AT402352B

AT402352B - Einrichtung zum verhindern hoher druckwellen bei explosionen in gebäuden, insbes. kernkraftwerken und reaktorgebäuden

Info

Publication number: AT402352B
Application number: AT0057395A
Authority: AT
Original assignee: Urdl Franz Jos Ing
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1997-04-25
Also published as: ATA57395A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verhindern hoher Druckwellen bel Explosionen in Gebäuden, In denen mehrere voneinander beabstandete, das Gebäude umschliessende Schalen vorgesehen sind und der Zwischenraum zwischen den Schalen zur Aufnahme der aus dem Gebäude austretenden Explosionsgase dient.

Besonders zweckmässig ist es, die Erfindung in Kernkraftwerken bzw. Reaktorgebäuden anzuwenden. Durch die Erfindung soll ein grosser Schutzdom mit innen angeordneten Einrichtungen zur Drosselung der Explosionsenergien bei einem Gau (Unfall) eines Kernkraftwerkes geschaffen werden, der über bestehende Bauten, die insbesondere kein geschlossenes Containment (Schutzhülle aus Stahl) haben, geeignet ist zur Aufnahme der Gase mit den Radionukliden, um die Bevölkerung und Umwelt davor zu schützen.

Der speziell gestaltete, doppelwandige Schutzdom mit Zugängen, hat im Inneren mehrere Barrieren, um die Explosionsenergien in mehreren Stufen mittels Drossel-Containments und Energievernichter abzubauen sowie durch einen thermischen Schutzschild die Innenwände vor Hitze zu schützen.

Weiters sind Rückschlagflügel Im Innern der Domkuppe, die in gestreckter Lage eine Wand bilden und vertikal öffnen können, angeordnet.

Seit dem Gau von Tschernobyl 1986, ist bekannt, dass es dort 2 bis 3 gewaltige Explosionen gegeben hat, wodurch laut Medwedew (Buch : Verbrannte Seelen, Hanser Verlag) ca 50 Tonnen feinster Teile von Radionukliden 1200 m durch das Dach in die Luft geschleudert wurden. Diese erste Exlposionswelle ist danach 8 bis 10 km gestiegen, hat sich in Europa auf viele Staaten verteilt und ist mit dem Regen als Fallout niedergegangen. Das hat der ukrainischen Bevölkerung zum Glück nicht geschadet.

Aber in den Folgetagen und Wochen wurden aus dem offenen Reaktor, der laut SVA-Bulletin Nr. 16/1986/Wien,"nackt auf der Wiese stand", durch die zweite Explosionswelle ca 70 Tonnen Radionuklide ausgeschleudert und dazu hunderte Tonnen Reaktorgraphit verbrannt (Medwedew). Das hat die katastrophale Verseuchung und in der Folge den Tod vieler Menschen gebracht
Die erfindungsgemässe Einrichtung mit Schutzdom kann hier entscheidende Abhilfe schaffen. Dieser Schutzdom ist zur Aufnahme der Gase mit den Radionukliden als grosses Raumfachwerk, einerseits aus Stahlbauprofilen mit zugehörigen Stegen und Verbindern, andererseits als vorgespanntes Stahlbetonfachwerk, aber auch aus beiden kombinierbar, zu errichten.

Die Seitenwände können aus Metall oder gleichwertig, mit verschiedenen Strukturen und Verstärkungsrippen, auch aus Compoundwerkstoffen, hergestellt werden.

Die britische Patentschrift GB 1, 212. 480 A zeigt eine Anlage mit Containments zur Aufnahme radioaktiver Spaltprodukte bei einer Explosion in einem Reaktor eines Kernkraftwerkes, wobei mehrere Behälter ( Dome) über dem Reaktor angeordnet sind. Vor dem 1. Dom befindet sich ein Schild mit integrierten Schockabsorbern, die den Explosionsdruck dämpfen. Jeder Dom nimmt nur einen definierten Druck auf.

Wird dieser Druck beim 1. Dom überschritten und beschädigt, strömt das Medium in den nächsten grösseren Dom zur Entspannung ein. Der 3. Dom trägt ein Äquivalent von 400 pounds TNT. Bei dieser Konstruktion wird das gesamte Kernkraftwerk mit Installiertem Reaktor, der in den meisten Fällen nur mit Betonmauern umgeben ist. bei einer Reaktorexplosion nicht geschützt.

Die US-Patentschrift US 4, 056. 436 A zeigt ein Container-System, welches die Auswirkungen beim Ausfall der Kühlung des Primärsystems eines Reaktors in einem Kernkraftwerk mildert und das Ausströmen des Dampfes in die Umgebung verhindert. Zwei gebundene Container mit Sprinkler- und Sprudeleinrichtungen dienen zur Kühlung und Aufnahme der radioaktiven Dämpfe.

Hier handelt es sich lediglich um die Aufnahme des Kühlmediums bei dessen Leckage.

Das DE-Patent DE 2, 928. 765 A1 zeigt eine Schutzeinrichtung für Kernkraftwerksanlagen gegen Einwirkungen von aussen, z. B. durch Flugzeugabsturz und Sabotage. Eine Fangkonstruktion aus Stahlseilen überspannt die Kernkraftwerksanlage gleich einem "Zelt". Dadurch werden lediglich Beschädigungen, die von aussen einwirken, verhindert.

Die britische Patentschrift GB 1, 380. 626 A zeigt eine Installation sicher eingebauter Reaktoren in einem Kernkraftwerk, um durch Verstärkung und Teilung von Betonwänden, bei einem Unfall das Personal besser vor der Radioaktivität zu schützen.

Ziel der Erfindung ist es, die durch die zweiten Explosionswellen lange Zeit ausgeschleuderten Radionuklide des offenen Reaktors am Ausbreiten in die Umgebungsluft durch den grossvolumigen, doppelwandigen Schutzmantel des Domes zu verhindern und aufzunehmen. Das benachbarte Verarbeitungsbauwerk hat mehrere Förderleitungen und Eingänge am Mantel des Schutzdomes. Sie dienen dazu, sowohl Medien zum Kühlen und dgl. zuzuführen sowie auch Gase und Radionuklide aus dem Dom abzuführen und zu verarbeiten, z. B. durch Verdichten, Kühlen und Verflüssigen sowie durch Filtern, gemäss dem Stand der Technik.

Ein weiteres Ziel ist, die Strömungs- und Druckenergien der ersten Explosionswellen mit Radionukliden, die naturgemäss bei einem Gau ohne geschlossenes Containment viele Kilometer hoch In die Luft steigen,

stufenweise zu drosseln.

Das wird erfindungsgemäss bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, dass die
Schalen Austrittsspalte für die Explosionsgase aufweisen und aus der äussersten Schale (Dom) mindestens über zwei oder mehrere Öffnungen Gase aus dem Innern des Domes, bevorzugt über Förderrohre ableitbar sind. Eme erste Barriere wird dadurch erreicht, dass im engsten Abstand um das Kernkraftwerk ein erstes
Drossel-Containment, ein In Schalenform aneinandergeschraubtes Plattensystem mit Drosselspalten zwischen den Platten und mindestens eine Drosselbohrung im Boden der Platten sowie darüber angeordnete kreuz-und quergespannte Stahlseile angebracht, die an der Basis fest verankert sind, und ein hochbelastbares Tragnetz In Kugelform bilden.

Verfahrensgemäss wird die Explosionsenergie bei einem Gau bereits durch die am Dach des Kernkraftwerkes und an den Seitenwänden hängend angebrachten Lochplatten auf alle Kugelkalotten aufgeteilt und die Strömungs- und Druckenergie bereits gedämpft.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Abbau der Explosionsenergie durch die zweite Barriere mit dem zweiten Drossel-Containment. Dieses ist gleichartig ausgeführt wie das erste und nahe darüber angeordnet.

Die Abspannung der Seile des Tragnetzes erfolgt am Fundament, auf dem der Schutzdom steht.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befindet sich über dem Kernkraftwerk, in hängender Lage, ein Energievernichter, der die Restenergie nach dem Durchströmen des ersten und zweiten DrosselContainments neutralisiert. Dazu sind in einem konischen Rohrkörper viele paarweise aufeinander zugebogene Rohre angeordnet, an deren Mischpunkten die gleichzeitig von unten in die Rohre eintretende Strömung aufeinander trifft, wodurch sie neutralisiert wird. Die beruhigten Strömungen treten m das darüber angeordnete Rohr seitlich in den Schutzdom aus.

Dieses System der paarweisen aufeinander zulaufenden Rohre zum Energieabbau, füllt den konischen Rohrkörper innen ganz aus.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befindet sich an der Innenwand des Schutzdomes eine thermische Barriere. Zusätzlich werden im Bereich der Domkuppe, die als Sollbruchstelle mit schwächeren Abdeckblechen auszubilden ist, Rückschlagflügel vorgesehen. Diese haben die Aufgabe, durch die gestreckte ebene Montagelage eine Wand zu bilden und bei einer Explosionswelle sich vertikal zu öffnen, wobei die Wände wahrscheinlich durchschlagen werden, jedoch die Klappenflügel dann durch den Federzug wieder in die ebene Geschlossenstellung zurückgehen, um weitere Austritte möglichst zu vermeiden.

In der Zeichnung ist der Gegenstand in acht beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt : Es zeigen, Fig. 1 den erfindungsgemässen Schutzdom in Längsschnitt über ein Kernkraftwerk errichtet, welches seinerseits das eng angeordnete erste Drossel-Containment (Schale) und nahe darüber das zweite zeigt. In Hochlage über dem Kernkraftwerk hängt der Energievernichter. Das Verarbeitungsbauwerk mit den angeschlossenen Förderleitungen ist benachbart dargestellt.

Fig. 2 zeigt den Schnitt des Plattensystems aus aneinanderschliessenden Plattenelementen mit den Seilen nach der Linie 11-11 der Fig. 3. Die Fig. 3 stellt eine Draufsicht eines Teiles des Plattensystems mit Drosselspatten und das Tragnetz mit kreuz-und quer angeordneten Seilen, woraus eine Schale gebildet wird, dar.

Fig. 4 zeigt den Energievernichter im Schnitt mit einem Paar aufeinander zugebogenen Rohren und den Mischraum zur Energievernichtung mit darüber befindlichem Verbindungsrohr mit Öffnungen zum Schutzdominnenraum.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt eines Teiles des Plattensystems nach der Linie)-) der Fig. 3.

Fig. 6 zeigt ein Kernkraftwerk von vorne gesehen mit den Lochplatten, die an der oberen Deckfläche und an allen Seitenwänden anschliessend an die Deckfläche im oberen Bereich als Randverstärkungen angebracht und aus Einzelelementen zusammengeschweisst sind und gleichzeitig zur Abstützung der Rohrstege dienen, welche die erste Schale stützen.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf Fig. 6 mit am Dach angebrachten Lochplatten sowie den Randverstärkungen.

Fig. 8 stellt einen Teil der Seitenansicht der Fig. 6 dar.

Gemäss Fig. 1 steht der Schutzdom 1 zB. in doppelwandiger Stahlbauausführung am Fundament 2. Über dem Kernkraftwerk 3 hängt in Hochlage der Energievernichter 4 an den Seilen 18, wobei die oberen Seile an der Innenkonstruktion (Ring) im Bereich der Schutzdomkuppe abgehängt, die unteren Seile am Fundament verankert sind.

Am Dach des Kernkraftwerkes und dessen oberen Seitenwänden befinden sich Lochplatten 5 zur Aufteilung örtlicher Explosionsströmungen. Um das Kernkraftwerk ist das erste Drossel-Containment als Schale 6 und nahe darüber das zweite als Schale 7 mit seiner Verankerung 8 gespannt. Die Überdruckklappen 9 des Domes 1 sind mit Filtern 13 ausgestattet. An der Innenwand des Domes 1 befindet sich eine Barriere aus thermisch beständigem Werkstoff 10. Am Umfang des Schutzmantels sind Zugänge zu den Förderleitungen 11, die zum Verarbeitungsbauwerk 12 führen. Auf der Kuppe des Schutzdomes 1 befindet

sich ein Hubschrauberlandeplatz 14, der Zugang zum Verschluss 19 des Domes 1 gestattet Anschlüsse 15 dienen zum Fördern verschiedener Medien zum oder vom Schutzdom 1.

Im Innern der Kuppe des Schutzdomes 1 befinden sich Rückschlagflügel 16, die sich bei Strömungsdurchgang um die Mittelachse vertikal öffnen können und durch Federzug wieder in die Geschlossenstellung zurückgehen, wodurch sie eine zusätzliche Wand bilden. Gestelle 17 halten das Drossel-Containment als Schale 6 in kugelförmiger Lage um das Kernkraftwerk 3.

Mit 20 sind die aneinanderschiiessenden Plattenelemente aus Stahlguss oder gleichwertige hochfesten Material dargestellt, die radial von den Seilen 21, die das hochbelastbare Tragnetz um das Kernkraftwerk bilden, als Schale gehalten werden.

Montageschrauben 22 mit Beilagscheiben zwischen den Platten, dienen zur Spaltdistanzierung. Am Boden jeder Platte befindet sich mindestens eine Drosselbohrung 28. Der Energievernichter 4 besteht aus einem konischen oder zylindrischen Körper 23 für paarweise aufeinander zugebogene Einzelrohre 24 und 25, bei deren Mischpunkt 27 der Strömungsenergieabbau stattfindet, wobei durch das Verbindungsrohr 26 mit Öffnungen die Restströmung in den Schutzdom 1 austreten kann. 29 und 30 sind Halteplatten.

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zum Verhindern hoher Druckwellen bei Explosionen in Gebäuden in denen mehrere voneinander beabstandete, das Gebäude umschliessende Schalen vorgesehen sind und der Zwischen- raum zwischen den Schalen zur Aufnahme der aus dem Gebäude austretenden Explosionsgase dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (6, 7) Austrittsspalte für die Explosionsgase aufweisen und aus der äussersten Schale (Dom) (1) mindestens über zwei oder mehrere Öffnungen Gase aus dem Innern des Domes (1), bevorzugt über Förderrohre (11) ableitbar sind. (Fig. 1) 2.

Einrichtung zum Verhindern hoher Druckwellen bei Explosionen 10 Kernkraftwerken und Reaktergebäu- den, in denen mehrere voneinander beabstandete, das Gebäude umschliessende Schalen vorgesehen sind und der Zwischenraum zwischen den Schalen zur Aufnahme der aus dem Gebäude austretenden Explosionsgase dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (6, 7) Austrittsspalte für die Explo- sionsgase aufweisen und aus der äussersten Schale (Dom) (1) mindestens über zwei oder mehrere Öffnungen Gase aus dem Innern des Domes (1), bevorzugt über Förderrohre (11), ableitbar sind. ( Fig. 1) 3.

Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (6, 7) aus aneinander schliessenden Plattenelementen aufgebaut sind, wobei zwischen den benachbarten Plattenelementen Spalte für den Gasdurchtritt liegen und die Plattenelemente an einem Tragwerk aus bevorzugt netzartig angeordneten Seilen (21) befestigt sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Dom (1) zunächst liegende, gekrümmte Schale (6) über Tragstege (17) an den Aussenwänden bzw. der Decke des Domes (1) abgestützt Ist und die Tragstege (17) gegebenenfalls mit einer Armierung versehen sind und dass an den Aussenflächen der gekrümmten Schale (6) Distanzhalter angeordnet sind, auf welchen das netzartig angeordnete Tragwerk (Seil) (21) gespannt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äusserste Schale (Dom) (1) an ihrer Innenseite mit thermisch beständigem Werkstoff (10) ausgekleidet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Decke des Domes (1) und der dem Ende des Domes (1) zunächst gelegenen Schale (7) ein Energievernichter (4) angeordnet ist, der als zylindrischer oder konischer Körper (23) ausgebildet ist und von dessen Grundfläche in unterschiedliche Höhen endende Paare von Rohren (24, 25) ausgehen, deren vom Boden des Energievernichters (4) beabstandete Mündungen (im Mischpunkt 27) aufeinander gerichtet sind, wobei die Mündungen zwischen zwei 10 wesentlichen parallel zur Grundfläche angeordneten Halteplatten (29, 30) münden, wobei der Raum zwischen diesen beiden Halteplatten (29, 30) über mindestens ein Verbindungsrohr (26) mit Öffnungen im Mantel des Energievernichters (4) in den Innenraum des Domes (1) mündet.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb der äussersten Schale (Dom) (1) ein Verarbeitungsbauwerk (12) angeordnet ist, dem bevorzugt über die <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1