DE1589651A1

DE1589651A1 - Dichtungsvorrichtung fuer einen drehbaren Stopfen eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE1589651A1
Application number: DE19671589651
Authority: DE
Inventors: Sabino Gallo
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1966-11-17
Filing date: 1967-11-14
Publication date: 1970-09-10
Also published as: GB1141434A; FR1525051A; SE321035B; NL6714268A; LU54733A1; DE1589651B2; US3514115A; CH480710A; ES347305A1; NL160103C; NL160103B; BE705005A; IL28833A

Description

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Kernreaktoren, insbesondere derartige Kernreaktoren, bei denen der aktive Reaktorteil durch umlaufendes flüssiges Metall gekühlt wird.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Dichtungsvorrichtung für einen drehbaren Stopfen eines Kernreaktors, die zwischen dem Kernreaktorgefäß und dem in dem oberen Teil dieses Gefäßes drehbar angeordneten Stopfen nach außen abdichten soll} die Di übungsvorrichtung kann auch zwischen zwei lneinandergebauten Stopfen angewendet werden <>

Bei Kernreaktoren und insbesondere bei Kernreaktoren mit Kühlung des aktiven Reaktorteils durch Umlauf von flüssigem Metall, muS man unbedingt jedes Austreten aktiven Gases nach außen verhindern, da sonst der Raum oder das Gebäude verseucht wird_s in dem der Reaktor untergebracht ist.

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Diese strenge Bedingung ist nur schwer zu erfüllen, wenn die drehbaren Stopfen, die den Scheitel des Reaktorsrefäßes durchsetzen, große Abmessungen habeni die Abdichtung darf überdies nicht die Beweglichkeit bzw. eine Drehbewegung der betreffenden Stopfen hindern, auch nicht eine gegebenenfalls notwendige axiale Verschiebung zur Erleichterung der Drehbewegung.

Man hat zu diesem Zweck bereits mehrere Arten von Abdichtungen entwickelt und erprobt, von denen diejenigen bisher die besten Resultate ergeben haben, die eine Mehrzahl von Dichtungen aus relativ leicht schmelzbarem Metall aufwiesen, welche während des Betriebes des Reaktors fest und während des Stillstandes des Reaktors flüssig sind, um eine Drehung der Stopfen zwecks Handhabung von Elementen, Zugang zum aktiven Reaktorteil usw. zu gestatten.

Bei einer solchen bekannten Anordnung können die verflüssigbaren Metalldichtungen im Dauerbetriebszustand für die Stopfen noch durch mechanische Dichtungen "verdoppelt" oder ergänzt sein.

Eine derartige Lösung ist jedoch in ihrer Ausführung sehr schwer, besonders wegen der großen Abmessung der Einrichtungen, die zur Verflüssigung des Dichtungsmetalls notwendig sind, außerdem wegen der Notwendigkeit eines sicheren Schutzes gegen

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die Oxydation des Dlchtungsmetalles, die, wenn man auf Ihre Verhütung nicht sorgfältig bedacht 1st, zur Bildung von Legierungen führen kann, deren Anwesenheit in sehr starkem haße die Schmelztemperatur der Dichtungen bzw. des Dichtungsmetalls beeinflußt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden.

Die erfindungsgemäi?e Dlchtuxtrsvorrichtung für einen drehbaren Stopfen eines Kernreaktors derjenigen Bauart, bei der der aktivere Reaktorteil durch Umlauf von flüssigem Metall gekühlt wird, und bei der der Stopfen sich auf die zylindrische Wand eines Reaktorkonstruktionselementes abstützt, welche den Stopfen koaxial umgibt, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Stopfen und dem umgebenden Tragelement zwei zum Stopfen koaxiale rohrförmige Bauteile aufweist, die in axialer Richtung unabhängig voneinander bewegbar sind und mit ihren unteren Rändern jeweils auf einer Schulter des Stütz- oder Tragelements aufruhen, wobei zumindest eine mechanische Dichtung von dem inneren rohrförmigen Bauteil getragen wird, um die Abdichtung zwischen diesem rohrförmigen Bauteil und dem Stopfen zu bewirken, während von zwei mechanischen Dichtungen, die von dem äußeren rohrförmigen Bauteil getragen werden, die eine obere die Abdichtung zwischen den beiden rohrförmigen Bauteilen gewährleistet und die andere untere die Abdichtung zwi-

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sehen dem äußeren rohrförmigen Bauteil und dem Stopfen_f wenn der innere rohrförmige Bauteil in eine hochgezogene Stellung gebracht wird, und daß schließlich eine statische Ringkörperdichtung zwischen dem unteren Ende ;}edes der rohrförmigen Organe und der entsprechenden Schulter des äußeren Tragelementes vorgesehen 1st«

Die erwähnten Dichtungen können sowohl Lippendichtungen als auch aufblasbare Dichtungen sein· Im letzteren Falle weisen sie vorzugsweise in der Nähe Ihrer vorübergehenden Abstutzfläche an dem äußeren konzentrischen Stopfen oder im Bereich der Abstützung an das Bauelement des Reaktorgefäßes, eine verdickte Wanduniiangsstelle auf» die sie in dieser Umfangszone erheblich widerstandsfähiger oder fester macht.

Die von oen Inneren rohrförmigen Bauteil getragenen Dichtungen sind vorzugsweise Dichtungen der aufblasbaren Form und haben vorzugsweise gleiche Abmessungen und Arbeitsbedingungen.

Um die vor <.:cn »«chanischen Dichtungen erzielte Abdichtung nach ouPen hin zu verbessern und um die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen. Bauteil unn de: heaktorgefäft längs Ihrer einander gegenüberliegenden Ef-ItI lohen üitfangsflachen zu sichern, uaia^; * die IjI. ohtungsvorrj ei.', mir noch vorzugsweise zwei fj';.v. 1 L'chfi :".·'·-: η tun ρ:ρ)·ι, von dejier! ,.it.- eine zwischen den unteren Stirnf].;>·: (>■ der rohrföraj ut?u Bauteile und der ent-

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sprechenden Sitzschulter des tragenden Elements vorgesehen ist·

Das tragende oder haltende Element 1st vorzugsweise mit einer einzigen Stützschulter versehen, welche die unteren Enden der beiden rohrförmigen Bauteile gemeinsam aufnimmt.

Die durch die unterschiedlichen Dichtungen der Vorrichtung erzielte Abdichtung itrd während des Betriebes des Reaktors noch durch das Vorhandensein eines Druckkissens aus Edelgas, wie Argon, verbessert, das sich einerseits im Raum zwischen dem Stopfen, dem inneren rohrförmigen Bauteil und den beiden an diesem Bauteil vorgesehenen Dichtungen erstreckt, und ande· rerseits zwischen den beiden rohrförmigen Bauteilen und der oberen Dichtung, die von dem äußeren rohrförmigen Bauteil getragen wird« Zuleitungen für Edelgas sind an dem Reaktorbehälter und an den beiden rohrförmigen Bauteilen vorgesehen.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Im folgenden beschriebenen Iierkmale und auf deren unterschiedliche mögliche Kombinationen.

Zur näheren Srläuterun? der Erfindung isfc ein die Erfindung in keiner Welse einschränkendes Ausführungsbeispiel in der Zeichnung veranschaulichtj in der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 einen Radial-Tellschnitt durch eine Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung, welche als Abdichtung zwischen einem drehbaren Stopfen und eine» den Stopfen aufnehmenden öffnung in dem Gefäß eines Reaktors angeordnet ist}

Pig« 2 bis 6 unterschiedliche Betriebszustände der Dichtungselemente, die zum Auswechseln der Dichtungen vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung, wie sie als Beispiel in den Fig· 1 bis 6 veranschaulicht 1st, hat die einwandfreie Abdichtung zwischen einem drehbaren Stopfen 1 und der öffnung in der Behälterwand eines Kernreaktors zur Aufgabe. Die Figuren der Zeichnung zeigen jeweils nur einen Teil der oberen Wand des ReaktorgefäSes.

Wie aus den Fig. 2 bis 6 ersichtlich, hat der drehbare Stopfen i zweckmäßigerweise eine Abdrehung mit einer nach unten weisenden Schulter 3ι die sich auf eine Gegenschulter 4 in der Öffnung der Wand 2 des Reaktorgefäßes abstützt, wodurch im Betriebe des Reaktors eine erste Dichtung zwischen dem drehbaren Stopfen 1 und dem Gefäß erzielt ist. Diese Anordnung bedingt Jedoch stets das Anheben des Stopfens, bevor der Stopfen gedreht ■ werden kann, wenn der Reaktor stillgesetzt ist.

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Die eigentliche Abdichtungsvorrichtung umfaßt zwei zum Stopfen 1 koaxiale rohrförmige Bauteile 5 und 6, die in axialer Richtung beweglich sind, und zwar unabhängig voneinander. Der innere rohrförmige Bauteil 5 trägt zwei dynamische, d.h. auch gleitend beanspruchte Dichtungen 7 und β von gleichen Abmessungen, die in nutenförmlgen Eindrehungen untergebracht sind, welche sich in Richtung auf die gegenüberliegende Außenfläche des Stopfens 1 öffnen. Diese beiden Dichtungen sind ringförmig: bzw. als Schlauchdichtungen ausgebildet und unter der Wirkung eines in diese Dichtungen über Kanäle 9 einla3baren PruekÄases aufblasbar. Die Kanäle 9 sind in den Inneren rohrförmigen Bauteil 5 .rebohrt und am Ende dieses Bauteils mit einem nicht dargestellten Ventil versehen, das es gestattet, die Kanäle zwecks Aufblasens der Dichtungen mit einer äußeren Druokquelle zu verbinden.

In ihrer aufgeblähten Stellung gewährleisten die dynamischen Dichtungen ? und 8 die Abdichtung zwischen der äußeren UiBf angsf lache, des ßtopf ens 1 und der inneren Wand des rohrförmigen Bauteils ^c.

Der ftu^!ere rohvförmlge Bauteil 6 träi-t seinerseits zwei statische '.A. chi unroi: 1. und 11, die beide ringförmig ausgefUhr^? sin: "in äextn Aufblasen von außerhalb des Gefäßes über J-eitunger. uüer i>nr>?U.e K, 13 erfolgen Kann, die in den äußeren

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rohrförmigen Bauteil 6 gebohrt sind. Wie die Kanäle 9, ao sind auch die Kanäle 12 und 13 bis an die Außenfläche des Bauteils 6 verlängert und weisen nicht dargestellte Ventile auf, an die während der in Frage kommenden Zeit Speiseleitungen angeschlossen werden können, die die Verbindung mit einer Druckgasquelle herstellen« Die beiden Dichtungen 10 und 11 sind in zwei ringnutförmigen Ausnehmungen untergebracht, die sich an der inneren Fläche des äußeren rohrförmigen Bauteils 6 gegenüber dem rohrförmigen Bauteil 5 öffnen.

Die im oberen Abschnitt des äußeren rohrförmigen Bauteils angeordnete statische Dichtung 10 ist bei dem Ausführungsbeispiel genauso aufgebaut wie die dynamischen Dichtungen 7 und 8, die an der Innenseite des inneren rohrförmigen Bauteils 5 vorgesehen sind. Die statische Dichtung 11, die an dem unteren Bereich des äußeren rohrförmigen Bauteils sitzt, hat die Besonderheit, daß sie sich In ihrer nicht aufgeblähten Stellung abflachen kann aber radial stark aufweitbar ist und - wenn der innere rohrförmlcre Bauteil angehoben 1st - sich in ihrer aufgeblähten Stellung unmittelbar an die äußere Fläche des Stopfens 1 anlegen kann, um so die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil und dem Stopfen zu gewährleisten.

Die Abdichtungsvorrichtung umfaßt schließlich zwei volle statische Hing dichtung en 1^, 15, die In ringförmigen Dichtungs-

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nuten l6,l? untergebracht sind, welche in den unteren Stirnflächen der rohrförmigen Bauteile 5 und 6 vorgesehen sind. Diese Ringdichtungen gewährleisten die Abdichtung zwischen den unteren Stirnflächen der rohrförmigen Bauteile und einer Dichtungs-StUtzflache 18, die als gerade Schulter in der öffnung der Wand 2 des Reaktorgefäßes angearbeitet ist.

Die in dem inneren rohrförmigen Bauteil 5» dem äußeren rohrförmigen Bauteil 6 und in der Wand 2 des Reaktorgefäßes vorgesehenen Leitungen oder Kanäle 19, 20 und 21 gestatten es, in dem freien Zwischenraum zwischen dem Stopfen 1, den dynamischen Dichtungen 7, 8, zwischen den statischen Dichtungen 1^, 15 und 10 und zwischen den inneren und äußeren rohrförmigen Bauteilen 5 und 6 eine ausreichende Menge eines Edelgases, wie Argon, einzuspeisen, um so die Abdichtung nach außen zwischen diesen unterschiedlichen Elementen zu vervollständigen bzw. zu verbessern. Diese Leitungen oder Kanäle 19, 20 und 21 endigen zu diesem Zweck in einem nicht dargestellten Ventil, an das während der erforderlichen Zeit für das Einführen des Gases eine Speiseleitung von einem Gasvorratsbehälter angeschlossen werden kann.

In der normalen Stellung der Bauteile der Abdichtungsvorrichtung isernäß Fig. 2 und bei Betrieb des Reaktors wird die Abdichtung nach außen durch Aufliegen der Innenschulter 3

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des Stopfens 1 auf die Gegenschulter in der Öffnung der Gefäßwand 2, weiterhin durch die beiden dynamischen Dichtungen 7, 8, durch die beiden statischen Dichtungen 14, 15 und schließlich durch die statische Dichtung 10 gesichert.

In der Stellung für die Drehung des Stopfens I₁ wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist, befindet sich der Reaktor nicht in Betrieb; die Abdichtung nach außen ist gesichert drrch die dynamischen Dichtungen 7, 8, die statischen Dichtungen 14, und die statische Dichtung 10.

Für das Ersetzen der dynamischen Dichtungen 7, 8 bei Stillstand des Reaktors, während der drehbare Stopfen 1 in seiner abgesenkten Stellung bleibt, werden die folgenden Maßnahmen durchgeführt:

a) Anheben des inneren rohrförmigen Bauteils 5 bis zu der in Fig. 4 gezeigten Stellung,

b) Aufblasen der Schlauchdichtung 11, um die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil 6 und dem Stopfen 1 zu bewirken,

c) Ablassen des Druckes aus der statischen Dichtung 10 und den beiden dynamischen Dichtungen 7, 8 (Pig. 5),

d) Entfernen des inneren rohrförmigen Bauteils 5 und Ersetzen der dynamischen Dichtungen 7, 8.

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Für das Auswechseln der statischen Dichtungen 10 und 11 geht man bei Stillstand des Reaktors und Lage des Stopfens 1 in seiner unteren Stellung folgendermaßen vor:

a) Ablassen des Druckes aus der statischen Dichtung 10,

b) Herausziehen des äußeren rohrförmigen Bauteils 6 und Ersetzen der etatischen Dichtungen 10 und 11.

Aus der Beurteilung der vorangehend geschilderten Maßnahmen ergibt sich, daß das Ersetzen der dynamischen und statischen Dichtungen der erfindungsgemäßen Abdichtungsvorrichtung besonders einfach und vollkommen risikolos ist, da die Abdichtung dauernd durch einen Teil der Abdichtungsvorrichtung aufrechterhalten wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte und soeben beschriebene AusfUhrungsbelspiel begrenzt; man kann gegebenenfalls in Einzelheiten abweichende Ausführungsformen wählen, ohne damit den Rahmen der Erfindung, zu verlassen.

Insbesondere können die statischen und dynamischen Dichtungen ebensogut Lippendichtungen sein, wie aufblasbare Dichtungen. Sie können vorzugsweise in dem einen und dem anderen Fall in ihrer Anliege zone eine größere Dicke aufweisen, die ihren mechanischen Widerstand bzw. ihre mechanische Festigkeit an dieser Stelle erhöht.

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Claims

Patentansprüche

1. Abdichtungsvorrichtung für einen drehbaren Stopfen eines Kernreaktors derjenigen Bauart, bei dem der aktive Reaktorteil durch Umlauf von flüssigem Metall gekühlt wird und wobei der Stopfen sich auf die zylindrische Wand eines Bauteiles des Reaktors abstutzt, die den Stopfen koaxial umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stopfen (1) und dem Stützelement (2) zwei zum Stopfen koaxiale rohrförmige Bauteile (5t6) unabhängig voneinander axial verschiebbar vorgesehen sind, von denen jeder mit seinem unteren Ende auf einer Schulter (18) des Stützelementes aufsitzt, daß der innere rohrförmige Bauteil (5) zumindest eine mechanische Dichtung (7*8) trägt, um die Abdichtung zwischen diesem Bauteil und dem Stopfen zu gewährleisten, daß zwei mechanische Dichtungen (10,11) an dem äußeren rohrförmigen Bauteil (6) vorgesehen sind, von denen die eine obere (10) die Abdichtung zwischen den beiden rohrförmigen Bauteilen gewährleistet und die andere untere (11) die Abdichtung zwischen dem äußeren rohrförmigen Bauteil (6) und dem Stopfen (1), wenn der Innere rohrförmige Bauteil in eine hohe Stellung gebracht ist, und daß eine statische Ringdichtung (1^,15) zwischen den unteren Enden Jedes der rohrförmigen Bauteile und der entsprechenden Stützschulter (18) des Stützelementes vorgesehen ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Dichtungen (7,8,10) Lippendichtungen sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Dichtungen (7,8,10,11) aufblasbare Dichtungen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der innere rohrförmige Bauteil (5) zwei einander gleiche aufblasbare Dichtungen (7,8) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trag- oder Stützelement (2) mit einer einzigen Innenschulter (18) für das Abstützen der unteren Enden der rohrförmigen Bauteile (5»6) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die aufblasbaren Dichtungen (7»8,10) aus einem elastomeren Werkstoff bestehen und je mit einer verdickten Wandstärke zumindest längs ihrer vorübergehenden Anlagefläche an dem Stopfen (1) oder dem inneren Rohr-Bauteil (5) versehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie während des Betriebes des Reaktors zur Aufnahme eines Volumens an Edelgas eingerichtet ist, das sich einerseits zwischen dem Stopfen (1), dem inneren rohrförmigen Bauteil (5) und den beiden von diesen getragenen Dichtungen (7»8) und andererseits zwischen den beiden rohrförmigen Bauteilen (5,6) und der oberen, von dem äußeren rohrförmigen Bauteil (6) getragenen Dichtung (10) befindet.

8. Kernreaktor mit zumindest einer Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bie 7·

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