ausfällt. Außerdem soll eine möglichst einfache Bauweise des Reaktors erreicht werden, weil ein solcher Siedewasserreaktor insbesondere für den Export in Entwicklungsländer ohne komplexe und empfindliche Kernkraftwerkskomponenten auskommen soll.The invention is based on the task of reducing the susceptibility to failure of such To improve boiling water reactors, because the circulation caused by the pump to dissipate the heat from the reactor core is made more difficult by the partition, if the pump fails. In addition, the construction of the reactor should be as simple as possible can be achieved because such a boiling water reactor is particularly suitable for export get by without complex and sensitive nuclear power plant components in developing countries target.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Trennwand mindestens ein Ventil angeordnet ist, das eine zur Pumpe strömungstechnisch parallel liegende Öffnung verschließt, solange die Pumpe arbeitet. Damit wird eine Möglichkeit für einen verstärkten Naturumlauf geschaffen, der bei einem Ausfall der Pumpe noch eine ausreichende Notkühlung gewährleistet. Der durch die Trennwand gegebene Strömungswiderstand wird nämlich durch das als Rückschlagorgan wirkende Ventil verringert.According to the invention it is provided that in the partition wall at least a valve is arranged, the one lying fluidically parallel to the pump The opening closes as long as the pump is working. This becomes a opportunity created for increased natural circulation, which still occurs in the event of a pump failure sufficient emergency cooling is guaranteed. The flow resistance given by the partition is namely reduced by the valve acting as a non-return device.

Die Leistungsdichte im Kern kann somit entsprechend den kernphysikalischen Möglichkeiten, nämlich gemäß der Neutronenflußverteilung und der maximalen linearen Stableistung gewählt werden, weil sie nicht mehr durch das transiente thermohydraulische Verhalten beim Pumpenausfall begrenzt ist. Das Ventil kann bei Ausfall der Pumpe selbsttätig öffnen, weil sich dann die Druckverhältnisse an der Trennwand ändern.The power density in the core can thus correspond to the core physical Possibilities, namely according to the neutron flux distribution and the maximum linear Rod output can be chosen because it is no longer due to the transient thermohydraulic Behavior in the event of a pump failure is limited. If the pump fails, the valve can open automatically because the pressure conditions on the partition then change.

Zu diesem Zweck kann es so ausgebildet sein, daß es durch den Arbeitsdruck der Pumpe geschlossen ist. Es ist aber im Prinzip auch möglich, das Arbeiten der Pumpe oder ihres Antriebsmotors meßtechnisch zu erfassen und zur Steuerung des Ventils heranzuziehen.For this purpose it can be designed in such a way that it is affected by the working pressure the pump is closed. In principle, however, it is also possible to have the To detect the pump or its drive motor by measurement and to control the valve to use.

Bei Siedewasserreaktoren mit einer Strahlpumpe kann das Ventil durch den Treibdruck der Strahlpumpe geschlossen werden. Dabei erhält man eine besonders günstige Ausführung des Siedewasserreaktors, wenn der Treibdruck der Strahlpumpe durch eine Speisewasserpumpe erzeugt wird. Diese kostengünstige Ausbildung eines Siedewasserreaktors wäre ohne das erfindungsgemäße Ventil kaum möglich, weil das Auslaufverhalten der Speisewasserpumpe wegen des erforderlichen hohen Förderdruckes sehr kurz ist. Ohne zusätzliche Öffnung in der Trennwand entstünde damit die Gefahr eines Brennstoffschadens infolge kurzzeitiger Uberhitzung der Brennstabhüllen durch partielles Auftreten von Filmverdampfung.In boiling water reactors with a jet pump, the valve can through the driving pressure of the jet pump can be closed. You get a special one favorable design of the boiling water reactor, if the driving pressure of the jet pump is generated by a feed water pump. This inexpensive training one Boiling water reactor would hardly be possible without the valve according to the invention, because that Leakage behavior of the feed water pump due to the required high delivery pressure is very short. Without an additional opening in the partition wall, the danger would arise fuel damage as a result of brief overheating of the fuel rod cladding partial occurrence of film evaporation.

Das Ventil kann einen eigenen Steuerkolben zur Betäti- gung durch den Pumpendruck aufweisen. Es ist aber auch denkbar, daß man das Verschlußorgan des Ventils selbst als Kolben wirken läßt. Jedoch ist der erste Fall besser und vor allen Dingen schneller steuerbar, da man die Betätigungskräfte unabhängig vom Durchlaßquerschnitt des Ventils gestalten kann.The valve can have its own control piston for actuation supply by the pump pressure. But it is also conceivable that the closure member of the valve itself can act as a piston. However, the first case is better and Above all, it can be controlled faster, since the actuation forces are independent of the Can shape the passage cross section of the valve.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausftihrungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 einen Siedewasserreaktor nach der Erfindung in einer vereinfachten Darstellung als Vertikalschnitt. Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Ringraum mit einer Pumpe und einem parallel liegenden Ventil. In Fig. 5 ist ein Ventil in größerem Maßstab in einem Vertikalschnitt dargestellt.For a more detailed explanation of the invention is based on the enclosed Drawing a Ausftihrungsbeispiel described. 1 shows a boiling water reactor according to the invention in a simplified representation as a vertical section. The fig. 2 shows a section from the annular space with a pump and a parallel one Valve. In Fig. 5, a valve is shown on a larger scale in a vertical section.

Der Siedewasserreaktor 1 nach Fig. 1 besitzt einen Reaktorkern 2, der in der Achse des zylindrischen Reaktordruckbehälters 3 untergebracht ist. Der Kern 2 wird von einem Kernmantel 4 umschlossen. Dieser bildet mit der zylindrischen Wand 5 des Reaktordruckbehälters einen Ringraum 6.The boiling water reactor 1 according to FIG. 1 has a reactor core 2, which is housed in the axis of the cylindrical reactor pressure vessel 3. Of the Core 2 is enclosed by a core jacket 4. This forms with the cylindrical Wall 5 of the reactor pressure vessel has an annular space 6.

Der Reaktordruckbehälter 3 ist mit einem Deckel 10 verschlossen. Unterhalb des Deckels ist eine Frischdampfleitung 11 angebracht, die zu einer nicht dargestellten Turbine führt. Von dem der Turbine nachgeschalteten, ebenfalls nicht dargestellten Kondensator führt eine Speisewasserleitung 12 mit einer Speisewasserpumpe 13 in den Reaktordruckbehälter 3.The reactor pressure vessel 3 is closed with a cover 10. Below the cover is attached to a live steam line 11, which leads to a not shown Turbine leads. Of the one downstream of the turbine, also not shown Condenser leads a feed water line 12 with a feed water pump 13 in the reactor pressure vessel 3.

Das Speisewasser dient als Treibmittel für eine Strahlpumpe 15, die in einer horizontalen Trennwand 16 im Ringraum 6 angeordnet ist. Die Trennwand 16 ist eine ebene Platte. Sie könnte aber auch konisch gestaltet sein. Die Strahlpumpe 15 umfaßt einen Diffusor 18, einen Mischraum 19, eine Fangdüse 20 und eine Treibdüse 21, die an die Speisewasserleitung 12 angeschlossen ist.The feed water serves as a propellant for a jet pump 15, which is arranged in a horizontal partition 16 in the annular space 6. The partition 16 is a flat plate. But it could also have a conical shape. The jet pump 15 comprises a diffuser 18, a mixing space 19, and a collecting nozzle 20 and a propulsion nozzle 21 which is connected to the feed water line 12.

In der Trennwand 16 ist strömungstechnisch parallel zur Pumpe 15 ein Rückschlagorgan 24 angeordnet. Es umfaßt in der vereinfachten Darstellung der Fig. 1 ein Gehäuse 25 und ein bewegliches Ventilglied 26, das eine Öffnung 27 im Gehäuse verschlossen hält, solange die Pumpe 15 arbeitet. Deshalb kann unterhalb der Trennwand 16 ein Uberdruck aufgebaut werden, der das im Reaktordruckbehälter 3 bis zum Spiegel 28 stehende Kühlwasser in Richtung der Pfeile 29 durch den Kern 2 drückt. Fällt dagegen die Pumpe 15 aus, so öffnet das Rückschlagventil 24. Durch die Öffnung 27 ist dann die von der Trennwand 16 ausgehende Behinderung der natürlichen Kühlmittel strömung verringert, die durch die Kaminwirkung des Kernbehälters 4 zustande kommt und als Naturumlauf bezeichnet wird.In the partition wall 16 is a flow technology parallel to the pump 15 Non-return member 24 arranged. In the simplified representation of FIG. 1 a housing 25 and a movable valve member 26 which has an opening 27 in the housing keeps closed as long as the pump 15 is working. Therefore, below the partition 16 an overpressure can be built up, which is in the reactor pressure vessel 3 up to the level 28 pushes standing cooling water through the core 2 in the direction of the arrows 29. Falls on the other hand, if the pump 15 is switched off, the check valve 24 opens through the opening 27 is then the hindrance of the natural coolant emanating from the partition wall 16 Reduced flow that comes about by the chimney effect of the core container 4 and is called natural circulation.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß das bewegliche Ventilglied 26 ein Ventilteller ist, der durch eine Kolbenstange 30 mit einem Antriebskolben 31 verbunden ist.In Fig. 2 it can be seen that the movable valve member 26 is a valve disk which is connected to a drive piston 31 by a piston rod 30.

Der Antriebskolben 31 sitzt in einem Zylinder 32, dessen Unterseite über eine Leitung 33 mit der Speisewasserleitung 12 verbunden ist. Deshalb sorgt der Druck in der Speisewasserleitung 12, der von der Förderpumpe 13 aufgebracht wird, für eine Haltekraft, die den Ventilteller 26 in der gezeichneten Schließstellung hält. Fällt dagegen die Speisewasserpumpe 13 aus, so fällt der Ventilteller 26 unter der Einwirkung seines Eigengewichts in die bei 26' dargestellte strich- punktierte Lage. Damit wird die Öffnung 27 freigegeben, so daß sich ein Durchfluß in Richtung der gestrichelt gezeichneten Pfeile 35 einstellt.The drive piston 31 is seated in a cylinder 32, the underside of which is connected to the feed water line 12 via a line 33. Therefore cares the pressure in the feed water line 12, which is applied by the feed pump 13 is, for a holding force that the valve plate 26 in the drawn closed position holds. If, on the other hand, the feed water pump 13 fails, the valve disk 26 falls under the effect of its own weight in the line shown at 26 ' dotted Location. So that the opening 27 is released, so that a flow in the direction the dashed line arrows 35 sets.

In Fig. 3 ist zu sehen, daß das Gehäuse 25 unten mit einem Flansch 36 endet, der mit Schrauben 37 auf die Trennwand 16 gedrückt werden kann, in der ein entsprechender Ausschnitt vorgesehen ist.In Fig. 3 it can be seen that the housing 25 at the bottom with a flange 36 ends, which can be pressed with screws 37 on the partition 16, in the a corresponding cutout is provided.

An der Oberseite des Gehäuses 25 sind Schrauben 40 angeordnet, die als Stehbolzen für die Befestigung des Zylinders 32 sorgen. Der Zylinder 32 ist mit einem Sensor 41 zur magnetischen Feststellung der Lage des Antriebskolbens 31 versehen, so daß über eine Leitung 43 eine Stellungsmeldung geliefert wird. In der Zylinderwand können Bohrungen 44 vorgesehen sein. Sie bestimmen mit ihrer Durchlaßfläche im Verhältnis zu dem Querschnitt der Leitung 33 den Druck unter dem Kolben 31 und damit die Schnelligkeit des Abfalls des Ventiltellers 26 nach dem Ausfall der Speisewasserpumpe 13.On the top of the housing 25 screws 40 are arranged, the ensure that the cylinder 32 is fastened as a stud bolt. The cylinder 32 is with a sensor 41 for magnetic determination of the position of the drive piston 31 provided, so that a position report is delivered via a line 43. In the Bores 44 can be provided in the cylinder wall. You determine with their passage area in relation to the cross section of the line 33 the pressure under the piston 31 and thus the rapidity of the fall of the valve disk 26 after the failure of the feed water pump 13th

Beim Ausführungsbeispiel wurde der Einfachheit halber ein Siedewasserreaktor beschrieben, in dessen Trennwand 16 eine Pumpe 15 und ein Ventil 24 als Rückschlagorgan vorgesehen sind. Die Erfindung ist aber auch so vorteilhaft zu verwirklichen, daß mehrere Ventile 24 parallel zu gegebenenfalls mehreren Pumpen 15 vorgesehen sind. Die Pumpen 15 müssen auch nicht in der dargestellten Form einer Strahlpumpe ausgebildet sein.In the exemplary embodiment, a boiling water reactor was used for the sake of simplicity described, in the partition 16, a pump 15 and a valve 24 as a non-return member are provided. The invention can also be implemented so advantageously that a plurality of valves 24 are provided in parallel with, if appropriate, a plurality of pumps 15. The pumps 15 also do not have to be designed in the form of a jet pump shown be.

Vielmehr kann die mit der Erfindung erreicht Verbesserung des Naturumlaufs die Ausfallsicherheit auch dann steigern, wenn motorisch betriebene Pumpen an der Trennwand sitzen.Rather, the improvement in natural circulation achieved with the invention can be achieved Increase the reliability even if motor-driven pumps are connected to the Partition sit.

5 Patentansprüche 3 Figuren - Leerseite -5 claims 3 figures - blank page -

Claims (5)

PatentansPruche Ol Siedewasserreaktor mit einem Reaktorkern und einem diesen mit Abstand einschließenden Reaktordruckbehälter und mit Kuhlmittelumwälzung durch eine Pumpe im Ringraum zwischen dem Reaktorkern und dem Reaktordruckbehälter, die in einer horizontalen Trennwand sitzt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der Trennwand (16) mindestens ein Ventil (24) angeordnet ist, das eine zur Pumpe (15) strömungstechnisch parallel liegende Öffnung (27) verschließt, solange die Pumpe (15) arbeitet.Patent claims oil boiling water reactor with a reactor core and a this at a distance enclosing reactor pressure vessel and with coolant circulation by a pump in the annular space between the reactor core and the reactor pressure vessel, which is seated in a horizontal partition wall, d u n g e k e n n z e i c h n e t that on the partition (16) at least one valve (24) is arranged, the one the opening (27), which is fluidically parallel to the pump (15), closes as long as the pump (15) works. 2. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventil (24) durch den Arbeitsdruck der Pumpe (15) geschlossen wird.2. Boiling water reactor according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the valve (24) is closed by the working pressure of the pump (15) will. 3. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Strahlpumpe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventil (24) durch den Treibdruck der Strahlpumpe (ins) geschlossen wird.3. Boiling water reactor according to claim 1 or 2 with a jet pump, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the valve (24) by the driving pressure the jet pump (ins) is closed. 4. Siedewasserreaktor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Treibdruck der Strahlpumpe (15) durch eine Speisewasserpumpe (13) erzeugt wird.4. boiling water reactor according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the driving pressure of the jet pump (15) is generated by a feed water pump (13) is generated. 5. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventil (24) einen Steuerkolben (31) zur Betätigung durch den Pumpendruck aufweist.5. Boiling water reactor according to claim 1 to 4, d a -d u r c h g e k It is noted that the valve (24) has a control piston (31) for actuation by the pump pressure.
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