DE1122641B - Tragvorrichtung fuer die Moderatorsaeulen eines Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragvorrichtung für den aus vertikalen Moderatorsäulen mit parallel zur Säulenachse verlaufenden Kühlkanälen aufgebauten Moderator eines Kernreaktors, die aus einem horizontalen, zur Abstützung des Moderatoraufbaues dienenden Sockel besteht, in den von unten die jedem Kühlkanal zugeordneten Kühlleitungen münden und die zwischen dem unteren Ende des Kühlkanals einer jeden Moderatorsäule und der zugeordneten Kühlleitungsmündung an der Oberseite des Sockels je einen starren, rohrförmigen Tragzylinder aufweist.

Bekanntlich unterliegen die festen Moderatoren während des Betriebes der Kernreaktoren zahlreichen Verformungen (thermischen oder neutronischen Ursprungs: Wigner-Effekt), so daß die Gefahr besteht, daß die in den Moderatoren für die Unterbringung des Schaltmaterials und für die Kühlmittelzufuhr vorgesehenen Kanäle sich ebenfalls verformen. Zur Aufrechterhaltung ihrer Lage müssen die Moderatorstapel daher von Vorrichtungen getragen werden, die sowohl nachgiebig als auch stabil genug sind.

Ein weiteres Problem bildet bei derartigen, durch ein Druckmittel gekühlten Reaktoren mit vertikalen Kühlkanälen die Abdichtung gegenüber dem Kühlmittel in der Nähe der unteren Enden der Kanäle, d. h. an der Stelle ihrer Verbindung mit den entsprechenden Speiseleitungen, deren obere Mündung in der Unterlage oder dem Sockel des Reaktors befestigt sind.

Im allgemeinen wird dieses Problem dadurch gelöst, daß der Moderatorstapel auf einer ebenen Fläche oder einer »Auflagefläche« ruht, die aus einem Metall besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa gleich groß ist wie der des Moderatormaterials.

Diese Auflageflächen müssen sich auf dem Sockel des Reaktors verschieben können, der im allgemeinen aus Stahl besteht und daher nicht den gleichen Ausdehnungskoeffizienten hat. Eine solche gegenseitige Verschiebung wird z. B. ermöglicht,

indem einfach getrennte Auflageflächen auf den Sockel aufgelegt werden;

indem die verschiedenen Auflageflächen miteinander verbunden werden und der auf der lotrechten Achse des Reaktors liegende Punkt festgelegt wird, was gegenseitige radiale Verschiebungen der Auflageflächen mit Reibung auf dem Sockel gestattet;

indem man z. B. Kugellager zwischen den Auflageflächen und dem Sockel anordnet.
Die Verwendung dieser Auflageflächen bringt folgende Nachteile mit sich:

Tragvorrichtung für die Moderatorsäulen
eines Kernreaktors

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dr. phil. W. P. Radt, Patentanwalt,
ίο Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 9. November 1957

Georges Lemesle, Roland Roche, Paris,

und Pierre Rouge, Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise

(Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

Der Werkstoff dafür ist selten und teuer. Man verwendet in diesem Zusammenhang z. B. Nickeleisen bestimmter Zusammensetzung, wenn der Moderator aus Graphit besteht;
die Unterseite und die Oberseite der Auflageflächen müssen sehr sorgfältig geschliffen werden; um die Gefahr einer Undichtigkeit der Kanäle an der Stoßstelle auf ein Mindestmaß zu verringern;

infolge der unvermeidlichen Verformungen der Moderatorblöcke tritt ein »Klaffen« zwischen der Unterseite der untersten Blöcke und der Oberseite der Auflageflächen auf, so daß das Kühlmittel über diese Spalten von einem Kanal zum anderen gelangen kann;
infolge des Gewichts des Moderators, des Druckes des Kühlmittels und der beim Anlassen oder Stillsetzen des Reaktors auftretenden Verformungen der durch die Auflageflächen und den Moderator gebildeten Anordnung ist es äußerst schwierig, den Sockel und somit die Auflageflächen genau waagerecht zu halten. Nun hat aber jedes Nachgeben des Sockels eine Beanspruchung des Moderatorbaustoffs zur Folge, die um so gefährlicher ist, je brüchiger dieser Baustoff ist, wie dies bei Graphit der Fall ist.

Man hat auch schon als Stützkörper dienende Ringe durch Schweißung sowohl mit dem Sockel als auch dem Moderatorblock starr verbunden, so daß

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Verformungen der miteinander vereinigten Teile infolge Erwärmung zwangläufig Spannungen erzeugten, die gegebenenfalls zur Zerstörung der Verbindung, ja sogar der ganzen Anlage führten.

Bei einer anderen entsprechenden Konstruktion hat man die Wände der Kühlkanäle auf einem an seinem oberen Rand wulstartig ausgebildeten Traggitter aufruhen lassen, wodurch jedoch bei Erwärmung der Anordnung ebenfalls weder Undichtigkeiten der Kühlleitung noch das Auftreten schädlicher Spannungen verhindert werden konnten.

Ziel der Erfindung ist eine Tragvorrichtung, mit der auf einfache und bequeme Weise erreicht wird, daß trotz der zahlreichen, während des Reaktorbetriebes entstehenden Verformungen thermischen oder neutronischen Ursprungs keine schädlichen Spannungen in der Auflage auftreten und die Kühlleitung dicht bleibt.

Dies wird bei der eingangs beschriebenen Tragvorrichtung für den aus vertikalen Moderatorsäulen mit parallel zur Säulenachse verlaufenden Kühlkanälen aufgebauten Moderator eines Kernreaktors dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß jeder Tragzylinder die Fortsetzung des zugeordneten Kühlkanals bildet, daß die Unterseite der Kühlkanalmündungen einer jeden Moderatorsäule und das obere Ende eines jeden Tragzylinders mit sphärischen Auflageflächen versehen sind, deren gemeinsamer Mittelpunkt auf der Achse des Tragzylinders liegt, und daß diese Auflageflächen kugelgelenkartig aufeinander abgestützt sind und gegen das Kühlmittel abdichten. Infolge dieser Ausbildung der Auflageflächen kann die Achse des rohrförmigen Teils sich gegenüber der des Kanals und/oder der der Mündung der Speiseleitung in geringem Maße schrägstellen.

Die Verwendung derartiger Tragvorrichtungen bietet folgende Vorteile:

Sie können wenigstens zum größten Teil aus gewöhnlichem billigem Stahl hergestellt werden;
der Sockel braucht nicht auf seiner ganzen Fläche sehr genau geschliffen zu werden;
die Abdichtung gegen das Kühlmittel wird am Fuß eines jeden Kanals vollkommen sichergestellt;

die Achse des Tragteils, die Achse der getragenen Kolonne und/oder die Achse der zugehörigen Speiseleitung können ohne Gefahr eine geringe Schrägstellung gegeneinander einnehmen, wobei die Verformungen des Moderator- und Reflektorstapels aufgenommen werden.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem lotrechten Axialschnitt eine Tragvorrichtung für den festen Moderator eines Kernreaktors gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in gleicher Weise einen Teil einer Ausführungsabwandlung einer derartigen Vorrichtung;

Fig. 3 zeigt ebenfalls in einem lotrechten Axialschnitt eine Ausführungsabwandlung einer derartigen Tragvorrichtung mit zwei sphärischen Auflageflächen; Fig. 4 zeigt eine lotrecht axial geschnittene Teilansicht einer anderen Ausführungsabwandlung einer derartigen Vorrichtung mit elastischen Einrichtungen zum gegenseitigen Andrücken der sphärischen Auflageflächen.

In den Figuren sind nur die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile dargestellt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die unterste Stufe des Moderator- und Reflektorstapels durch aufrecht stehende Blöcke 1 mit lotrechten Kanälen 2 gebildet. Diese Blöcke sind in waagerechter Richtung voneinander durch ein Spiel getrennt, welches die Wärmedehnungen und die Wigner-Dehnungen ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird jeder dieser Blöcke von einem Metallzylinder 3 getragen, welcher einen

ίο Kanal 4 enthält, welcher zu dem Kanal 2 des Blocks 1 gleichachsig ist, aber einen etwas größeren Durchmesser aufweist.

Am oberen Ende des Teils 3 ist eine sphärische, vorzugsweise konvexe Auflagefläche 3_t ausgearbeitet, welche auf eine entsprechende sphärische Auflagefläche I₁ an dem Fuß des betreffenden Blocks 1 paßt. Der Teil 3 ist an seinem Fuß mit einem kreisförmigen Bund 3₂ versehen, welcher auf einem in dem Sockel 5 des Reaktors ausgearbeiteten entsprechenden Sitz ruht, und zwar entweder unmittelbar, wobei die Befestigung des Tragteils an dem Sockel mit HiUe von auf den Bund 3₂ verteilten Schrauben 6 (Fig. 1) erfolgt, von denen z. B. vier vorhanden sind, oder über Druckschrauben 7 (Fig. 2) regelbarer Höhe, von denen z.B. drei um 120° gegeneinander versetzte vorhanden sind, wobei die Befestigung durch ebensoviele Schrauben 8 vervollständigt wird.

Bei dieser Ausbildung überträgt der Tragteil 3 auf den Sockel 5 das vollständige Gewicht der Moderatorsäule, bei welcher wenigstens der Fußteil durch den Block 1 gebildet wird.

Ferner ermöglicht das Vorhandensein der sphärischen Auflageflächen geringe Winkelverschiebungen der Säule gegenüber dem Tragteil 3 und somit dem SockelS.

Um die Schrägstellung und/oder die Höhe des Tragteils gegenüber dem Sockel etwas verändern zu können, ohne die von ihm hergestellte abdichtende Verbindung für das Kühlmittel zwischen dem Kanal 2 und der diesem zugeordneten Speiseleitung 9 zu beeinträchtigen, wird zweckmäßigerweise der Tragteil mit einer inneren zylindrischen Bohrung versehen, welche sich gegen einen an der Mündung der Speiseleitung 9 vorgesehenen äußeren sphärischen Ringwulst 9j legt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsabwandlung wird die unterste Schicht des Stapels durch einander berührende, elastisch vertikal gegeneinandergedrückte Platten gebildet, wobei die Tragteile 11 zwei Kugelgelenkstellen aufweisen.

Jeder Tragteil 11 ist ein rohrförmiger Teil, welcher an jedem Ende eine sphärische Auflagefläche aufweist, nämlich eine obere Fläche H₁ und eine untere Fläche H₂, welche mit entsprechenden Auflageflächen 1O₁ an der Unterseite der getragenen Platte 10 bzw. 12j in einer Lochscheibe 12 zusammenwirken, welch letztere auf einer Schulter S₁ eines an dem Sockel 5 befestigten Metallrohrs S₂ ruht.

Wenn die Verformungen des Moderatorstapels eine gewisse Größe erreichen können, gibt man dem Tragteil 11 eine große Länge, so daß die Amplitude der Winkelverstellungen an den sphärischen Auflageflächen H₁-IO₁ und U₂-IZ₁ begrenzt wird. Diese Verlängerung des Tragteils 11 kann ohne Vergrößerung der verlorengehenden Höhe zwischen dem Sockel und dem Stapel dadurch erhalten werden, daß die Schulter 5j in der Nähe der unteren Sohle S₃ des Sockels des Reaktors angeordnet wird.

Anstatt in dem untersten Teil (Block 1 oder Platte 10) der getragenen Säule ausgearbeitet zu sein, kann die zum Zusammenwirken mit der sphärischen Auflagefläche des rohrförmigen Tragteils bestimmte sphärische Auflagefläche in einer nicht dargestellten Lochscheibe aus Spezialstahl oder einem anderen Werkstoff mit geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten ausgearbeitet sein, welche zwischen dem Tragteil und dem getragenen Teil angeordnet ist, um die Größe der Differenzdehnungen zwischen den miteinander in Berührung stehenden sphärischen Abschnitten zu verringern.

Die Innendurchmesser der verschiedenen zylindrischen Abschnitte und die Form der Verbindungsstellen derselben müssen natürlich so ausgebildet sein, daß die Brennstoffelemente sich bei ihren Verschiebungen nicht festklemmen können, wofür die Verbindungsstellen gebrochene Kanten erhalten können.

Wenn die Gefahr von Parallelverschiebungen zwischen der Unterseite des Stapels und der oberen Sohle des Sockels oder von örtlichen Verschiebungen wenigstens eines der aufgestapelten Teile in lotrechter Richtung besteht, wird vorzugsweise dauernd ein Mindestkontaktdruck an der Stelle der sphärischen Auflageflächen ausgeübt, um einen Austritt des Kühlmittels an dieser Stelle zu verhindern.

Hierfür wird z. B. der rohrförmige Tragteil aus zwei zylindrischen ineinander gleitenden Teilen 13 und 14 (Fig. 4) gebildet, welche beständig durch den elastischen Druck einer zwischen ihnen angeordneten Feder 15 gespreizt werden. Bei einer Veränderung des Abstandes zwischen dem Fuß des Stapels und dem Sockel des Reaktors hält diese Feder 15 die beiden Teile 13 und 14 dicht an ihren Auflageflächen.

Die rohrförmigen Tragteile können verwendet werden, um die die entsprechenden Kanäle speisenden Brennstoffelemente mit Hilfe von beliebigen, ihnen zugeordneten Vorrichtungen zu halten.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE: 40

1. Tragvorrichtung für den aus den vertikalen Moderatorsäulen mit parallel zur Säulenachse verlaufenden Kühlkanälen aufgebauten Moderator eines Kernreaktors, die aus einem horizontalen, zur Abstützung des Moderatoraufbaues dienenden Sockel besteht, in den von unten die jedem Kühlkanal zugeordneten Kühlleitungen münden und die zwischen dem unteren Ende des Kühlkanals einer jeden Moderatorsäule und der zugeordneten Kühlleitungsmündung an der Oberseite des Sokkels je einen starren, rohrförmigen Tragzylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragzylinder die Fortsetzung des zugeordneten Kühlkanals bildet, daß die Unterseite der Kühlkanalmündung einer jeden Moderatorsäule und das obere Ende eines jeden Tragzylinders mit sphärischen Auflageflächen versehen sind, deren gemeinsamer Mittelpunkt auf der Achse des Tragzylinders liegt, und daß diese Auflageflächen kugelgelenkartig aufeinander abgestützt sind und gegen das Kühlmittel abdichten.

2. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine innere, am unteren Ende des Tragzylinders (3, 11, 13-14) angebrachte zylindrische Aufbohrung und einen mit dem oberen Ende (9) der Kühlleitung fest verbundenen äußeren sphärischen dicht in die Aufbohrung passenden Wulst (9_t).

3. Tragvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen radialen Bund (3₂) und einen Satz von auf den Umfang des Bundes verteilten Druckschrauben und gewöhnlichen Schrauben (6, 7, 8) zur Festlegung der Schräglage und/oder der Höhe des rohrförmigen Tragzylinders (3, 11) gegenüber dem Sockel (5) des Reaktors.

4. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem unteren Ende des rohrförmigen Tragzylinders (11) starr verbundene sphärische Auflagefläche (H₂), welche mit einer mit dem Sockel des Reaktors fest verbundenen Auflagefläche (H₁) zusammenwirkt.

5. Tragvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Sockel fest verbundene sphärische Auflagefläche (H₁) in eine auf den Sockel (5) aufgesetzte Lochscheibe (12) eingearbeitet ist.

6. Tragvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Sockel fest verbundene spärische Auflagefläche (H₁) in der Nähe der unteren Sohle (5₃) des Sockels (5) liegt.

7. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Tragzylinder aus zwei ineinandergesteckten Teilen (13, 14) besteht, welche axial gegeneinandergleiten können, wobei elastische Glieder (15) zwischen diesen beiden Teilen angeordnet sind und sie derart auseinanderspreizen, daß eine dichte Berührung an den sphärischen Auflageflächen dauernd aufrechterhalten wird.

8. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem unteren Ende des Moderatorelements vorgesehene sphärische Auflagefläche in einem Ring ausgearbeitet ist, welcher zwischen dem rohrförmigen Tragzylinder und diesem Moderatorelement angeordnet ist und aus einem Werkstoff besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa gleich dem des Moderatorelementes ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 785 928, 783 094; USA.-Patentschriften Nr. 2 806 820, 2 756 858.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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