CH627581A5 - Tragvorrichtung fuer den kern eines gasgekuehlten hochtemperaturreaktors grosser leistung. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tragvorrichtung für die Kugel-Tragschicht mehrere vertikale Rohrkamine geführt, den mit einem ringförmigen Seitenreflektor umgebenen Kern Diese Rohrkamine bestimmen die kleinste Dicke und die mitt-eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors grosser Leistung, iere Dicke der tragenden Kugelschicht.

und zwar für einen aus einer Schüttung kugelförmiger Brenn- Bei einem anderen, unter der Bezeichnung THTR-300

elemente gebildeten Kern mit einer Anzahl von durch die Trag- 65 m We bekannten Kugelhaufenreaktor besteht der Tragboden Vorrichtung geführten Kugelabzugsrohren. für die Aufschüttung der Brennstoffkugeln aus einer Vielzahl

Bekannt sind Stützkonstruktionen für einen aus vertikalen Von hexagonalen Graphitblöcken, die zu frei beweglichen Säu-Moderatorsäulen aufgebauten Moderatorblock eines gasge- ien angeordnet sind und axiale Bohrungen für das Kühlgas auf-

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weisen. Die aus den Graphitblöcken gebildeten Säulen sind ein- Richtung aus.

zeln durch je eine Rundsäule abgestützt, die in den aus Graphit- Rückstellkräfte zum Ausgleichen der Bodenkonfiguration platten bestehenden Boden eingebunden sind. Den Fixpunkt sind auf Grund der Verzahnung der prismatischen Blöcke nicht der Rundsäulen bildet das zentrale Kugelabzugsrohr. Durch erforderlich. Die Tragvorrichtung kann sich daher jedem Reak-eine an den hexagonalen Graphitblöcken vorgenommene 5 torzustand anpassen. Thermische Dehnung und Stützkräfte in Nennmassverkleinerung entstehen Dehnspalten, die eine unge- radialer Richtung können über eine entsprechende seitliche hinderte thermische Dehnung innerhalb des Tragbodens zulas- Abstützung des Seitenreflektors ausgeglichen werden. Bei der sen, ohne dass seine Gesamtabmessung überschritten wird. Formgebung der prismatischen Graphitblöcke werden insbe-Unter bestimmten instationären Betriebsbedingungen bzw. bei sondere die Werkstoffeigenschaften berücksichtigt, so dass Störfällen können sich diese Spalten aufsummieren und zu rela- io auch bei einer äusseren Anregung, wie z. B. bei einem Erdbe-tiv grossen Einzelspalten führen. Das Schliéssen dieser Spalte ben, keine Zugkräfte in die Tragvorrichtung übertragen wer-durch Rückstellung der Graphitblöcke erfordert hohe Rück- den können.

Stellkräfte, die jedoch bei den Dimensionen des Reaktors Einen zusätzlichen Vorteil bietet die erfindungsgemässe

THTR-300 MWe noch von untergeordneter Bedeutung sind. Tragvorrichtung dadurch, dass sich die im Bodenbereich des

Mit Vergrösserung der Reaktorleistung und damit auch der is Hochtemperaturreaktors bestehenden Konstruktionspro-Abmessungen des Reaktorkerns und seiner Einbauten lässt sich bleme und die mit der Abstützung des Seitenreflektors verbun-ein nach dem eben beschriebenen Prinzip aufgebauter Tragbo- denen Probleme leichter lösen lassen. So sind für den Bodenbeden nicht ohne weiteres übernehmen, da die Dehnspalte bzw. reich keine Rollenlager erforderlich, und im Seitenreflektor tre-Rückstellkräfte in der hexagonalen Blockanordnung auf Grund ten keine bzw. nur geringe Kräfte auf.

der erheblichen Parameteränderungen Grössenordnungen 20 Vorteilhafterweise sind die oberen Schichten der prismati-annehmen würden, bei denen der Tragboden seine Funktionen sehen Graphitblöcke in ihrer Höhe so festgelegt, dass für jedes (vertikale Abstützung der Brennstoffelemente, Abziehen der Kugelabzugsrohr ein konischer Einlauf für die kugelförmigen Brennstoffelemente aus dem Kern, Gasführung, Abschirmung) Brennelemente gebildet wird. Die in der untersten Schicht nicht mehr erfüllen kann. Einen massgebenden Faktor stellt befindlichen Trageinheiten sind im Bereich der Kugelabzugs-hierbei das Fliessverhalten der Brennstoffkugeln durch den 25 röhre in ihrer Querschnittsform zweckmässig so gestaltet, dass Reaktorkern dar. Ein ausgewogenes Fliessverhalten erfordert sie die Kugelabzugsrohre lückenlos umschliessen. In der Rand-das Vorhandensein mehrerer Kugelabzugsrohre, für die ein zone zum Seitenreflektor hin kann eine entsprechende Anpas-konischer Kugeleinlauf vorgesehen sein muss. Weitere zu sung erfolgen.

berücksichtigende Parameter sind die durch Eigenlast, Qruck- Vorzugsweise ist die Tragvorrichtung aus drei Schichten abfall und Absorberstabkräfte bedingten Beanspruchungen 30 aufgebaut, wobei in der oberen und in der mittleren Schicht sowie die bei grossen Kernabmessungen auftretenden thermi- jeweils ein von sechs Graphitblöcken umgebener zentraler sehen Dehnungen, die beherrscht werden müssen. Graphitblock mit einer der Rundsäulen fluchtet. Die periphe-

Von dem genannten Stand der Technik ausgehend, liegt der ren Graphitblöcke sind dabei jeweils drei verschiedenen zen-Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Tragvorrichtung für den tralen Graphitblöcken zugeordnet, d. h. jeder periphere Gra-Kern des eingangs beschriebenen Hochtemperaturreaktors zu 35 phitblock gehört gleichzeitig zu der Umrandung von drei zen-schaffen, bei der unabhängig von der Leistung des Kernaufbaus tralen Graphitblöcken.

die Funktionsfähigkeit in Bezug auf die im Vorhergehenden Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in allen hexago-

genannten Aufgaben der Tragvorrichtung voll gewährleistet nalen Graphitblöcken der oberen Schicht eine Vielzahl von ist und die auftretenden thermischen und mechanischen Pro- vertikalen Bohrungen für das Kühlgas vorhanden, die mit in bleme gelöst sind. 40 den Blöcken der mittleren Schicht befindlichen Sammelräu-

Die gestellte Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch men in Verbindung stehen. Die Sammelräume der peripheren gelöst, dass die Tragvorrichtung aus mehreren übereinander Graphitblöcke sind bei dieser Ausführungsform als durchge-angeordneten Schichten von prismatischen Graphitblöcken hende Bohrungen ausgebildet, die mit den in der unteren besteht, die ohne Dehnspalte als geschlossene Einheit aufge- Schicht vorhandenen Kühlgaskanälen fluchten. Zweckmäs-baut sind, wobei die Blöcke einer Schicht mit den Blöcken der 45 sigerweise sind dabei die in den zentralen Graphitblöcken vorangrenzenden Schichten verzahnt sind, dass die oberen Schich- gesehenen Sammelräume, die z. B. Sackbohrungen darstellen, ten aus einer Vielzahl von hexagonalen Graphitblöcken zusam- durch mehrere Anschlussbohrungen mit den durchgehenden mengesetzt sind, die mit Durchlässen für das Kühlgas versehen Bohrungen in den jeweils zugehörigen peripheren Graphitsind, dass die untere Schicht aus einer Anzahl von Trageinhei- blocken verbunden. Die weitere Gasführung erfolgt z. B. durch ten gebildet wird, die jeweils aus mehreren zu einem hexagona- 50 die Kühlgaskanäle der unteren Schicht in einen unterhalb der len Querschnitt zusammengefügten Tragsegmenten bestehen, Tragvorrichtung vorhandenen Heissgassammelraum. Unterwobei jede Trageinheit sich in ihrem mittleren Bereich über halb des Seitenreflektors kann der Heissgassammelraum aufge-einen Säulenkopf auf einer Rundsäule abstützt und eine weitet sein, wodurch der Anschluss von radialen Gasführungen beschränkte Anzahl der hexagonalen Graphitblöcke trägt, und entsprechenden Durchmessers ermöglicht wird.

dass an den Stellen der unteren Schicht, an denen jeweils drei 55 Zwischen der Tragvorrichtung und dem Seitenreflektor Trageinheiten zusammenstossen, Kühlgaskanäle vorgesehen kann vorteilhafterweise eine durchgehende vertikale Trennsind. fuge vorgesehen sein, so dass unterschiedliche thermische Deh-

Die erfindungsgemässe Tragvorrichtung stellt eine stabile nungen infolge von Temperaturunterschieden in vertikaler und steife Tragkonstruktion dar, die allen Funktionen wie Richtung möglich sind.

Abstützung, Kugelabzug, Gasführung und Abschirmung 6o In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfin-gerecht wird. Sie bildet eine geschlossene Einheit ohne Dehn- dungsgemässen Tragvorrichtung für einen Kugelhaufenreak-spalte, die sich den thermischen Zyklen des Reaktorkern tor grosser Leistung schematisch dargestellt. Die Figuren anpasst. Durch die Verzahnung der prismatischen Graphit- zeichnen im einzelnen :

blocke in Form einer Schichtbauweise werden thermische Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Tragvorrichtung nach

Bewegungen in der Tragvorrichtung jeweils an die Nachbar- 65 der Linie A-A der Fig. 2,

blocke weitergegeben, so dass eine Addition von Spalten nicht Fig. 2 die Ansicht der Tragvorrichtung in Richtung X der stattfinden kann. Entsprechend dehnt sich die gesamte Trag- Fig. 1, wobei rechts die Ebene des Kugeleinlaufs und links die Vorrichtung sowie der ringförmige Seitenreflektor in radialer Ebene der Trageinheiten dargestellt ist.

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Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch die Tragvorrichtung in Bereich eines Kugelabzugsrohrs in grösserem Massstab,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Tragvorrichtung im Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 3,

Fig. 5 einen Ausschnitt aus der Tragvorrichtung im Schnitt nach der Linie C-C der Fig. 3.

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist der von einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente 2 gebildete Kern 1 eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors von einem ringförmigen Seitenreflektor 3 umgeben, der aus einer Vielzahl von Graphitsteinen 4 aufgebaut ist. Am Boden der Kugelschüttung treten sechs Kugelabzugsrohre 5 aus, die zu einer (nicht dargestellten) Beschickungsanlage führen. In der Fig. 2 ist die regelmässige Anordnung der Kugelabzugsrohre 5 auf einem Teilkreis um die Achse des Reaktorkerns angedeutet. Für jedes Kugelabzugsrohr 5 ist ein konischer Kugeleinlauf 6 vorgesehen, der von einem Teil der Tragvorrichtung gebildet wird.

Diese Tragvorrichtung besteht aus drei Schichten von prismatischen Graphitblöcken, die als geschlossene Einheit ohne Dehnspalte aufgebaut sind, wie in der Fig. 2 dargestellt ist. Die oberste Schicht 7 und die mittlere Schicht 8 sind aus einer Vielzahl von hexagonalen Graphitblöcken 9 zusammengesetzt, die durch Verzahnungen 10 miteinander verbunden sind. Die Graphitblöcke 9 der beiden Schichten 7 und 8 sind in ihrer Höhe so festgelegt, dass die oben erwähnten konischen Kugeleinläufe 6 entstehen. Die untere Schicht 11 wird von einer Anzahl von Trageinheiten 12 gebildet, die mit den Graphitblöcken 9 der darüberliegenden Schicht 8 ebenfalls verzahnt sind. Unterhalb der Schicht 11 der Tragvorrichtung befindet sich ein Heissgassammelraum 13 für das Kühlgas, das die Schüttung der Brennelementkugeln 2 von oben nach unten durchströmt Im Bereich der Kugelabzugsrohre 5 sind die Trageinheiten 12 so gestaltet, dass keine Lücken zwischen Kugelabzugsrohren und Trageinheiten übrigbleiben. Zum Seitenreflektor 3 hin weisen die Trageinheiten 12 sowie auch die Graphitblöcke 9 ebenfalls eine geänderte Querschnittsform auf. Unterhalb des Seitenreflektors 3 besitzt der Heissgassammelraum 13 eine Erweiterung 14, an die radiale Kühlgasführungen angeschlossen werden können.

Jede Trageinheit 12 besteht aus mehreren Tragsegmenten 15, die zu einem hexagonalen Querschnitt zusammengefügt sind, wie aus der Fig. 5 zu erkennen ist. An den Stellen der unteren Schicht 11, an denen jeweils drei Trageinheiten 12zusam-menstossen, sind Kühlgaskanäle 16 vorgesehen, die in den Heissgassammelraum 13 münden. Alle Trageinheiten 12 stützen sich je über einen Säulenkopf 18 auf einer Rundsäule 17 ab, wobei der Säulenkopf jeweils in eine in der Mitte der Trageinheit befindliche Aussparung eingesetzt und mit ihr verzahnt ist. Die Rundsäulen 17 durchqueren den Heissgassammelraum 13 und sind in den Boden des Kernreaktors eingebunden.

Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, dass die im Querschnitt hexagonalen Trageinheiten 12 wesentlich grösser sind als die hexagonalen Graphitblöcke 9 der obersten und mittleren Schicht der Tragvorrichtung. Jede Trageinheit hat dahertdas Gewicht mehrerer Graphitblöcke 9 und der auf diesen lagernden Brennelementkugeln 2 zu tragen. In den beiden Schichten 7 und 8 ist eine grösser Anzahl von zentralen Graphitblöcken 19 vorhanden, die jeweils von sechs «peripheren» Graphitblöcken 20 umgeben sind, wie in der Fig. 4 zu erkennen ist. Dabei gehört jeder der peripheren Graphitblöcke 20 zur Umrandung von drei verschiedenen zentralen Graphitblöcken 19, d. h., die je aus sieben Graphitblöcken bestehenden Gruppen sind über die Schicht 11 miteinander verschachtelt. Jeder zentrale Graphitblock 19 fluchtet mit einer der Rundsäulen 17.

In allen hexagonalen Graphitblöcken 9 der obersten Schicht 7 ist eine Vielzahl von kleinen vertikalen Bohrungen 21 für das Kühlgas vorgesehen. Sie stehen in Verbindung mit Sammelräumen 22, die in den Graphitblöcken 9 der mittleren Schicht 8 vorhanden sind. Während die in den zentralen Gra-phitblöcken 19 befindlichen Sammelräume als Sackbohrungen 22a ausgebildet sind, stellen die Sammelräume in den peripheren Graphitblöcken 20 durchgehende Bohrungen 22b dar, die mit den Kühlgaskanälen 16 in den Trageinheiten 12 fluchten. Die Sackbohrungen 22a in den zentralen Graphitblöcken 19 sind mit den durchgehenden Bohrungen 22b jeweils durch mehrere Anschlussbohrungen 23 verbunden, wie aus der Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. Hierbei ist zu beachten, dass auf der linken Seite der Fig. 3 eine der Anschlussbohrungen 23 in die Schnittebene gedreht ist.

Aus der Fig. 3 ist ferner zu ersehen, dass zwischen dem Seitenreflektor 3 und den drei Schichten 7,8 und 11 der Tragvorrichtung eine durchgehende vertikale Trennfuge 24 vorgesehen ist, die es erlaubt, dass sich die beiden Bauteile in vertikaler Richtung unterschiedlich ausdehnen können.

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5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

627581 2 PATENTANSPRÜCHE kühlten Kernreaktors, bei denen entweder eine Anzahl von mit

1. Tragvorrichtung für den mit einem ringförmigen Seiten- seitlichem Spiel nebeneinander in einer Ebene angeordneten reflektor umgebenen Kern eines gasgekühlten Hochtempera- Stützplatten mit vieleckigem Grundriss vorgesehen ist, von turreaktors grosser Leistung, und zwar für einen aus einer denen jede eine beschränkte Zahl der Moderatorsäulen trägt,

Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildeten Kern mit 5 oder bei denen jede Moderatorsäule von einem Metallzylinder einer Anzahl von durch die Tragvorrichtung geführten Kugel- getragen wird, wobei in den Motoratorsäulen und in den abzugsrohren, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrich- Metallzylindern vorhandene Kühlgaskanäle miteinander fluchtung aus mehreren übereinander angeordneten Schichten (7,8, ten.

11 ) von prismatischen Graphitblöcken besteht, die ohne Dehn- Ein Beispiel für eine Stützkonstruktion der zuerst beschrie-

spalte als geschlossene Einheit aufgebaut sind, wobei die 10 benen Art ist in der DE-AS 1 177 751 dargestellt. Jeder Stütz-

Blöcke einer Schicht mit den Blöcken der angrenzenden platte sind sieben mit einer zentralen Bohrung versehene

Schichten verzahnt sind, dass die oberen Schichten (7,8) aus Moderatorsäulen zugeordnet, wobei diese Bohrungen gleich-einer Vielzahl von hexagonalen Graphitblöcken (9) zusammen- achsig mit in den Stützplatten befindlichen Bohrungen sind, gesetzt sind, die mit Durchlässen (21,22,23) für das Kühlgas Nur die in der Mitte der von einer Stützplatte getragenen versehen sind, dass die untere Schicht (11) aus einer Anzahl von 15 Moderatorsäulengruppe angeordnete Säule ist mit der Stütz-Trageinheiten (12) gebildet wird, die jeweils aus mehreren, zu platte verbunden, wodurch sich die Stützplatte um die Achse einem hexagonalen Querschnitt zusammengefügten Tragseg- dieser Säule ausdehnen kann.

menten (15) bestehen, wobei jede Trageinheit (12) sich in ihrem Die DE-AS 1 122 641 zeigt eine Tragvorrichtung, bei der -

mittleren Bereich über einen Säulenkopf (18) auf einer Rund- wje bereits beschrieben - für jede Moderatorsäule einTragele-säule (17) abstützt und eine beschränkte Anzahl der hexagona- 20 ment in Form eines Metallzylinders vorgesehen ist. Moderatorlen Graphitblöcke (9) trägt, und dass an den Stellen der unteren säule und Metallzylinder stützen sich auf sphärischen Auflage-Schicht (1 1), an denen jeweils drei Trageinheiten (12) zusam- flächen kugelgelenkartig aufeinander ab.

menstossen, Kühlgaskanäle (16) vorgesehen sind. Aus der DE-AS 1 194 071 ist bekannt, den aus festem Mate-

2. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- riai bestehenden Moderatoraufbau eines Kernreaktors auf net, dass die oberen Schichten (7,8) der Graphitblöcke (9) in 2s einer ebenen Unterstützungsfläche abzustützen, die aus mehre-ihrer Höhe so festgelegt sind, dass für jedes Kugelabzugsrohr ren> in sich starren Stützflächenteilen zusammengesetzt ist.

(5) ein konischer Einlauf (6) für die kugelförmigen Brennele- jedes Stützflächenteil wird von einer bestimmten Anzahl von mente (2) gebildet wird, und dass die Trageinheiten (12) im Stützpfosten getragen, die symmetrisch um die Achse des

Bereich der Kugelabzugsrohre (5) in ihrer Querschnittsform so Moderatoraufbaus angeordnet sind. Die Stützflächen umfassen gestaltet sind, dass sie die Kugelabzugsrohr lückenlos 30 ejnen mittleren Plattenteil und mehrere konzentrische Ring-

umschliessen. rahmen, zwischen denen ein kleines freies Radialspiel vorhan-

3. Trag Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch den sein kann.

gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung aus drei Schichten Gemäss der DE-OS 1 614 684 kann die Stützvorrichtung für

(7,8,11) aufgebaut ist und dass in der oberen (7) und der mittle- einen Reaktorblock aus einer aus röhrenförmigen Elementen ren Schicht (8) jeweils ein von sechs Graphitblöcken (20) umge- 35 zusammengesetzten Zellstruktur bestehen, die an ihren Enden bener zentraler Graphitblock ( 19) mit einer der Rundsäulen durch zwei horizontal angeordnete Scheiben miteinander ver-(17) fluchtet, wobei die peripheren Graphitblöcke (20) jeweils bunden sind. Jedes der röhrenförmigen Elemente, die einen drei verschiedenen zentralen Graphitblöcken ( 19) zugeordnet hexagonalen Querschnitt besitzen, fluchtet mit einer der Säu-sin<^- _ _ len des Reaktorblockes. Die Stützvorrichtung dient gleichzei-

4. Tragvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- 40 tig als biologischer Schild, zu welchem Zweck in den röhrenför-net, dass in allen hexagonalen Graphitblöcken (9) der oberen migen Elementen mindestens zwei Schichten von Graphit-Ein-Schicht (7) eine Vielzahl von vertikalen Bohrungen (21 ) für das satzkörpern vorgesehen sind.

Kühlgas vorgesehen ist, die mit in den Blöcken (9) der mittleren Eine weitere Tragkonstruktion für den Kern eines gasge-Schicht (8) befindlichen Sammelräumen (27) in Verbindung ste- kühlten Kernreaktors ist in der DE-OS 1 956 226 beschrieben, hen, dass die Sammelräume (22) der peripheren Graphitblöcke 45 bei der sich der Kern mittels feuerfesten Materials auf dem (20) als durchgehende, mit den in der unteren Schicht (11) vor- Boden des Reaktor-Druckgefässes abstützt. Der Zutritt des handenen Kühlgaskanälen ( 16) fluchtende Bohrungen (22b) Kühlgases zu dem Kern wird durch Kanäle ermöglicht, die in ausgebildet sind und dass die Sammelräume (22) in den zentra- das feuerfeste Material eingeformt sind und die mit Gaskanälen len Graphitblöcken ( 19) durch Anschlussbohrungen (23) mit im Kern und mit einem Gasraum ausserhalb des Kerns in Verden durchgehenden Bohrungen (22b) in den jeweils zugehöri- 50 bindung stehen.

gen peripheren Graphitblöcken (20) verbunden sind. Zum Stand der Technik gehört ferner ein Tragboden für

5. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- einen Kugelhaufenreaktor, der aus einer gasdurchlässigen net, dass zwischen der Tragvorrichtung und dem Seitenreflek- Tragschicht von Kugeln aus hochtemperaturfestem Material tor (3) eine durchgehende vertikale Trennfuge (24) vorgesehen und aus einer Unterstützungskonstruktion für das Gewicht der lst- 55 Kugel-Tragschicht und der Brennstoffkugeln besteht, die unmittelbar auf der Kugel-Tragschicht aufgeschüttet sind. Die Unterstützungskonstruktion und die Kugel-Tragschicht sind durch eine Schicht aus hochtemperaturfesten Fliesen getrennt. Für den stetigen Abzug der Brennstoffkugeln sind in regelmäs-60 siger Anordnung durch die Unterstützungskonstruktion und