DE3836563A1 - Antriebssystem fuer eine kuehlmittelpumpe in einem atomkraftwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Antriebsmotor für eine Kühlmittelpumpe in einem Atomkraftwerk.

Fig. 1 zeigt das allgemein bekannte System eines Atomkraftwerkes mit Druckwasserreaktor. Dieses System enthält einen Sicherheitsbehälter 1, der die Teile 2 bis 7 eines Primärsystems umfaßt, wie es noch im einzelnen beschrieben wird. Das Bezugszei­ chen 2 bezeichnet einen Reaktorbehälter und das Be­ zugszeichen 3 eine Kühlmittelpumpe zum Zirkulieren eines Kühlmittels, z. B. Wasser, das die in dem Re­ aktorbehälter 2 erzeugte Wärme abführt. Die Kühlmit­ telpumpe 3 wird durch einen Antriebsmotor 4 ange­ trieben, und dieser Antriebsmotor 4 wird über ein Stromkabel 5 von außerhalb des Sicherheitsbehälters 1 gespeist. Mittels eines Druckbehälters 6 wird der Druck des Kühlmittels auf einem konstanten Wert ge­ halten, und in einem Dampfgenerator 7 wird Dampf zwecks Wärmeabführung aus dem Kühlmittel erzeugt. Über eine Zirkulationsleitung 8 wird das Kühlmittel oder der Dampf durch die Teile eines Sekundärsy­ stems 11 geführt, um eine Leistungsübertragung aus dem Sicherheitsbehälter 1 nach außen zu ermögli­ chen. Der Dampf wird einer Turbine 12 zugeführt, die wiederum einen Generator 13 antreibt. Mittels eines Entlüftungsventils 14 wird der Druck des Se­ kundärsystems 11 eingestellt, und außerdem ist ein Sicherheitsventil 15 vorgesehen, durch das Druck ab­ gelassen wird, wenn der Druck im Sekundärsystem 11 zu hoch wird. Ein Regler 16 regelt die Dampfmenge, und ein Bypass-Ventil leitet überschüssigen Dampf als Ergebnis der Einstellung des Reglers 16 ab. In einer Kondensationspumpe 18 wird das Kühlmittel im Sekundärsystem 11 wieder von Dampf in Wasser zurück­ verwandelt und einem Wassererhitzer 19 zugeführt, wo das Speisewasser wieder auf eine optimale Tempe­ ratur erhitzt wird. Eine Speisewasserpumpe 20 zir­ kuliert das Kühlmittel im Sekundärsystem 11, und ein Speisewasser-Steuerventil 21 stellt die Speise­ wassermenge ein.

Fig. 2 zeigt den detaillierten Aufbau des Antriebs­ motors 4 der Gesamtanordnung nach Fig. 1. Der Motor 4 weist eine Drehwelle 25 sowie ein auf dieser Dreh­ welle angeordnetes Schwungrad 26 auf. Darüberhinaus sind ein Rotor 27 A und ein Stator 27 B vorgesehen sowie eine Rückdrehsperre 28, mit der eine Rückwärtsdrehung der Drehwelle 25 verhindert wird. Im übrigen ist der Motor 4 ähnlich wie andere konventionelle Motoren aufgebaut, so daß er nicht näher beschrieben wird.

Nachfolgend soll die Funktion beschrieben werden. Die in dem Reaktorbehälter 2 erzeugte Wärme wird durch das in der Zirkulationsleitung 8 zirkulie­ rende Kühlmittel aufgenommen, wobei die Zirkulation durch die Kühlmittelpumpe 3 erfolgt, die durch den Antriebsmotor 4 angetrieben wird. Das Kühlmittel ge­ langt zum Dampfgenerator 7, der aufgrund des Wärme­ austausches Dampf erzeugt. Dieser erzeugte Dampf ge­ langt über die Zirkulationsleitung 8 in das Sekun­ därsystem 11 und treibt hier die Turbine 12 an, so daß der angetriebene Generator 13 elektrischen Strom erzeugt.

Wird die Stromversorgung zu dem Antriebsmotor 4 aus irgendeinem Grunde kurzfristig unterbrochen, so fin­ det keine Zirkulation des Kühlmittels und des Damp­ fes statt, so daß Temperatur und Druck im Reaktorbe­ hälter 2 schnell ansteigen, was zu einer erhebli­ chen Gefahr führt. Aus diesem Grunde ist in dem be­ schriebenen, bekannten System der Antriebsmotor 4 mit einem Schwungrad 26 versehen. Auf diese Weise läuft der Antriebsmotor durch die Trägheit des Schwungrades 26 für eine gewisse Zeit nach Ausfall der Stromversorgung weiter, so daß ein schnelles An­ steigen der Temperatur und des Druckes in dem Reak­ torbehälter 2 verhindert werden. Es müssen jedoch Maßnahmen ergriffen werden, um die Stromversorgung wiederherzustellen.

Beim Abschalten des Antriebsmotors 4 können auf die Kühlmittelpumpe 3 Gegenströme des Kühlmittels ein­ wirken und die Kühlmittelpumpe 3 sowie den Antriebs­ motor 4 in Gegenrichtung drehen, wenn keine Rück­ drehsperre 28 vorhanden wäre. Wenn bei einer sol­ chen Rückdrehung die Stromversorgung des Antriebs­ motors 4 wiederhergestellt wird, würde eine noch stärkere Aufheizung erfolgen und der Antriebsmotor 4 zerstört werden. Dementsprechend verhindert also die Rückdrehsperre 28 eine Rückdrehung der Kühlmit­ telpumpe 3 und des Antriebsmotors 4 auch dann, wenn ein Rückwärtsstrom des Kühlmittels erfolgt.

Bei dem beschriebenen Aufbau des Antriebsmotors für die Kühlmittelpumpe müssen das Schwungrad 26 und die Rückdrehsperre 28 innerhalb des Antriebsmotors 4 angeordnet sein, um einen kurzfristigen Stromaus­ fall zu überbrücken. Dies führt zu einem verhältnis­ mäßig großen Platzbedarf des Antriebsmotors 4, so daß der Sicherheitsbehälter 1 entsprechend groß be­ messen werden muß.

Da das Schwungrad 26 mit dem Antriebsmotor 4 gekup­ pelt ist, ist eine verhältnismäßig hohe Leistung beim Einschalten des Antriebsmotors 4 erforderlich, so daß der Querschnitt des Stromversorgungskabels 5 verhältnismäßig stark bemessen werden muß und der Sicherheitsbehälter 1 auch aus diesem Grunde größer auszulegen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, ein Antriebssystem für den Antriebsmotor einer Kühlmittelpumpe in einem Atomkraftwerk vorzuschla­ gen, bei dem der Antriebsmotor der Kühlmittelpumpe kompakt aufgebaut und der Querschnitt des Stromver­ sorgungskabels niedrig gehalten werden kann, so daß der Sicherheitsbehälter für den nuklearen Reaktorbe­ hälter deshalb nicht vergrößert zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß außer­ halb des Sicherheitsbehälters ein Schwungradgenera­ tor zum Speisen des Antriebsmotors vorgesehen ist.

Auf diese Weise wirkt der Schwungradgenerator außer­ halb des Sicherheitsbehälters gemäß der Erfindung als Motor, wenn die dem Antriebsmotor normalerweise über das Stromversorgungskabel zugeführte Energie des Stromnetzes vorhanden ist, so daß das Schwung­ rad in Drehung gehalten wird. Fällt jedoch die Stromversorgung über das Stromversorgungskabel kurz­ fristig aus, so wird der mit dem Schwungrad gekup­ pelte Generator durch die Trägheit der Schwungmasse weiter gedreht und versorgt den Antriebsmotor der Kühlmittelpumpe weiter mit Strom. Auf diese Weise kann trotz des Stromausfalls der Antriebsmotor der Kühlmittelpumpe für eine Weile weiter in Drehung ge­ halten werden, so daß ein schnelles Ansteigen der Temperatur und des Druckes im Reaktorbehälter ver­ mieden wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfin­ dung, bei der die Kühlmittelpumpe innerhalb des Si­ cherheitsbehälters, der den Reaktorbehälter ent­ hält, angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle zur Stromversorgung des An­ triebsmotors der Kühlmittelpumpe außerhalb des Si­ cherheitsbehälters vorgesehen ist, und daß eine Not­ stromquelle über einen Trennschalter mit der Strom­ quelle verbunden ist, um den Antriebsmotor der Kühl­ mittelpumpe in Notfällen wie Stromunterbrechungen mit Energie zu versorgen.

Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der An­ triebsmotor für die Kühlmittelpumpe innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordnet ist, und daß die Stromversorgung einschließlich Notstromversorgung außerhalb des Sicherheitsbehälters liegen. Da der Antriebsmotor der Kühlmittelpumpe gemäß der Erfin­ dung durch eine Notstromversorgung bei Stromausfäl­ len versorgt wird, ist ein mit dem Antriebsmotor ge­ kuppeltes Schwungrad nach dem Stand der Technik nicht erforderlich. Ist in der Stromversorgung ein Wechselrichter o. dgl. vorgesehen, so kann der Wiederanlauf aus einer Rückwärtsdrehung ohne Probleme erfolgen, so daß auch keine Rückdrehsperre erforderlich ist. Der Antriebsmotor kann also kompakt aufgebaut sein und der Querschnitt des Stromversorgungskabels kann klein bemessen sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den allgemeinen Aufbau eines Atomkraft­ werkes mit Druckwasserreaktor;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen bekannten An­ triebsmotor für die Kühlmittelpumpe;

Fig. 3 den Aufbau einer Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Antriebssystems;,

Fig. 4 das Schaltbild einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 5 das Schaltbild einer dritten Ausführungs­ form der Erfindung; und

Fig. 6 das Schaltbild einer vierten Ausführungs­ form der Erfindung.

Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen wird angenommen, daß das System eines Druckwasserreaktors, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, benutzt wird mit der Ausnahme des Antriebsmo­ tors 4, der anders aufgebaut ist.

Fig. 3 zeigt einen Motor 31, der an die Stelle des Motors 4 der Fig. 1 tritt, sowie einen Schwungrad­ generator 41. Der Antriebsmotor 31 weist eine Dreh­ welle 32 auf sowie einen Rotor 33 A und einen Stator 33 B. Der Antriebsmotor 31 treibt eine Kühlmittelpum­ pe 3 an, und in einem Dampfgenerator 7 (s. Fig. 1) wird Dampf erzeugt, der über eine Zirkulationslei­ tung 8 in das Sekundärsystem zirkuliert. Der An­ triebsmotor 31 weist kein Schwungrad auf und kann somit kleiner als der Antriebsmotor 4 nach dem Stand der Technik aufgebaut sein.

Der Schwungradgenerator 41 enthält einen Generator 42, eine Drehwelle 43 sowie ein auf dieser gelager­ tes Schwungrad 44. Im vorliegenden Fall ist der Auf­ bau des Schwungradgenerators 41 ähnlich dem mit ei­ nem Schwungrad versehenen Motor 4 des Standes der Technik nach Fig. 2. Sobald die Stromversorgung über das Stromkabel 5 unterbrochen wird, tritt der Generator 42 in Funktion und führt dem Antriebsmo­ tor 31 Leistung zu.

Nachfolgend soll die Funktionsweise beschrieben wer­ den. Bei der normalen Zuführung von Leistung über das Stromkabel 5 an den Antriebsmotor 31 der Kühl­ mittelpumpe erhält der Generator 42 ebenfalls Strom über dieses Stromkabel 5 und arbeitet als Motor. Das Schwungrad 44 wird in Drehung gehalten. Sobald die Stromversorgung aus irgendeinem Grunde ausfällt, geht der vorher als Motor arbeitende Schwungradgenerator 41 in den Generatorbetrieb über, wobei das mit dem Rotor gekuppelte Schwungrad 44 durch seine Trägheit in Drehung hält und den Ge­ nerator 41 antreibt. Die hierbei erzeugte Leistung wird dem Antriebsmotor 31 der Kühlmittelpumpe zuge­ leitet, so daß dieser für eine Weile weiter in Dre­ hung gehalten wird, obwohl die Stromversorgung über das Stromkabel 5 ausgefallen ist. Auf diese Weise wird ein schneller Anstieg von Temperatur und Druck im Reaktorbehälter 2 vermieden. Während die Strom­ versorgung durch den Generator 42 und das Schwung­ rad 44 aufrechterhalten wird, werden entsprechende Vorkehrungen getroffen, um die Hauptstromversorgung wieder zu normalisieren.

Gemäß der Erfindung wird also ein Schwungradgene­ rator zur Stromversorgung des Antriebsmotors der Kühlmittelpumpe zwecks Verhinderung eines Anstiegs von Temperatur und Druck im Reaktorbehälter außer­ halb des Sicherheitsbehälters vorgesehen, so daß der Antriebsmotor innerhalb des Sicherheitsbehäl­ ters nicht mit einem Schwungrad versehen sein muß. Während einer kurzzeitigen Unterbrechung der Strom­ versorgung wird der Antriebsmotor der Kühlmittelpum­ pe innerhalb des Sicherheitsbehälters mit Leistung versorgt, die durch den Generator des Schwungradge­ nerators außerhalb des Sicherheitsbehälters bereit­ gestellt wird, so daß der Pumpenbetrieb aufrechter­ halten werden kann. Da der Antriebsmotor der Kühl­ mittelpumpe innerhalb des Sicherheitsbehälters kein Schwungrad aufweist, sondern nur der Generator des Schwungradgenerators außerhalb des Sicherheitsbe­ hälters, kann die Größe und der Aufbau des Antriebs­ motors wesentlich kompakter ausfallen, so daß der Sicherheitsbehälter ebenfalls kleiner gehalten wer­ den kann. Dies erleichtert gleichzeitig die Wartung und lnspektion des Antriebsmotors der Kühlmittelpum­ pe.

Da der Antriebsmotor der Kühlmittelpumpe kein Schwungrad aufweist, ist die für den Anlauf des An­ triebsmotors erforderliche Leistung geringer, so daß auch der Querschnitt des Stromversorgungskabels zum Antriebsmotor kleiner gehalten werden kann.

Nachfolgend soll ein zweites Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben werden, wobei die Anwendung ebenfalls im Zusammenhang mit einem allge­ meinen System gemäß Fig. 1 erfolgt. Der Antriebsmo­ tor 31 ist ähnlich aufgebaut wie der Antriebsmotor nach Fig. 3 und ersetzt den Antriebsmotor 4 nach den Fig. 1 und 2.

Außerhalb des Sicherheitsbehälters 1 ist eine Strom­ quelle 60 vorgesehen, die einen Stromrichter 45 und Schalter 46, 47 und 48 enthält. Außerdem ist eine Notstromversorgung 51 vorgesehen, die aus einem Ge­ nerator 42 mit einem auf einer Drehwelle 43 angeord­ neten Schwungrad 44 und Schaltern 49 und 50 be­ steht.

Nachfolgend soll die Funktion dieser Ausführungs­ form beschrieben werden. Während des Normalzustan­ des ist der Schalter 46 geschlossen, der An­ triebsmotor 31 wird direkt mit Leistung versorgt und treibt die Kühlmittelpumpe 3 an. Sind die Schal­ ter 47 und 48 geschlossen, so wird der Antriebsmo­ tor 31 indirekt über den Wechselrichter 45 mit Strom versorgt. Die in dem Reaktorbehälter 2 erzeug­ te Wärme wird von dem Kühlmittel aufgenommen, das durch die Zirkulationsleitung 8 aufgrund der Pump­ wirkung zirkuliert, und der Dampfgenerator 7 er­ zeugt Dampf. Dieser erzeugte Dampf gelangt über die Zirkulationsleitung 8 in das Sekundärsystem 11 au­ ßerhalb des Sicherheitsbehälters 1 und treibt die Turbine 12 an. Der von der Turbine angetriebene Ge­ nerator 13 liefert also Strom.

Danach wird der Schalter 49 geschlossen und der Schalter 50 geöffnet, wodurch der Generator 42 über den Wechselrichter 45 in Drehung versetzt wird. Es ist jedoch auch möglich, den Schalter 49 zu öffnen und den Schalter 50 zu schließen, so daß der Gene­ rator 42 direkt, also nicht über den Stromrichter 45, gespeist wird.

Wenn nun die Stromversorgung 60 aus irgendeinem Grunde ausfällt, werden die Schalter 46, 48 und 49 geöffnet und der Schalter 50 geschlossen. In diesem Falle wird der Generator 42 durch das Schwungrad 44 in Drehung gehalten und liefert für eine Weile Ener­ gie an den Antriebsmotor 31 über den Wechselrichter 45. Es ist jedoch auch möglich, den Schalter 49 zu schließen und den Schalter 50 zu öffnen, so daß E­ nergie vom Generator 42 direkt an den Antriebsmotor 31 geliefert wird.

Obgleich die Stromversorgung unterbrochen wurde, liefert der Generator 42 kontinuierlich für eine be­ stimmte Zeit Leistung an den Antriebsmotor 31 inner­ halb des Sicherheitsbehälters 1 über den Wechsel­ richter 45, so daß die Kühlmittelpumpe 3 weiterhin kontinuierlich angetrieben bleibt. Auf diese Weise wird ein schneller Anstieg von Temperatur und Druck im Reaktorbehälter 2 verhindert.

Da der Antriebsmotor 31 durch den Wechselrichter 45 angelassen wird, ist ein solcher Start auch dann möglich, wenn der Antriebsmotor 31 in Rückwärtsrich­ tung gedreht wird, so daß keine Rückdrehsperre wie beim Stand der Technik erforderlich ist.

Fig. 5 zeigt nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Es ist eine Notstromversorgung 61 vorge­ sehen, die Schalter 63 und 64, eine Ladevorrichtung 62 und eine Batterie 65 aufweist. Im Normalzustand ist der Schalter 63 geschlossen und der Schalter 64 geöffnet, so daß die Batterie 65 durch die Ladevor­ richtung 62 aufgeladen wird. Fällt die normale Stromversorgung aus, wird der Schalter 63 geöffnet und der Schalter 64 geschlossen, so daß die Batte­ rie 65 über einen Wechselrichter 45 den Antriebsmo­ tor 31 kontinuierlich mit Strom versorgt.

Fig. 6 zeigt nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Es ist eine Notstromversorgung 70 vorhan­ den, die Schalter 66, 68 und 69, einen Wechselrich­ ter 67 und einen Generator 42 enthält. Während des Normalzustandes sind die Schalter 69 und 68 ge­ schlossen und der Schalter 66 geöffnet, so daß der Generator 42 als Motor über den Wechselrichter 67 angetrieben wird. Bei Stromausfall wird der Schal­ ter 66 geschlossen und der Generator 42 liefert über den Wechselrichter 45 Leistung an den Antriebs­ motor 31. Dadurch, daß der Generator 42 als Motor über den Wechselrichter 67 gespeist wird, wird die Frequenz erhöht und es kann ohne Schaden eine Rück­ wärtsdrehung auftreten; darüber hinaus kann der Gene­ rator 42 verhältnismäßig klein gehalten werden.

Gemäß der Erfindung ist also der Antriebsmotor der Kühlmittelpumpe innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordnet, während die Stromversorgung zur Spei­ sung des Antriebsmotors außerhalb des Sicherheits­ behälters liegt. In Notfällen wie bei Stromausfall wird die Notstromversorgung über die Stromversor­ gung mittels Schalter angeschlossen, so daß der An­ triebsmotor weder ein Schwungrad noch eine Rückdreh­ sperre benötigt. Er kann also kompakt aufgebaut sein, so daß der Sicherheitsbehälter ebenfalls klein ausgebildet sein kann. Da auch der Quer­ schnitt des Stromversorgungskabels für den Antriebs­ motor verkleinert werden kann, werden die Kosten re­ duziert.

Obwohl in den vorliegenden Ausführungsbeispielen der Antriebsmotor 31 einen normalen Aufbau hat, kann die Erfindung auch in Verbindung mit Spe­ zialmotoren angewandt werden, wie z. B. mit einem Gehäuse ummantelte Motoren, Naßraum-Motoren o. dgl.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem allgemei­ nen Prinzip eines Druckwasser-Atomreaktors beschrie­ ben wurde, ist sie auch anwendbar auf Atomkraftwer­ ke anderer Art, wie z. B. mit Siedewasserreaktoren, Schwerwasserreaktoren o. dgl.

Claims (9)

1. Antriebssystem mit einem Antriebsmotor für eine Kühlmittelpumpe in einem Atomkraftwerk, mit der die in einem Reaktorbehälter innerhalb eines Sicherheitsbehälters erzeugte Wärme durch ein zir­ kulierendes Kühlmittel abgeführt wird, gekennzeichnet durch einen außerhalb des Sicher­ heitsbehälters (1) aufgestellten Schwungradgenera­ tor (41) zum Speisen des Antriebsmotors (31).

2. Antriebssystem mit einem Antriebsmotor für ei­ ne Kühlmittelpumpe in einem Atomkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelpumpe (3) innerhalb eines Sicherheitsbehälters (1) angeordnet ist, in dem der Reaktorbehälter (2) untergebracht ist, und das von dem Reaktorbehälter (2) kommende Kühlmittel zirkulieren läßt; daß eine Stromquelle (60) zur Stromversorgung des Antriebsmotors (31) der Kühlmittelpumpe (3) außer­ halb des Sicherheitsbehälters (1) vorgesehen ist; und daß eine Notstromquelle (51, 70) über Trennschalter (49, 50; 66, 68, 69) mit der Stromquelle (60) verbunden ist, um den Antriebsmotor (31) der Kühlmittelpumpe (3) in Notfällen wie Stromunterbrechungen mit Energie zu versorgen.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (31) der Kühlmittelpumpe (3) kein Schwungrad aufweist.

4. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (31) der Kühlmittelpumpe (3) ein Spezialmotor ist, z. B. ein mit einem geschlossenen Gehäuse versehener Mo­ tor oder ein wassergeschützter Motor.

5. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomkraftwerk mit einem Druckwasserreaktor aufgebaut ist.

6. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomkraftwerk mit einem Siedewasserreaktor oder einem Schwerwasser­ reaktor aufgebaut ist.

7. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Notstromquelle (70) ein Schwungradgenerator (42) ist.

8. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Notstromquelle (61) mit einer Batterie (65) und einer Aufladevorrich­ tung (62) aufgebaut ist.

9. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Notstromquelle (70) mit einem Wechselrichter (67) ausgestattet ist.