Pumpen und Armaturen in Kernkraftwerken Damit Pumpen und Armaturen im Störfall nicht versagen

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) beteiligt sich an einem neuen Forschungsvorhaben zum Betriebsverhalten von Pumpen und Armaturen in Kernkraftwerken unter kritischen Betriebsbedingungen.

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Dresden – Der Ausstieg Deutschlands aus der Kernenergie ist beschlossene Sache. Gerade deshalb ist es notwendig, den sicheren Betrieb der noch laufenden Anlagen bis zu ihrer Stilllegung zu gewährleisten und die sicherheitstechnischen Konzepte am Stand von Wissenschaft und Technik zu orientieren.

Im Dezember 2012 startete ein neues Verbundvorhaben, an dem das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf aktiv beteiligt ist. Der stellvertretende Projektkoordinator, Prof. Uwe Hampel, erläutert: „Wir wollen uns hier mit dem Verhalten von Kraftwerkspumpen und Armaturen bei Störfällen befassen. Vor allem interessiert uns die Frage, wie der unerwünschte Mitriss von Gas im Notkühlwasser eines Reaktors den Betrieb von Notkühlpumpen beeinflussen könnte. Welchen Einfluss hat das Gas dann auf das Betriebsverhalten bzw. das Versagen von Pumpen und Armaturen und wie kann man den Mitriss von Gas verhindern?“

Gelangt Gas in Pumpen und Armaturen, so führt dieser nicht auslegungsgemäße Zustand zu mechanischen Belastungen durch Vibrationen, die langfristig zu Schäden an Laufrad, Welle oder Lagern der Pumpe bzw. Dichtsitzen von Armaturen führen. Darüber hinaus reduziert der Mitriss von Gas das von der Pumpe bewegte Wasservolumen – bis hin zum Zusammenbruch des Wasserstroms. Dies ist für Pumpen und Armaturen des Not- und Nachkühlsystems eines Kernreaktors unbedingt zu vermeiden.

Zu einem Mitriss von Gas an Kraftwerkspumpen könnte es prinzipiell auf zwei Wegen kommen: Zum einen kann bei einer sogenannten Kavitation an Schaufeln von schnelllaufenden Pumpen der Druck im Wasser lokal unter den eigentlichen Siededruck sinken – Wasser siedet unter Normaldruck bei rund 100 °C, sinkt der Druck, so siedet das Wasser früher. Dadurch kommt es spontan zu unerwünschter Dampfblasen-Bildung.

Zum anderen kann Gas beim Ansaugen aus einem offenen Wasserreservoir – wie der Notkondensationskammer einer Reaktoranlage – über sich ausbildende Hohlwirbel in Pumpen und Armaturen gelangen. Dies kann man anschaulich beim Ablaufen des Wassers aus einem Becken oder einer Wanne beobachten.

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