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Dichte verformbare Verbindung zwischen zwei Umhüllungen eines Kernreaktors
Die Erfindung betrifft eine dichte verformbare Verbindung zwischen zwei Umhüllungen, die die Hin- durchführung eines mechanischen Übertragungsgliedes zwischen diesen beiden Umhüllungen ermöglicht, wobei die Umhüllungen ihrerseits kleinere gegenseitige Bewegungen ausführen können die Erfindung be- trifft insbesondere eine dichte verformbare Verbindung zwischen dem Behälter eines Atomreaktors und dem i ihn umgebenden Betonmassiv, vor allem die Verbindung an der Einführungsstelle der Steuerstäbe des Re- aktors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Verbindung so auszugestalten, dass alle anor- malen Beanspruchungen gewisser Teile der Umhüllungen infolge von thermischen Änderungen der Abmes- sungen sowie infolge von durch die Funktion des durchgeführten Übertragungsgliedes bedingten Verschiebungen der Wände besser als bisher vermieden werden.
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung veranschau- lichten Ausführungsbeispieles hervor. Es zeigen : Fig. l einen senkrechten Schnitt durch einen Kernreaktor, der mit einer erfindungsgemässen Verbindung zwischen der Betätigung der Steuerstangen und dem Reaktor- behälter versehen ist ; Fig. 2 einen Schnitt durch ein teilweise schematisch dargestelltes Verbindungssy- stem zwischen der Betätigung einer Steuerstange und dem Behälter des Kernreaktors ; Fig. 3 dasselbe Sy- stem (im verkleinerten Massstab) in einer unterschiedlichen Stellung, aus der die in der Zeichnung über- trieben veranschaulichte Deformation einzelner Elemente ersichtlich ist.
Der in Fig. l dargestellte Kernreaktor weist einen zylindrischen Behälter 1 auf, der in einer Kammer untergebracht ist, die durch eine von einem Betonmassiv gebildete biologische Schutzhülle 2 umschlos- sen wird. Der Behälter 1 enthält einen flüssigen Moderator (beispielsweise schweres Wasser) ; er wird von
Druckrohren 2'durchsetzt, die parallel zur Längsachse des Behälters angeordnet sind. Diese Rohre dienen zur Aufnahme der Brennstoffelemente und werden von einem unter Druck stehenden gasförmigen Kühlmit - tel durchströmt. Der Behälter 1 ist demgegenüber nur dem hydrostatischen Druck der in ihm vorgesehenen
Moderatorflüssigkeit ausgesetzt.
In den Behälter können ferner Steuerstäbe 3 eingeführt werden, die nach Bedarf wahlweise wieder aus dem Behälter herausgezogen werden können.
Der Behälter 1 erfährt im Betrieb insbesondere infolge der thermischen Längenänderungen gewisse
Verschiebungen gegenüber der Umhüllung 2. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Betätigungsvorrichtung für die Steuerstangen ermöglicht diese Verschiebungen.
Fig. 2 zeigt den Behälter 1 des Reaktors und die Umhüllung 2. Ein Steuerstab 3 ist durch die Umhül- lung 2 hindurch mit einer an der Aussenseite der Umhüllung vorgesehenen Betätigungsvorrichtung verbun- den.
Zur Durchführung der Betätigungselemente durch die Umhüllung 2 sind Betätigungsschächte vorgese- hen, in denen die Steuer-und Verbindungselemente, wie beispielsweise Führungen, Winden, Hubkolben usw. liegen. Diese Bauteile sind bei den bekannten Ausführungen an ihrem unteren Ende (wenn man senk-
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recht angeordnete Steuerstäbe 3 annimmt) dicht und im allgemeinen starr mit dem Behälter 1 verbunden :
diese Lösung weist jedoch wesentliche Nachteile auf, u. zw. im Hinblick auf die thermischen Ausdeh- nungen und die sonstigen, den Schacht häufig quer zu seiner Achse beanspruchenden Verschiebungen des
Behälters gegenüber der massiven Betonumhüllung. Man ist daher dazu übergegangen, den Schacht nur an einem Ende (im allgemeinen auf dem Behälter) zu befestigen und den biologischen Schutz am andern
Ende durch Labyrinthdichtungen od. dgl. herzustellen, was jedoch keine befriedigende Lösung darstellt.
Man hat auch schon versucht, die Verbindung mit metallischen Bälgen herzustellen ; dies stellt jedoch ei- ne ziemlich aufwendige Lösung dar. Bei diesen bekannten Ausführungen lassen sich somit die Druck-,
Biegungs- und Scherbeanspruchungen des Behälters an der Einführungsstelle des Steuerstabes und seiner
Führung nur schwer vermeiden.
Die dichte verformbare Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Umhüllung des Kernre- aktors, insbesondere zwischen einem Dichtungsbehälter und einer biologischen Schutzhülle, mit einer
Führungseinrichtung für ein bewegliches Organ, z. B. einem Steuerstab, einem Steuer- bzw ; Betätigungs- element für dieses bewegliche Organ, sowie mit einem Dichtungsrohr, das an einem Ende mit der ersten
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ist, um die von den Relativbewegungen der beiden Umhüllungen herrührenden Deformationen aufnehmen zu können, und dessen freies Ende mittels eines Verschlusses abgeschlossen ist, in welchem ein Teil der an der zweiten Umhüllung aufgehängten Führungseinrichtung unter Aufrechterhaltung der Abdichtung glei- tend geführt ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerstab 3 im Inneren eines Führungsrohres 4 an- geordnet, das an seinem oberen Teil durch ein zylindrisches Verschlussstück 5 gehalten wird, dessen
Durchmesser grösser als der des Führungsrohres 4 ist und das eine Art Verschlussstopfen für die biologische
Schutzhülle an dieser Stelle bildet. Die Verbindung zwischen dem Verschlussstück 5 und dem Führungsrohr 4 erfolgt durch einen Gelenkkopf 6.
Das zylindrische Verschlussstück 5 weist einen Innenkanal 7 auf, der vorteilhaft gekrümmt ist und durch den das Betätigungskabel 8 für den Steuerstab 3 hindurchgeführt ist ; das Verschlussstück 5 weist an seinem oberen Teil einen Ansatz 9 mit geringerem Querschnitt auf, der dicht, jedoch verschiebbar, durch den Deckel des weiter unten näher beschriebenen Dichtungsrohres, hindurchgeführt ist.
- Die Anordnung, die durch das Führungsrohr 4 und das Verschlussstück 5 gebildet wird, ist an ihrem oberen Teil aufgehängt ; der Ansatz 9 wird beispielsweise durch eine Glocke 10 getragen, die die in der Umhüllung zur Aufnahme der genannten Anordnung und des äusseren Dichtungsrohres vorgesehene Durch- führung 11, 12 abschliesst.
Die Durchführung 11, 12 besteht aus zwei Teilen, von denen der Teil 11, der in der Höhe des Verschlussstückes 5 liegt, einen grösseren Durchmesser als der Teil 12 aufweist ; die Durchmesser sind jeweils hinreichend gross, um das erforderliche Spiel für die bereits erwähnten Querverschiebungen zu gestatten.
Oberhalb der Glocke 10 ist eine Winde 13 oder eine ähnliche Hubvorrichtung angebracht, an der das Kabel 8 endet ; diese Vorrichtung ist in einem abgedichteten Gehäuse 14 untergebracht.
Das Dichtungsrohr, das zwischen den Wänden der Durchführung 11, 12 einerseits und den Wänden der das Verschlussstück 5 und das Führungsrohr 4 enthaltenden Anordnung anderseits vorgesehen ist, besteht aus zwei Teilen : der Teil 15 reicht bis zum Behälter 1 und ist mit diesem fest verbunden, beispielsweise verschweisst ; der andere Teil 16 schliesst an den Teil 15 an ; er besitzt einen grösseren Durchmesser und bildet zusammen mit dem Verschlussstück 5 die biologische Schutzschicht an dieser Stelle.
Zwischen dem Teil 15 des Dichtungsrohres und dem Führungsrohr 4 ist ein grosses Spiel vorgesehen, um Querverschiebungen der Anordnungen zu ermöglichen (vgl. Fig. 2 und 3). Am unteren Ende kann ein Zentrierring 17 auf der inneren Fläche des Rohres 15 vorgesehen sein. Über diesem Ring kann ferner ein weiterer Ring 18 auf der Aussenfläche des Führungsrohres 4 vorgesehen werden, der mit einem merklichen Spiel in das Dichtungsrohr 15 eingreift, jedoch nicht den Ring 17 durchsetzt. Ein axiales Spiel wird zwischen den beiden Ringen 17 und 18 vorgesehen, damit freie Ausdehnungen des Führungsrohres 4 und des Behälters 1 möglich sind. Auf diese Weise wird im übrigen auch ein zufälliges Hineinfallen des Führungsrohres 4 in den Behälter 1 verhindert.
Ein Zentrierring 19 kann beispielsweise auf der Oberseite des Durchführungsteiles 12vorgesehen werden, um das Rohr 15 in diesem Durchführungsteil zu zentrieren.
Das radiale Spiel zwischen dem oberen. Teil 16 des Dichtungsrohres und dem Verschlussstück 5 muss gering sein, damit die Strahlung nur einen möglichst kleinen Durchtrittsquerschnitt findet.
Die Abdichtung am oberen Ende wird durch einen Deckel 20 bewirkt, der mit äusseren Ringdichtun-
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gen 201 versehen ist und den oberen Teil 16 des Dichtungsrohres abschliesst ; dieser Deckel wird in seinem mittleren Bereich vom Ansatz 9 durchsetzt. Innere Ringdichtungen 21 gestatten eine Gleitbewegung des Ansatzes 9 unter Aufrechterhaltung der Abdichtung.
Der verringerte Durchmesser dieses Ansatzes 9 gegenüber dem Durchmesser des Deckels 20 vermindert die an den Ringdichtungen 21 auftretende Reibung infolge der Relativverschiebung der beiden Teile 9 und 20 bei einer axialen Ausdehnung ; infolgedessen werden hiedurch auch die Wirkungen, die am Ansatz des Dichtungsrohres 15, 16 auf den Behälter ausgeübt werden, vermindert.
Es sei hervorgehoben, dass das Spiel zwischen der Durchführung 11 und dem Teil 16 des Dichtungsrohres gering sein kann, da diese Teile gegeneinander zentriert sind, u. zw. unten durch den Zentrierring 19 und oben durch die zentrierten Verbindungen, die in der nachstehend genannten Reihenfolge das Rohr 16, den Deckel 20, den Ansatz 9, die Glocke 10 und das Durchführungsrohr 11 verbinden.
Die Einzelteile der ganzen Anordnung können auf einfache Weise auseinandergenommen werden.
So ist beispielsweise der Ansatz 9 an der Glocke 10 mittels eines Sprengringes 22 od. dgl. leicht lösbar befestigt. In gleicher Weise ist der Deckel 20 im Inneren und am Ende des Teiles 16 des Dichtungrohres mit Hilfe eines Sprengringes 23 befestigt, der gegebenenfalls durch den Durchbruch 24 hindurch gelöst werden kann der Durchbruch 24 ist normalerweise durch ein Verschlussstück 25 verschlossen.
Man kann weiterhin die ganze Anordnung noch durch eine elastische Einrichtung, z. B. eine Aus- gleichsfeder 27 vervollständigen, durch die wenigstens teilweise das Gewicht des Dichtungsrohres 15, 16 ausgeglichen wird.
Die beschriebene Anordnung wirkt folgendermassen : Querbewegungen des Behälters gegenüber dem Verschlussstück 5 sind möglich, dank der guten Biege-Verformbarkeit des dünnen Rohrteiles 15 sowie dank des Spieles zwischen diesem Rohrteil 15 und dem Führungsrohr 4. Man erkennt aus Fig. 3, dass sich der dünne Rohrteil 15 dank seiner Elastizität krümmen und damit in Querrichtung verformen kann, während
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Auf diese Weise wird vermieden, dass auf den Behälter 1 an der Ansatzstelle (Zentrierung 17) des Rohrteiles 15 Drehmomente, gefährliche Scherbeanspruchungen oder Druckkräfte ausgeübt werden : der Behälter 1 kann daher so ausgelegt werden, dass er lediglich den hydrostatischen Druck der in ihm vorgesehenen Flüssigkeit aufnimmt. Darüber hinaus ist in axialer Richtung der erfindungsgemässen Verbindung (hier in vertikaler Richtung) eine freie Ausdehnbarkeit durch Verschiebung des Deckels 20 auf dem Ansatz 9 möglich ; diese Verschiebung verursacht infolge des kleinen Durchmessers des Ansatzes 9 nur geringe Reibungskräfte.
Die Anordnung lässt sich in folgender Weise leicht zerlegen : Zunächst wird die Betätigungsvorrichtung 13, 14 abgenommen ; dann wird die aus dem Verschlussstück 5 mit dem Ansatz 9 und dem Führungsrohr 4 bestehende Anordnung am Ring 26 durch eine Hebevorrichtung festgehalten. Nunmehr werden die Sprengringe oder Segmente 22 sowie die Glocke 10 entfernt.
Hiernach muss nur noch der Sprengring 23 entfernt werden, um das Verschlussstück 5 und das Führungsrohr 5 mit dem Deckel herausheben zu können.
In der Zeichnung ist ein eventuell vorgesehenes Führungsrohr für den Steuerstab 3 im Inneren des Behälters nicht veranschaulicht. Ein derartiges Führungsrohr kann entweder am Behälter oder - vorteilhaft-am Führungsrohr 4 befestigt werden.
Die dargestellte Lösung mit dem an seinem unteren Teil lediglich zentrierten Führungsrohr ist nicht das einzig mögliche Ausführungsbeispiel der Erfindung ; man kann in gleicher Weise das Führungsrohr 4 im unteren Teil des Dichtungsrohres 15 auch einspannen.
In diesem Falle werden zweckmässig Verbindungsmittel zwischen dem Führungsrohr und dem Verschlussstück 5 vorgesehen, die nicht nur eine Schwenkbewegung, sondern auch Verschiebungen in Querrichtung ermöglichen.
Wie auch immer die Erfindung im einzelnen ausgeführt wird, lässt sich unter Benutzung des Erfindungsgedankens eine Anordnung entwickeln, die gegenüber den bisher bekannten vergleichbaren Vorrichtungen zahlreiche Vorteile aufweist, insbesondere - es wird jede schädliche Beanspruchung des Behälters vermieden ; - es sind thermische Ausdehnungen in den einzelnen Richtungen möglich, ohne dass hiedurch Be- schädigungen an Teilen der Vorrichtung verursacht werden ; - es ist ein einwandfreier biologischer Schutz gewährleistet ;
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