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Druckfeste Schutzhülle aus vorgespanntem Beton für Kernreaktoren
Die Erfindung betrifft eine druckfeste Schutzhülle aus vorgespanntemBetonfur Kernreaktoren.
Der biologische Schutz des Personals gegen die Strahlung, die bei der Atomspaltung in Kernreaktoren entsteht, bedingt bekanntlich, dass der aktive Teil des Kernreaktors mit einer far die Strahlung genügend undurchlässigen HElle umgeben wird, die "Abschirmung" genannt wird.
Aus Gründen der Einfachheit, der Festigkeit der Konstruktion sowie der Erstellungskosten der Reaktoranlage wird diese biologische Schutzabschirmung im allgemeinen aus Beton hergestellt. Die Dicke der Beton-Abschirmung ist unterschiedlich, sie hängt von den Eigenschaften des Betons ab.
Anderseits erfolgt bei einer grossenZahl vonKernreaktoren dieKühlung mittels eines unter Überdruck
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gen in der Abschirmung und dem Druckkessel sowie die Anordnung von mechanischen Geräten innerhalb derjenigen Zone, in der die Strahlung wirksam ist.
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le verteilter Spannglieder, z. B. SeileoderDiahtbûndel, diewahrend desBauesderHullegespanntwet- den.
Der dichte"Dmckkessel"ist in zwei oder mehrere Räume unterteilt, von denen der eine den aktiven Teil des Reaktors enthält und gegen den oder die benachbarten Räume durch eine oder mehrere, gegen-
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male oder gelegentlich notwendige Behandlung des atomaren Brennstoffes notwendigen Organe sind in dem oder den benachbarten Räumen untergebracht ; ausserdem sind Mittel vorgesehen, um in diesen Räumen einen Druck eines frischen, nicht aktiven Mediums aufrechtzuerhalten, der gleich oder etwas grösser ist als der Druck in dem aktiven Raum des Reaktordruckkessels.
Es ist bekannt, dass die günstigste Form für eine derartige Hülle oder einen Druckkessel der Rotationszylinder ist. Die oben beschriebene Lösung für die Ausführung einer Reaktorschutzhtllle hat aber den Nachteil, dass zum Vorspannen der Betonhülle gebogene Spannglieder oder Seile benutzt werden, deren einwandfreie Anordnung verhältnismässig schwierig ist. Man muss vor allem die Reibungskräfte möglichst
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;Gemäss der Erfindung ist eine druckfeste Schutzhülle aus vorgespanntem Beton für Kernreaktoren, welche wenigstens eine Symmetrieachse besitzt und bei welcher kabel-oder sïangenardge Bewehrungen den Beton parallel zu dieser Achse durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, dass den Beton quer durchsetzende Spannglieder in Form von langgestreckten Kabeln oder Drahtbundeln vorgesehen sind, die in senkrecht zu der Symmetrieachse verlaufenden Ebenen liegen, und jedes dieser Spannglieder In bezug auf das unmittelbar benachbarte, ebenfalls in einer solchen Ebene liegende, schräg angeordnet ist.
Bei einer druckfesten Schutzhülle aus vorgespanntem Beton, die gemäss der Erfindung ausgeführt ist, werden infolgedessen ausschliesslich gerade Spannglieder zur Erzeugung der Vorspannung in dem Beton verwendet.
Bei dem wohl am häufigsten vorkommenden Fall, bei dem die Innenwände der Schutzhülle aus Beton einen Zylinder bilden, erfolgt die Vorspannung des Betons demnach in der Richtung der Erzeugenden dieses Zylinders und gleichzeitig in tangentialer Richtung, also senkrecht zur Rotationsachse des Zylinders.
In der Masse des Hüllenbetons sind also zahlreiche geradlinigeSpannseile oder Spanndrahtbundel untergebracht, die den Beton parallel zur Rotationsachse des Zylinders durchsetzen und eine grössere Zahl von ebenfalls geraden Seilen oder Drahtbundein, die durch den Beton in mehreren senkrecht zu dieser Achse liegenden Ebenen hindurchführen und parallel zu Tangenten an diesem Zylinder verlaufen.
Jedes Spannseil oder Spanndrahtbündel besteht aus Metalldrähten, insbesondere Stahldrähten, die in symmetrischer Lage zu einer gemeinsamen Seil- oder Bündelachse angeordnet sind.
Die beiden Enden jedes der Metallseile oder Metalldrahtbündel, welche die Vorspannung erzeugen,
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genden Beschreibung als "Köpfe" bezeichnet.
Um fur diese Köpfe Stützflächen an dem Betonkörper zu schaffen, die senkrecht zu der Achsenrichtung der Seile oder Drahtbündel liegen, gibt man im allgemeinen den äusseren Seitenwänden der Betonhülle eine Form, die in der Aufsicht ein regelmässiges, z. B. ein Stern-Polygon bildet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedes der geraden Spannseile oder Spanndrahtbündel innerhalb einer in den Beton eingebetteten Umhüllung untergebracht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform sind von den Seilen oder Drahtbündeln, die in Ebenen senkrecht zur Rotationsachse des Zylinders liegen, wenigstens zwei in jeder derartigen Ebene angeordnet, u. zw. symmetrisch in bezug auf die Zylinderachse und parallel zueinander. Ausserdem enthält die Hülle mehrere Seile oder Spanndrahtbündel, die parallel zueinander liegen, aber in unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Achse des Zylinders angeordnet sind ; die Seile oder Spanndrahtbilndel in diesen Ebe-
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Form eines regelmässigen Poylgons ergeben.
Eine erfindungsgemäss ausgebildete druckfeste Schutzhulle wird vorzugsweise an ihren Enden mit Abschlusswänden in Form von Halbkugelschalen versehen, deren konkave Wölbung nach aussen gerichtet ist.
Die Anzahl der Spannseile oder Spanndrahtbündel ist durch diejenigen Kräfte bestimmt, welche von
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;ssig sein, diese geraden Spannglieder in einer oder mehreren gedachten Wendeiftachen anzuordnen, wobei jede der WendelÎ1ächen eine Folge von Spanngliedern enthält, deren räumliche Lage sich jeweils aus
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bei K eine ein für allemal gewählte ganze Zahl ist und der Winkelschritt jeweils in dem gleichen Sinne um die Achse des Zylinders führt) bei gleichzeitigem Fortschreiten in Achsenrichtung ergibt.
Die Verwendung von vollkommengeradenSpanngliedern bringt den grossen Vorteil, dass diese Spann glieder ausserhalb der Baustelle der Schutzhülle angefertigt werden können. Bei einer derartigen Aussi rung wird der Baufbrtschritt auch nicht mehr durch die Arbeiten der Verlegung der Spannglieder beein- trächtigt ; man kann die Betonhille also viel schneller und viel bequemer bauen, als dies bei den bishergen Ausführungen möglich war.
Die Verlegung der Spannglieder und ihre Spannung werden überdies durch die Verwendung gerader
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Spannglieder sehr vereinfacht. Diese Arbeiten können gleichzeitig mit der inneren Montage der Anlage ausgeführt werden, ohne dass eine gegenseitige Beeinträchtigung zu befürchten ist, weil die beiden Ar- beitsvorgange sich jeweils auf der einen bzw. auf der andern Seite der dicken Betonwände abspielen.
Weiterhin macht auch die vollkommen gerade Ausbildung der Spannglieder den gegebenenfalls notwendigen Ersatz eines dieser Glieder, der durch einen während oder nach der Erstellung der Anlage auftretenden Schaden bedingt sein kann, sehr einfach. Die leichte Auswechselbarkeit der erfindungsgemäss ausgeführten und angeordneten Spannglieder stellt - zusammen mit derMögUchkeit ihrer getrenntenVor- fertigung-einen der zusätzlichen Vorteile der Erfindung dar.
Der Ersatz eines Spanngliedes wird ausserdem durch die Verwendung von Umhüllungen erleichtert, in die man die Spannglieder einzieht ; diese Umhüllungen schützen die als Seile oder Drahtbtindel ausgeftihr- ten Spannglieder gegen die Stösse oder andere Beschädigungen während der Arbeiten. Die Umhüllungen können grundsätzlich Metallrohre, Betonrohre, Kunststoffrohre oder schliesslich Rohre aus irgendeinem andern geeigneten Material sein. Schutzumhüllungen aus Stahl sind insbesondere zu empfehlen.
Die Spannkraft der Seile oder Drahtbündel wählt man zweckmässigerweise so hoch als möglich, um die Anzahl der Spannglieder entsprechend verringern und gleichzeitig damit ihre gegenseitigen Abstände
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sowie die Rohrhülle durch den Beton hindurchzuführen. Die Verringerung der Anzahl von Arbeitsgängen bei dem Spannen der Spannglieder gestattet ausserdem einen erheblichen Zeitgewinn.
Schliesslich kann es sich als günstig erweisen, die geradlinigen Spannglieder sämtlich vollkommen gleich auszuführen, was nicht nur ihre Herstellung vereinfacht, sondern auch ihre Anwendung und ihren Einbau erleichtert.
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rungsbeispiel einer erfindungsgemäss ausgeführten druckfesten Schutzhülle aus vorgespanntem Beton fut einen Kernreaktor beschrieben, der unter Überdruck steht. Die dabei erläuterten Einzelheiten dieser beispielsweise Ausführung sind als Teile der erfinderischen Offenbarung anzusehen, wobei es jedoch selbst- verständlich sein durfte, dass sämtliche Aquivalenten Elemente und Massnahmen Verwendung finden können, ohne den Rahmen derErfindung zu überschreiten.
In den das Ausführungsbeispiel darstellenden Figuren der Zeichnung sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente dargestellt ; einander entsprechende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet worden. Es zeigen :
Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine erfindungsgemässe druckfeste SchutzhUlle für einen unter Überdruck stehenden Kernreaktor ; in dem Schnitt sind-um die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu verbessern-von den Spanngliedern nur die Köpfe der vertikalen Spannglieder dargestellt ; Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den mittleren Teil der Schutzhülle gemäss Fig. 1, in dem die vertikal verlaufenden Spannglieder lediglich durch ihre Schnitte gekennzeichnet sind ; die horizontalen Spannglieder sind
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der Betonals durchsichtig vorausgesetzt.
Das Innere desDruckkessels oder der Hülle, das von dem eigentlichen Kernreaktor und seinen Zusatzgeräten eingenommen wird, hat die Form eines vertikalen Rotationszylinders von 14 m Durchmesser, der an seinen Enden durch die kuppelartig gewölbten Bodenteile 1 und l'abgeschlossen ist, die dem Innendruck widerstehen können (Fig. 1). Zwei horizontale Zwischenböden 2 und 3 teilen den Innenraum dieses Zylinders in drei Abteile oder Räume 4, 5 und 6, welche übereinanderliegen. Der zentrale Raum 5 hat 9 m Höhe ; er enthält den eigentlichen aktiven Reaktor. Die oberen und unteren Abteile oder Räume 6 und 4 sind zur Aufnahme der Maschinen oder Vorrichtungen für das Laden und Entladen der Kanäle des Reaktors bestimmt ; sie haben eine Mindesthöhe von 3 Metern.
Diese beiden Abteile oder Räume werden während des Betriebes des Reaktors auf einem Innendruck gehalten, der nur wenig grö- sser ist als der Druck in dem zentralen Raum 5. Die Zwischenböden 2 und 3 haben infolgedessen nur den Differenzdruck auszuhalten.
Die Bodenteile 1 und l'des Zylinders weisen je einen im Querschnitt kreisförmigen zentralen Durch - . 1ass von 1,5 m Durchmesser auf, über den die Kammern für dasLaden und Entladen des Reaktors zuganglich sind.
Die seitlichen Wandungen des Druckkessels haben Öffnungen 7, die in dem zentralen Raum 5 in der Nähe der Ansatzstellen der Zwischenböden 2 und 3 liegen. Diese Öffnungen müssen einen gesamten Querschnitt von 14 mï haben (7 mz im Bereich der Höhe jedes Zwischenbodens).
Der dargestellte Druckkessel hat aussen die Form eines vertikalen Prismas, dessen Vorsprünge im horizontalen Querschnitt einen Stern mit acht Spitzen bilden (vgl. Fig. 2).
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mit nach innen gerichtetexWölbung ausgeführtunter der Wirkung des Innendruckes auf Druck beansprucht werden. Diese Form ist technisch sehr gilnstig, da bei ihr die mechanischen Eigenschaften des Betons, der als biologischer Schutz benutzt wird, am besten ausgenutzt werden. Bei einer solchen Kuppel treten auch radial nach auswärts wirkende Druckkräfte
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aber sehr genau mit Hilfe von Vorspanngliedern (Seilen cder DrahtbUnde1n) ausgeglichen. die gemäss der vorliegenden Erfindung in dem Beton der kuppelförmigen Teile 1 und 1" angeordnet werden.
Die Vorspannung in den einzelnen Abschnitten des Zylinders, d. h. die seitliche Vorspannung in Um-
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horizontalen, in gleichem Abstand voneinander liegenden Ebenen angeordnet sind. Jede dieser horizontalen. Ebenen enthält vier Seile, die in zwei Paaren beiderseits des zentralen Hohlm=es der Schutzhülle bzw. des Druckbehälters symmetrisch zu dessen Hauptachse angeordnet sind. Es sind also vier "Wendelflächen" mit horizontalen Spannseilen vorhanden.
Wenn n die Höhenlage eines Paares von Spannseilen der Serie A bezeichnet, sind die in Metern gemessenenHöhenlagen der verschsdenenSpannseilpaarein
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m Höhenunterschied übereinanderliegendengegeben :
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<tb> n+ <SEP> 2a <SEP> für <SEP> die <SEP> Seile <SEP> der <SEP> Serie <SEP> A
<tb> n+2b+0,50 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> B
<tb> n <SEP> + <SEP> 2c <SEP> + <SEP> 1, <SEP> 00""te <SEP> c <SEP>
<tb> n+2d+1,5 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> D,
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wobei die Werte a, b, c, d jeweils verschiedene ganze Zahlen sind.
Der. Zusammenhalt der Bodenteile wird einerseits durch Spannseile der vorher erwähnten Art und anderseits durch 48 vertikale Spannseile gesichert, die in 8 Serien von je 6 Spannteilen aufgeteilt sind.
Die Öffnungen 7 in den Seitenwänden der Betonhülle mtinden auf der Aussenseite jeweils in den zu- rückliegenden Vertiefungen des achteckigen Sternprofils. Innerhalb jedes horizontalen Abschnittes des Reaktorgefässes kann man so 8 Öffnungen vorsehen.
In der Fig. 2 erkennt man den Kopf9 und den "Gegenkcpf" 10 des horizontalen Vorspannungsseiles 8.
Der Gegenkopf 10 ist als "Ankerkopf'mit dem Seil bereits bei der Herstellung des Vorspanngliedes fest verbunden und hält das eine Ende des Seiles fest. Der Kopf 9, der aus bewehrtem Beton besteht, wird nach dem Einziehen des Spannseiles hergestellt. Zu diesem Zweck werden die das Spannseil bildenden einzelnen Drähte an dem Ende des Selles auseinandergezogen ; dann werden die Enden der Drähte zurückgebo- gen und der Beton derart in eine die Drähte umgebende Form eingegossen, dass er die Drähte volkom- men festhält. Der auf diese Weise gebildete Kopf gestattet das Spannen des Spannseiles 8 mittels hydraulischer Winden, die anschliessend durch (in der Zeichnung nicht dargestellte) Keilzwischen1agen ersetzt werden.
Man erkennt in der Fig. 2 weiterhin einen Blechmantel 11 von 20 mm Stärlte, der aus sehr dehnbarem Material besteht und an der Innenwand des Behälters angeordnet wird, wo er eine dieAbdichtung des Raumes 5 sichernde Auskleidung bildet. Die Abdichtung der Räume 4 und 6 erfolgt in gleicher Weise.
In der Fig. 2 sind weiterhin die Druchtritts- oder Schnittstellen der vertikalen Spannseile 12 zu sehen, die die vertikalen Druckkräfte aufnehmen, welche von den Kuppeln 1 und 19 herrühren.
Die Öffnungen 7 sind mit punktierte Linien dargestellt. Die Höhenlagen der Öffnungen 7 sind beispielsweise so gewählt, dass diese Öffnungen zwischen den Höhenebenen der Spannseile der Serie B und der Ebene der tiefer angeordneten Spannseile der Serie C liegen, wobei die erste Höhe n + 2b + 0,50 und
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von 1800 t verwendet, von denen jedes einen Aussendurchmesser von 20 cm aufweist und aus 975 einzelnen Stahldrähten von je 5 mm Durchmesser zusammengesetzt ist. Die horizontale, Vorspannung wurde mit Spannseilen von 2400 t Spannkraft durchgeführt, die ungefähr 25 cm Durchmesser aufweisen und aus 1300 Einzelstahldrähten von'5 mm Durchmesser bestehen.
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7 mm Durchmesser und horizontale Seile mit 665 Einzeldrähten von 7 mm Durchmesser.
Die Abstände von der Achse der Betonschutzhü1le sind :
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<tb> für <SEP> die <SEP> äusseren <SEP> Vertiefungen <SEP> in <SEP> dey <SEP> Hülle <SEP> : <SEP> 7m <SEP>
<tb> für <SEP> das <SEP> horizontale <SEP> Spannseil, <SEP> das <SEP> der <SEP> Achse <SEP> am <SEP> nächsten <SEP> liegt <SEP> : <SEP> 8m <SEP>
<tb> für <SEP> die <SEP> äusseren <SEP> Vorsprünge <SEP> der <SEP> Betonhülle: <SEP> 13-16m.
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