CH637496A5 - Steuerstabantrieb mit erdbebensicherer abstuetzung fuer kernreaktoren. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Steuerstabantrieb mit erdbebensicherer Abstützung für Kernreaktoren, vorzugsweise Druckwasserreaktoren, mit einem Reaktor-Druckbehälter mit gewölbtem Behälterdeckel, ferner mit Steuerstäben und mit diesen gekuppelten Steuerstabantriebsstangen, die innerhalb von druckdicht durch den Druckbehälterdeckel hindurchgeführten und nach aussen abgedichteten rohrförmigen Antriebsgehäusen in ihrer Achsrichtung bewegbar gelagert sind, wobei die Antriebsgehäuse aus den Durchführungsteil bildenden Steuerstabantriebsstutzen und aus mit letzteren dichtend verbundenen, insbesondere angeflanschten Druckrohren bestehen und wobei die Steuerstabantriebsstutzen mit unterschiedlicher Stutzenlänge über die Behälterdeckel-Kalotte nach oben hinausragen.

Die Erfindung betrifft auch einen Steuerstabantrieb mit erdbebensicherer Abstützung, der an der Bodenkalotte des Reaktor-Druckbehälters montiert ist.

Durch die Zeitschrift «Kerntechnik, Isotopentechnik und Chemie» 1968, Heft 4, Seiten 217-225, insbesondere Fig. 9 (vergleiche zugehörigen Sonderdruck, Seiten 1 sowie 7 bis 9) sind Steuerstabantriebe der eingangs genannten Art bekannt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Steuerstabantriebe hinsichtlich der Erdbeben-Sicherheit so auszubilden, dass unerwünschte Erdbeben-Schwingungen der Steuerstabantriebe einschliesslich ihrer Stutzen mit Sicherheit vermieden sind. Sie geht von der Überlegung aus, dass bei den durch ein Beben verursachten Funda-ment-Stössen bestimmte, im Eigenfrequenz-Bereich angestos-sene Steuerstabantriebs-Gruppen mit gleicher Stutzenlänge besonders stark zum Schwingen angeregt werden können; andere, die ausserhalb des Eigenfrequenzbereiches liegen, dagegen nicht. Es handelt sich dabei insbesondere um Transversalschwingungen; die Longitudinalschwingungen spielen eine untergeordnete Rolle.

Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe bei einem Steuerstabantrieb mit erdbebensicherer Abstützung für Kernreaktoren gemäss den in den Ansprüchen 1 und 10 angegebenen Merkmale gelöst. Die Enden der Druckrohre sind durch Gitterstäbe eines Stützgitters gelenkig miteinander verbunden. Hierbei wird also ausgenutzt, dass die Steuerstabantriebe einzeln oder gruppenweise hinsichtlich Frequenz, Amplitude und Richtung im Erdbebenfall oder im Falle eines anderen eine Schwingung auslösenden Ereignisses unterschiedlich schwingen. Durch die Erfindung wird mithin eine gegenseitige Auslöschung der unerwünschten Schwingungen oder zumindest eine Reduzierung auf kleinere Amplitudenwerte durch gegenseitige Dämpfung erzielt. Durch die Verwendung von Gittergelenkstäben erreicht man eine ungehinderte Wärmebewegung der Antriebsgehäuse in ihrer Achsrichtung ohne gegenseitige Behinderung, wogegen bei einer erdbebenbedingten Anregung in Querrichtung der Stäbe die Schwingungsauslöschung infolge Kopplung erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Stützgitter aus zwei im Abstand zueinander und in je einer unteren und oberen Gitterebene angeordneten Teilgittern besteht. Die Schwingungsunterdrückung ist hierdurch noch effektiver, die Gitter-steifigkeit in Querrichtung verbessert. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Gitterstäbe der

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einen Gitterebene zur Gitterstabrichtung der anderen Gitterebene verdreht angeordnet. Unter Gitter wird hier wie im folgenden verstanden, dass in einer Ebene mindestens zwei verschiedene Gitterstabrichtungen vorhanden sind. Die Gitterstäbe können mithin in einer Ebene in Rechteck-, Quadrat-, 5 Rhomben- oder Zick-Zack-Form angeordnet sein, wobei die vorerwähnte Verdrehung der Gitterrichtung von der einen zur nächsten Ebene (statisch bestimmter Fachwerkverband) besonders günstig ist. Dieser Verband ist dann nicht nur in zwei Hauptrichtungen des einen Gitters steif, sondern auch in 10 anderen dazu einen Winkel bildenden Schwingungsrichtungen.

Als besonders günstig hat sich eine Ausführungsform erwiesen, bei der das eine Teilgitter in Form eines Rechteckrasters, insbesondere Quadratrasters, angeordnet und das andere 15 Teilgitter von Diagonalstäben gebildet ist, deren Gelenke angenähert in der Projektion der Eckpunkte des einen Teilgitters auf das andere Teilgitter liegen. Der Quadratraster für das eine Teilgitter stellt die bevorzugte Ausführungsform dar, da in den meisten Fällen auch die Steuerstabantriebe bzw. ihre Druckrohre in Form eines solchen Rasters angeordnet sind.

Als besonders günstig hat es sich ferner erwiesen, wenn die Gitterstäbe jeweils geteilt und die beiden Gitterstabhälften mittels Spannschlössern miteinander verbunden sind. Hierdurch ist einerseits ein Toleranzausgleich bei der Montage ermöglicht, andererseits kann die schwingungsdämpfende Kopplung zwischen den jeweils einander benachbarten Druckrohren fest genug gemacht werden, ohne die gelenkige Verbindung für die relativen Wärmedehnungen zu beeinträchtigen. 30

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 schematisch und vereinfacht die Draufsicht auf die Deckelkalotte des Druckbehälters eines Druckwasser-Kern- 35 reaktors, dessen Steuerantriebsdruckrohre mit einem Stützgitter versehen sind;

Fig. 2 das obere Ende eines Druckrohres mit Gelenkverbindung für die Gitterstäbe im Ausschnitt und vergrössert;

Fig. 3 noch weiter vergrössert und zum Teil im Schnitt 40 einen einzelnen Gitterstab mit Kugelknöpfen an seinen Enden und einem Spannschloss in seiner Mitte;

Fig. 4a in Draufsicht eine Kreuzkopfplatine, die für eine Gittergelenkstelle nach Fig. 2 verwendet wird;

Fig. 4b die zu Fig. 4a gehörige Seitenansicht, zum Teil im 45 Schnitt; und

Fig. 5 die Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Stützgitters, verkleinert und im Ausschnitt.

Der in Fig. 1 als Ganzes mit 1 bezeichnete Reaktordruckbehälter weist einen nach aussen gewölbten Deckel 2 mit Dek- 50 kelkalotte 2a und Deckelflansch 2b auf. Mit dem Behälterdek-kel 2 sind im Bereich seiner Kalotte 2a als Ganzes mit 3 bezeichnete Steuerstabantriebe über steuerstabantriebsstutzen verbunden, die in Fig. 1 durch das noch zu erläuternde Stützgitter abgedeckt und nur durch entsprechende Raster- 55 punkte angedeutet sind. Sie sind aus Fig. 5 näher ersichtlich, wo aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich zwei solcher Steuerstabantriebe dargestellt sind, jeweils bestehend aus einem durch den Deckel 2 druckdicht hindurchgeführten Steu-erstabantriebs-Stutzen 3.1, und einem gestrichelt dargestellten 60 und auf nicht näher ersichtliche Weise an die Flansche 3.1a der Stutzen 3.1 druckdicht angeflanschten Druckrohr 3.2. Im Innern der Druckrohre 3.2 sind schematisch durch strichpunktierte Linien 3.5 angedeutete Steuerantriebsstangen axial bewegbar und arretierbar gelagert, die an ihrem Aussenum- 65 fang mit einer Quernutung bzw. Querzahnung versehen sind. Mit letzterer sind Sperr- und Hubklinken eines elektromagnetischen Klinkenschritthebers 3.3 in Eingriff bringbar, wobei die Klinken von innerhalb des Druckrohres axial begrenzt gegen Anschläge bewegbaren Ankern gesteuert werden, deren Betätigungsspulen, und zwar eine Hubspule 3.31, eine Greifspule 3.32 und eine Haltespule 3.33, aussen auf das Druckrohr 3.2 aufgeschoben und innerhalb eines das Druckrohr 3.2 koaxial umgebenden rohrförmigen Spulengehäuses 3.4 gehaltert sind. Druckrohr 3.2 und Stutzen 3.1 bilden jeweils das Antriebsgehäuse für die Steuerstabantriebsstangen 3.5. Die Ausführung des Klinkenschritthebers im einzelnen ist für die vorliegende Erfindung nicht von Belang und z.B. in der DT-PS 1439948 beschrieben. Mit den ebenfalls strichpunktiert dargestellten Steuerstäben 3.6 sind die Steuerantriebsstangen durch schematisch bei 3.7 angedeutete Kupplungen verbunden. Im übrigen sind die Kerneinbauten des Druckbehälters 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt, insbesondere auch nicht die Brennelemente, in deren Absorberkanäle die Steuerstäbe 3.6 mit Absorberfingern mehr oder weniger weit zwecks Reaktivitätsregelung eingefahren werden können. Mit 1.1 ist in Fig. 5 der Unterteil des im wesentlichen hohlzylindrischen Druckbehälters 1 bezeichnet; mit 1.2 einer seiner in der achsnormalen Ebene 1' über den Behälterumfang verteilten Kühlmittelstutzen; mit 1.3 eine seiner über den Behälterumfang verteilten Tragpratzen, mit denen er auf entsprechenden an einem in der Betonkonstruktion 1.4 verankerten Ringkastenträ-ger 1.5 sitzenden Stützkonsolen 1.6 aufgelagert sowie gegen Abheben und Verdrehen gesichert ist; mit 1.7 der Spannbeton-Hohlzylinder des biologischen Schildes, der mit der an dessen Innenumfang befestigten Isolierschicht 1.8 den Druckbehälter 1 mit Ringspalt umgibt; mit 1.9 die den Druckbehälterdeckel 2a druckdicht gegen den Unterteil 1.1 verspannenden und in letzterem verankerten Deckelstiftschrauben mit Muttern.

Aufgrund der - im dargestellten Falle nach aussen konvexen - Krümmung der Deckelkalotte 2a ergibt sich in Verbindung mit der Tatsache, dass die Flansche 3.1a der Stutzen 3.1 in einer horizontalen Anschlussebene liegen und alle Steuerstabantriebe mit ihren Druckrohren 3.2 bei der Höhenlinie 4 enden, dass die Steuerstabantriebsstutzen 3.1 unterschiedlich lang sind, d.h. die Gesamtlänge der in den Aussenzonen der Deckelkalotte 2a angeordneten Steuerstabantriebe 3 mit Stutzen 3.1 ist grösser als diejenige der in weiter innenliegenden Zonen angeordneten und letztere wiederum grösser als diejenige der im Zentralbereich der Deckelkalotte angeordneten Steuerstabantriebe 3 mit Stutzen 3.1. Die steuerstabantriebsstutzen 3 weisen damit je nach Länge ihrer zugehörigen Steu-erstabantriebs-Stutzen 3.1 unterschiedliche Eigenfrequenz auf.

Gemäss Fig. 1 und 2 und 5 sind nun die oberen Enden 3' der Steuerstabantriebe 3 bzw. Druckrohre 3.2 durch Gitterstäbe 5 und 6 eines als Ganzes mit G bezeichneten Stützgitters gelènkig miteinander verbunden. Das Stützgitter G besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei im Abstand al zueinander und in je einer unteren Gitterebene el und oberen Gitterebene e2 angeordneten Teilgittern G5 und G6. Das obere Teilgitter G6 der Ebene e2 ist in Form eines Quadratrasters angeordnet; seine Gitterstäbe 6 sind in Fig. 1 durch schwarz ausgezogene Linien verdeutlicht. Das andere Teilgitter G5 der unteren Gitterebene el ist von Diagonalstäben 5 gebildet, die in Fig. 1 durch die Doppellinien verdeutlicht sind. Die Gittergelenke sind in Fig. 1 und Fig. 2 als Ganzes mit 7 bezeichnet. Die Gelenke der Gitterstäbe 5 des unteren Teilgitters G5 liegen, wie ersichtlich, angenähert in der Projektion der Eckpunkte des oberen Teilgitters G6 auf das untere Teilgitter G5. Beide Teilgitter G5 und G6 liegen jeweils in Horizontalebenen und demgemäss senkrecht zu den vertikal verlaufenden Druckrohren 3.1 der Steuerstabantriebe. Aufgrund des dem oberen Teilgitter G6 zugrundeliegenden Quadratrasters weist dieses in X-Richtung verlaufende Gitterstäbe 6a und in Y-Richtung verlaufende Gitterstäbe 6b auf. Die quadratischen Gitterfelder des oberen Teilgitters G6 sind mit 6'

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bezeichnet. In Fig. 1 ist das Achsenkreuz der beiden Hauptrichtungen x und y für das Teilgitter G6 zusammen mit dem Achsenkreuz der beiden ebenfalls aufeinander senkrecht stehenden Hauptrichtungen n und m des Teilgitters G5 eingezeichnet, wobei die beiden Achsenkreuze um den Winkel a = 45° zueinander verdreht sind. Die in Richtung m verlaufenden Gitterstäbe des Teilgitters G5 sind mit 5a und die in Richtung n verlaufenden mit 5b bezeichnet. Es ist daraus ersichtlich, dass die Gitterstäbe des Teilgitters G5 zick-zack-förmig verlaufen, d.h. in der Projektion der Rasterquadrate 6' auf das Teilgitter G5 abwechselnd in Hauptrichtung m oder in Hauptrichtung n. Die dargestellte Gitterkonfiguration hat sich für ein Steuerstabfeld mit Quadratraster als besonders günstig erwiesen. Abhängig von der zu erwartenden Erdbebenstärke könnten auch mehr als zwei übereinander angeordnete Teilgitter verwendet werden.

Wie es Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 3 bis 4b zeigt, sind die Enden der als Ganzes mit g bezeichneten Gitterstäbe kugelig ausgebildet und weisen hierzu aufgeschraubte Kugelköpfe 8 auf (Fig. 3). Die als Kreuzköpfe ausgebildeten Gelenke 7 sind an den oberen Druckrohrenden 3' (siehe Fig. 2) befestigt, wobei die Gitterstäbe g durch Schlitze 9 der Kreuzkopfplatinen 10 hindurchgreifen und mit ihren Kugelköpfen 8 innerhalb zylindrischer Bohrungen 11 als Kugelgelenkpfannen gelenkig gelagert sind. Fig. 2 zeigt, dass die jeweilige Gittergelenkstelle 7 durch zwei übereinander angeordnete Kreuzkopfplatinen 10,10 gebildet ist, die jeweils mit Kugelkopf-Aufnah-mebohrungen 11 und Durchgangsschlitzen 9 (Fig. 4a, 4b) für die Gitterstäbe g sowie ferner mit einer zentralen Durchgangsbohrung 12 für eine Befestigungsschraube 13 versehen sind. Hierbei sind die Kreuzkopfplatinen 10,10 nach unten durch eine Bodenplatte 14 und nach oben durch einen Deckel 15 abgeschlossen. Das Druckrohrende 3' ist massiv ausgeführt und mit einer zentralen Gewindebohrung 16 für die Befestigungsschraube 13 sowie mit einer planen Stützfläche 17 verse-5 hen. Auf diese Weise kann eine einfache und stabile Befestigung für die Gittergelenkstelle 7 dadurch erreicht werden,

dass die Kreuzkopfplatinen 10, 10 mit Boden 14 und Deckel 15 von der Befestigungsschraube 13 in ihrer Zentralbohrung 12 durchdrungen und gegen die plane Stützfläche 17 ver-io spannt sind, wobei zweckmässigerweise noch eine Verdrehsicherung 18 an der Befestigungsschraube 13 angebracht wird, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Unterlegscheibe mit hochgebogenem gegen eine der Sechskantflächen der Schraube anliegenden Lappen besteht.

15 Fig. 3 zeigt, dass die Gitterstäbe g jeweils geteilt und die beiden Gitterstabhälften g' und g" mittels eines Spannschlosses 19 miteinander verbunden sind. Letzteres besteht aus einer Innengewindebüchse, die z.B. über ein Rechtsgewinde 19a mit dem Gewindeschaft 20 der einen Gitterstabhälfte g" und über 20 ein Linksgewinde 19b mit dem Gewindeschaft 20 der anderen Gitterstabhälfte g' in Eingriff gebracht ist. Am Aussenumfang der Gewindebüchse 19 befindet sich ein Mehrkant 21, z.B. Sechskant, zum Angreifen von Schraubschlüsseln.

Die Erfindung betrifft auch einen Steuerstabantrieb mit 25 Druckrohren, die der Bodenkalotte eines Druckbehälters zugeordnet sind, deren freie Enden entsprechend Fig. 5 bis zu einer allen gemeinsamen horizontalen Endebene reichen, so dass von Haus aus unterschiedliche Längen la der Antriebsgehäuse vorliegen. Auch in diesem Falle kann die beschriebene 30 Stützgitterkonstruktion verwendet werden - dann allerdings an der Unterseite des Druckbehälters.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Steuerstabantrieb mit erdbebensicherer Abstützung für Kernreaktoren, vorzugsweise Druckwasserreaktoren, mit einem Reaktor-Druckbehälter mit gewölbtem Behälterdeckel, ferner mit Steuerstäben und mit diesen gekuppelten Steuer- s stabantriebsstangen, die innerhalb von druckdicht durch den Druckbehälterdeckel hindurchgeführten und nach aussen abgedichteten rohrförmigen Antriebsgehäusen in ihrer Achsrichtung bewegbar gelagert sind, wobei die Antriebsgehäuse aus den Durchführungsteil bildenden Steuerstabantriebsstut- io zen und aus mit letzteren dichtend verbundenen Druckrohren bestehen und wobei die Steuerstabantriebsstutzen mit unterschiedlichen Stutzenlängen über eine Behälterdeckel-Kalotte nach oben hinausragen, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Enden (3') der Druckrohre (3.2) durch Gitterstäbe (g, 5,15 6) eines Stützgitters (G) gelenkig miteinander verbunden sind.

2. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgitter (G) aus mindestens zwei im Abstand zueinander und in je einer unteren und oberen Gitterebene (el, e2) angeordneten Teilgittern (G5, G6) 20 besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstäbe (5 bzw. 6) der einen Gitterebene (el bzw. e2) zur Gitterstabrichtung der anderen Gitterebene (e2 bzw. el) verdreht angeordnet sind. 25

4. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Teilgitter (G6) in Form eines Rechteckrasters, insbesondere Quadratrasters, angeordnet und das andere Teilgitter (G5) von Diagonalstäben (5, 5a, 5b) gebildet ist, deren Gelenke (7) 30 angenähert in der Projektion der Eckpunkte des einen Teilgitters (G6) auf das andere Teilgitter (G5) liegen.

5. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Gitterstäbe (g) kugelig ausgebildet und dass an den oberen 35 Druckrohrenden (3') Kreuzköpfe befestigt sind, in denen die Gitterstäbe (g) jeweils gelenkig gelagert sind.

6. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Gelenke (7) der Gitterstäbe (g) durch zwei übereinander angeordnete Kreuz- 40 kopfplatinen (10,10) gebildet sind, die jeweils mit Kugelkopf-Aufnahmebohrungen (11) und Durchgangsschlitzen (9) für die Gitterstäbe (g) sowie ferner einer zentralen Durchgangsbohrung (12) für eine Befestigungsschraube (13) versehen sind.

7. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach Anspruch 6, 45 dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzkopfplatinen (10,10) nach unten durch eine Bodenplatte (14) und nach oben durch einen Deckel (15) abgeschlossen sind, und dass die Kreuzkopfplatinen (10, 10) mit Boden (14) und Deckel (15) von der Befestigungsschraube (13) durchdrungen und gegen eine plane 50 Stützfläche (17) des Druckrohrendes (3') verspannt sind.

8. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Befestigungsschrauben (13) jeweils Verdrehungssicherungen (18) zugeordnet sind.

9. Steuerstabantrieb mit Abstützung nach einem der 55 Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstäbe (g) jeweils geteilt und die beiden Gitterstabhälften (g',g") mittels Spannschlössern (19) miteinander verbunden sind.

10. Steuerstabantrieb mit erdbebensicherer Abstützung für Kernreaktoren, vorzugsweise Druckwasserreaktoren, mit 60 einem Reaktor-Druckbehälter mit gewölbter Bodenkalotte,

ferner mit Steuerstäben und mit diesen gekuppelten Steuer-stabantriebsstangen, die innerhalb von druckdicht durch die Bodenkalotte hindurchgeführten und nach aussen abgedichteten rohrförmigen Antriebsgehäusen in ihrer Achsrichtung 65 bewegbar gelagert sind, wobei die Antriebsgehäuse aus den Durchführungsteil bildenden Steuerstabantriebsstutzen und aus mit letzteren dichtend verbundenen Druckrohren bestehen und wobei die Steuerstabantriebsstutzen mit unterschiedlichen Stutzenlängen über die Bodenkalotte des Druckbehälters nach unten hinausragen, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Enden der Druckrohre durch Gitterstäbe eines Stützgitters gelenkig miteinander verbunden sind.