DE1194071B

DE1194071B - Ebene Unterstuetzungsflaeche fuer einen aus festem Material bestehenden, vertikalen Moderator-aufbau eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE1194071B
Application number: DEC26569A
Authority: DE
Inventors: Pierre Rouge
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1961-04-14
Filing date: 1962-03-23
Publication date: 1965-06-03
Also published as: BE615599A; CH385361A; FR1294305A; GB965816A; DK111237B; LU41496A1; NL276702A; ES276464A1; US3174906A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 21

Deutsche KL: 21g-21/20

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C26569 VIIIc/21:
23. März 1962
3. Juni 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine ebene Unterstttzungsfläche für einen aus festem Material bestehenden, vertikalen Moderatoraufbau eines Kernreaktors, die aus mehreren, in sich starren, einzeln abgestützten Stützflächenteilen zusammengesetzt ist.

Bekanntlich treten bei Kernreaktoren mit festem Moderator infolge gleichzeitiger Einwirkung der Temperaturerhöhung und derjenigen Phänomene, die unter dem Namen »Wigner-Effekt« bekannt sind, örtliche Verformungen des Moderators auf, welche nicht nur die Kontinuität der jeweils in der Achse der Moderatorsäulen vorgesehenen Längskanäle, sondern auch die gesamte Stabilität des Moderatoraufbaues nachteilig beeinflussen.

Man kann diese Nachteile — zumindest in weitem Umfang — dadurch vermeiden, daß man den Aufbai aus vertikalen, nebeneinander angeordneten Säulen herstellt, die beispielsweise mit den jeweils benachbarten Säulen durch Längsfederleisten verbunden werden, welche in radiale Nuten eingreifen, die in die seitlichen Flächen der prismatischen, zur Bildung der Säulen aufeinandergesetzten Moderatorblöcke eingearbeitet sind. Ein derartiger Moderatoraufbau ist z. B. in der französischen Patentschrift 1 214 246 beschrieben und dargestellt.

Auf diese Weise wird ein gegenseitiges Verschieben jeder Säule gegenüber den sie umgebenden Säulen in vertikaler Richtung und gleichzeitig eine Querdehnung der Moderatorblöcke möglich, da im Giund der zur Aufnahme der Federleisten bestimmten Nuten ein Spiel vorgesehen ist. Eine Bedingung für eine solche freie Bewegungsmöglichkeit ist aber, daß der gesamte Aufbau auf einer vollkommen ebenen Unterstützungsfläche ruht, die auch während des Betriebes des Reaktors genau horizontal bleibt.

Wenn die Abmessungen des Moderatoraufbaues verhältnismäßig klein sind, kann man die Unterstützungsfläche als einstückige Tragplatte ausbilden, dis durch Rohre, Rippen oder Stege versteift wird ur.d an ihrem Rand auf den Druckbehälter oder unterhalb einer inneren Ringzone auf die dichte Ummantelung des Reaktors abgestützt ist. Eine derartige Anordnung ist jedoch nicht mehr einwandfrei ausführbar, wenn die vorgesehene Leistung Durchmesserabmessungen des Reaktors bedingt, die ganz wesentlich größer sind, beispielsweise 20 m betragen. D:e nicht abgestützten Längen werden dann so groß, daß sich die erwünschten Toleranzen hinsichtlich der Horizontalität der gesamten Unterstützungsfläche nicht mehr einhalten lassen.

Es ist auch bereits ein Moderatoraufbau bekannt, bei dem voneinander unabhängige, vielgliederige Ebene Unterstützungsfläche für einen aus festem Material bestehenden, vertikalen Moderatoraufbau eines Kernreaktors

Anmelder:

Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Pierre Rouge,

Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 14. April 1961 (858 749)

Moderatorsäulen von etwa quadratischem Querschnitt durch relativ breite Zwischenfugen voneinander getrennt sind. Jede dieser Säulen ruht auf einer besonderen, in sich starren Tragplatte. Die in einer gemeinsamen Horizontalebene angeordneten Tragplatten sind ihrerseits über kurze vertikale Stützen an einem gemeinsamen Stahlboden festgelegt, der den gesamten Moderatoraufbau trägt. Bei dieser bekannten Anordnung sind die einzelnen Tragplatten der Moderatorsäulen über ihre kurzen Stützen und den Stahlboden starr miteinander verbunden. Da bei der starren Verbindung der zahlreichen Tragplatten mit dem Stahlboden die Tragplatten nicht den betrieblichen Wärmedehnungsbewegungen des Moderatoraufbaus, die entsprechend dem vom zentralen Bereich nach außen vorhandenen Temperaturgefälle im wesentlichen radial gerichtet sind, zu folgen vermögen, müssen die zur Aufnahme der unterschiedlichen Querdehnungen der Säulen vorgesehenen Zwischenfugen relativ groß gehalten werden, was einem unerwünscht hohen Neutronen-Leckfluß Vorschub leistet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben geschilderten Nachteile durch eine neue Ausbildung der Moderator-Unterstützungskonstruktion zu beseitigen, die gleichzeitig eine bessere Verteilung des Moderatoraufbaugewichtes auf den Boden des Raktor-Druckgefäßes ergibt.

Bei der ebenen Unterstützungsfläche für einen aus festem Material bestehenden vertikalen Moderatoraufbau eines Kernreaktors, die aus mehreren, in sich

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starren, einzeln abgestützten Stützflächenteilen zu- Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfinsammengesetzt ist, wird diese Aufgabe dadurch ge- dung und ihrer Merkmale werden nun unter Hinweis löst, daß erfindungsgemäß die einzelnen Teile der auf die Zeichnung einige in dieser Zeichnung dar-Unterstützungsfläche, die aus einer zentralen Stütz- gestellte Ausführungsbeispiele beschrieben; es zeigt fläche und jeweils nahe aneinander und konzentrisch 5 F i g. 1 einen senkrechten Axialschnitt durch den zu der zentralen Stützfläche angeordneten ring- unteren Teil eines Kernreaktors mit festem Modeähnlichen Rahmen zusammengesetzt ist, unabhängig ratoraufbau, der auf einer ebenen Unterstützung gevoneinander in radialer Richtung beweglich abgestützt maß der Erfindung ruht,
sind. F i g. 2 einen horizontalen Schnitt längs der Schnitt-

Die Ausbildung der ebenen Unterstützungsfläche io linie II-II der Fig. 1,

gemäß der Erfindung trägt der Tatsache Rechnung, F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der daß die durch Wärmedehnungen und Wigner-Effekte F i g. 2, aus der die Art der Verbindung zweier bebedingten Verformungen des Moderatoraufbaues nachbarter Ringrahmen genauer ersichtlich ist,
vom zentralen Teil des Aufbaues, wo sie am größten F i g. 4 einen senkrechten Teilschnitt längs der sind, bis zum äußeren Umfang hin abnehmen und 15 Schnittlinie IV-IV der F i g. 3,
daß die radialen Verformungen des Aufbaues inner- F i g. 5 einen waagerechten Schnitt, ähnlich dsm halb einer gegebenen Ringzone zumindest sehr an- Schnitt in Fig. 2, aber für eine andere Ausbildung genähert gleich sind, so daß man die in dieser Ring- der Unterstützungs-Ringrahmen,
zone angeordneten Moderatorsäulen auf einen ge- F i g. 6 eine Einzeldarstellung in größerem Maßmeinsamen ringähnlichen Rahmen abstützen kann, 20 stab, aus der die Ausbildung des Gelenkes eines der aber seinerseits nicht starr, sondern radial nach- Stützpfostens ersichtlich ist, wie es bei der Anordnung giebig abgestützt ist, um sich den radial gerichteten gemäß F i g. 1 verwendet wird,
Wärmedehnungen infolge des auch den Rahmen F i g. 7 eine teilweise geschnittene Ansicht zweier beeinflussenden Temperaturgefälles praktisch zwang- Stützpfosten, bei der der Schnitt längs der Schnittlos anpassen zu können. 25 linie VII-VII der F i g. 6 verläuft.

Eine derartige Abstützung wird konstruktiv ein- Die F i g. 1 zeigt — wie bereits oben gesagt — fach, sie macht es auch möglich, die Zwischenfugen einen senkrechten Schnitt durch den unteren Teil zwischen den einzelnen Moderatorsäulen schmal zu eines Kernreaktors mit festem Moderator. Der Modehalten und derart gegeneinander versetzt oder geneigt ratoraufbau setzt sich aus Graphitsäulen 1 zusammen, anzuordnen, daß keine durchgehenden Neutronen- 30 die in regelmäßiger Anordnung nebeneinander auf-Leckflußwege vorhanden sind. gestellt sind. Jede Säule 1 besteht aus übereinander-

Die radiale Nachgiebigkeit der Teile der Unter- gesetzten prismatischen Graphitblöcken, deren Quer-

stützungsfläche wird am zweckmäßigsten dadurch er- schnitt beispielsweise ein regelmäßiges Sechseck ist.

zielt, daß die mittlere Stützfläche und jeder Ring- Jeweils in der Längsachse der Blöcke oder Säulen

rahmen auf Unterstützungspfosten ruht, die sich 35 sind zentrale Kanäle vorgesehen, die zur Aufnahme

ihrerseits auf den Boden des Reaktor-Druckgefäßes von Patronen mit spaltbarem Material dienen und

abstützen und, symmetrisch um die Achse des Mode- infolgedessen in regelmäßiger Anordnung, beispiels-

ratoraufbaues verteilt, in durch diese Achse gehen- weise einem Netz mit dreieckigen Maschen, in dem

den Ebenen angeordnet sind. Moderatoraufbau verteilt sind. Die gegenseitige Ver-

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Unter- 40 bindung zwischen den Säulen erfolgt — wie bereits Stützungsfläche gemäß der Erfindung ergeben sich vorher geschildert — mit Hilfe von radialen i;nd durch die Anwendung einiger sekundärer Maß- längsgerichteten Federleisten und -nuten. Außerdem nahmen oder Merkmale, die in der folgenden Be- wird der Aufbau durch ein an seinem Umfang anschreibung erläutert werden; es sind dies im wesent- geordnetes Metallkorsett 2 von kreisrundem Querlichen: 45 schnitt zusammengehalten. Dieser Moderatoraufbau

_.·.,· „..„., , ,. ...,,., ist in einer Hülle 3 untergebracht, die einwandfrei

Die mittlere Stutzflache und die nngahnhchen _{dicht gegenüber einem in dem Reaktor um}i_auf_enden

Rahmen sind miteinander über Federkeile ver- _Kühi_{medium ist}. _Diese Abdichtungshülle ist an ihrer

bunden die in radiale Nuten der Teile derart _{Innenseite mit einer wär}meisolierenden Material-

eingreifen, daß begrenzte radiale Verformungen _{schicht4 ausgekleidet und außen von einem stark}.

emes Rmgrahmens gegenüber den anderen, be- _{wandigen Ma}^_{tel s umgeben}, _der beispielsweise aus

nachbarten Stützflächenteilen möglich sind; die _{Beton begteht und} ^ Schutzmantel gegen die im

Verbindung der mittleren Stutzflache und der _{aktiyen Teü deg Reaktorkernes} entstehende Strah-

Rahmen wird anι den Unterseiten mit Hilfe einer , _{bildet Hn dünnes ßlech} _{6 hMet} _{dne sowoM}

elastischen Verbindung in Form eines Dich- _{nachgiebige als auch vo}n_{kommen dich}t_e Verbindung

tungsbalges vervollständigt. zwischen dem Korsett 2 und der Abdichtungshülle 3

Jeder Stützpfosten hat in seinem mit dem Ring- des Reaktors.

rahmen verbundenen Ende ein Gelenk, dessen Gemäß der Erfindung ruht der Moderatoraufbau Gelenkachse senkrecht zu einer durch die Achse _mi_t seinen Graphitsäulen 1 auf einer ebenen Unterdes Aufbaues und die Achse des Pfostens gehen- 60 stützungsplatte 7, die aus einem die mittlere Stützden Ebene liegt, so daß die seitliche Steifigkeit fläche bildenden Plattenteil 11 und mehreren konjedes der Ringrahmen gesichert ist. zentrischen Ringrahmen 8, 9 und 10 besteht. Diese Die Stützpfosten stützen sich mit ihrem anderen Ringrahmen liegen dicht aneinander, sie können geEnde auf den Boden des Reaktor-Druckgefäßes gebenenfalls ein kleines freies Radialspiel zwischen über thermisch gegen das Druckgefäß isolierte 65 je zwei benachbarten Rahmenrändern aufweisen. Die kugelige Lagerungen ab und sind vorzugsweise mittlere Stützfläche sowie jeder Ringrahmen wird jeweils senkrecht unter einem der Kanäle des durch eine bestimmte Anzahl von Stützpfosten 12 Reaktors angeordnet. getragen, die symmetrisch um die Achse des Mode-

Claims

raioraufbaues angeordnet sind; die Anzahl dieser auf der durch die Achse des Moderatorsaufbaues Stätzpfosten ändert sich entsprechend den jeweiligen und die Achse des jeweiligen Stützpfostens gehenden Abmessungen der einzelnen Ringrahmen und der Ebene liegt, d. h. senkrecht zu dem Radius des Ring-Bdastungen, welche diese Ringrahmen aufzunehmen rahmens, der durch die Verbindungsstelle mit dem haben. Diese Stützpfosten haben in der Nähe ihres 5 Stützpfosten geht (vgl. Fig. 6). In dem besonderen mit den Ringrahmen der ebenen Unterstützungs- Fall, in dem die Dichtungshülle 3 des Reaktors durch fläche verbundenen Endes je ein Gelenk 13. Die ein starkwandiges dichtes Gefäß aus vorgespanntem unteren Enden der Stützpfosten 12 stützen sich starr Beton ersetzt ist, wird es notwendig, dieses Gefäß auf Stützbügel 15 ab, die ihrerseits auf den Boden 14 gegen Wärmeeinwirkung zu isolieren, um ein under Reaktor-Abdichtungshülle 3 abgestützt sind. io erwünscht hoher Ansteigen der Temperatur des Ge-

Die einen waagerechten Schnitt durch den fäßes zu vermeiden, wenn der Reaktor im Betrieb

Reaktorbehälter gemäß F i g. 1 darstellende F i g. 2 ist. Zu diesem Zweck stützen sich die Stützpfosten 12

ze:gt genauer die besondere Form der Ringrahmen, mit ihrem unteren Ende über kugelige Lagerungen

welche den Moderatoraufbau tragen. Wegen der 23 auf wärmeisolierende Stützglieder 15 ab, und zwar

regelmäßigen Anordnung der Moderatorsäulen 1 15 in der Höhe der wärmeisolierenden Auskleidung 4;

haben diese Ringrahmen ihrerseits eine äußere und dadurch wird die Übertragung der Wärme von der

innere Randkontur, dessen allgemeine Form un- ebenen Unterstützungsfläche auf das druckdichte

gefahr einem Sechseck entspricht; die Kanten des Gefäß vermieden (Fig. 7).

Sechseckes sind sägezahnartig eingeschnitten, so daß Vorzugsweise werden die Stützpfosten unmittelbar sie sich sehr genau der Querschnittskontur der pris- 20 senkrecht unterhalb solcher Kanäle des Moderatormatischen Graphitsäulen 1 anpassen. Die Ring- aufbaues vorgesehen, die zur Aufnahme von Sicherrahmen sind mit dem Mittelteil und miteinander heitsstäben des Reaktors dienen, oder auch senkdurch eine Reihe von Federkeilen 16 verbunden, die recht unterhalb eines zur Aufnahme von atomarem vorzugsweise an den Ecken des Sechseckquerschnitts Brennstoff bestimmten Kanals, wie beispielsweise des angeordnet sind. Diese Federkeile 16 greifen in 25 Kanals 24 (F i g. 7). In diesem Falle haben die Stützradiale Nuten der Ringrahmen ein und gestatten so- pfosten — zumindest an ihrem oberen Ende — die mit geringfügige gegenseitige Verlagerungen oder Gestalt eines Rohres, dessen Mantel mit einer Verschiebungen des einen Rahmens gegenüber den größeren Zahl von radialen Löchern versehen ist ihm benachbarten Rahmen, wobei aber jede Winkel- (25 in F i g. 7), durch die das die Brennstoffpatronen Verdrehung des einen gegenüber den anderen Rahmen 30 kühlende Medium hindurchströmen kann, um in den unterbunden ist. betreffenden Kanal zu gelangen.

Durch diese Anordnung wird es möglich, die durch Bei einer anderen Ausführungsform könnte man

das Gewicht des Moderatoraufbaues gegebene die mit Gelenken versehenen Pfosten durch starre

mechanische Beanspruchung jedes der Ringrahmen Pfosten ersetzen, die mit dem Druckbehälter des

und des Mittelteils 11 etwa gleichzuhalten; die Biege- 35 Reaktors verbunden sind und die konzentrischen

beanspruchung jedes der Rahmen bleibt unbeein- Ringrahmen über Rollen tragen, deren Rollachsen

fhißt, ganz unabhängig davon, welche Verformungen senkrecht zum Radius der Rahmen in horizontalen

sich beim Betrieb des Reaktors ergeben können. Die Ebenen liegen, um auf diese Weise ebenfalls die seit-

Abdichtung zwischen zwei konzentrischen Ring- liehe Stabilität der gesamten Unterstützungsfläche zu

rahmen wird unter Zwischenschaltung von an die 40 sichern.

Unterseite der Rahmenplatten angeschweißten, im Selbstverständlich ist die Erfindung in keiner Weise Zickzack angeordneten Winkelleisten 17 (F i g. 3 auf die in der Zeichnung dargestellten und vor- und 4) ausgeführt, die eine Verbindung des elasti- stehend beschriebenen Ausführungen beschränkt, da sehen Dichtungsgliedes selbst längs einer ge- diese lediglich Beispiele sind. Insbesondere ist die brochenen Grenzlinie möglich machen. An jeder der 45 Erfindung nicht nur bei einem Moderatoraufbau anbeiden Winkelleisten ist ein Dichtungsbalg 18 an- wendbar, der durch besondere Federn und Nuten geschweißt, der eine vertikale Verschiebung — die zusammengehalten wird, wie bei dem speziellen Ausauf Unterschiede der Ausdehnung zurückführen ist — führungsbeispiel, das soeben beschrieben wurde; sie erleichtert und ein Entweichen des Kühlmediums läßt sich auch bei allen anderen Aufbauweisen bedurch die Spalten α verhindert, wie sie gegebenen- 50 nutzen, bei denen die Säulen aus dem festen Modefalls beim Aufbau zwischen benachbarten Ring- rator jeweils voneinander unabhängig sind und kleine rahmen vorgesehen werden. vertikale Lagenänderungen vorkommen können.

In F i g. 5 ist eine abweichende Ausführungsform

der Erfindung veranschaulicht, bei der das An- Patentansprüche:

ordnungsnetz der Moderatorsäulen nicht mehr drei- 55

eckig, sondern quadratisch ist. Auch in diesem Falle 1. Ebene Unterstützungsfläche für einen aus ist die ebene Unterstützungsfläche gleichfalls aus zu festem Material bestehenden, vertikalen Modeeinem Mittelteil 22 konzentrischen Ringrahmen mit ratoraufbau eines Kernreaktors, die aus mehreren, polygonaler Randkontur aufgebaut, beispielsweise in sich starren, einzeln abgestützten Stützflächenden Rahmen 19,20 und21. 60 teilen zusammengesetzt ist, dadurch g e -

Gemäß der Erfindung ist das mit dem Gelenk 13 kennzeichnet, daß die einzelnen Teile der

versehene Ende der die Ringrahmen tragenden Stütz- Unterstützungsfläche, die aus einer zentralen

pfosten 12 so ausgelegt, daß der Zusammenhalt der Stützfläche (11 bzw. 22) und jeweils nahe anein-

gesamten ebenen Stützfläche gewahrt wird, jedoch ander und konzentrisch zu der zentralen Stütz-

eiae freie Dehnung der einzelnen Teile mit ent- 65 fläche angeordneten ringähnlichen Rahmen (8, 9,

sprechender gegenseitiger Bewegung möglich ist. Zu 10 bzw. 19, 20, 21) zusammengesetzt ist, un-

diesem Zweck sind die Achsen der Gelenke dieser abhängig voneinander in radialer Richtung be-

Stützpfosten in eine Richtung gelegt, die senkrecht weglich abgestützt sind.

2. Unterstützungsfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Stützfläche (11 bzw. 22) und jeder Ringrahmen (8,9,10 bzw. 19,20,21) auf Unterstützungspfosten (12) ruht, die sich ihrerseits auf den Boden (14) des Reaktor-Druckgefäßes abstützen und symmetrisch um die Achse des Moderatoraufbaues (Graphitsäulen 1) verteilt in durch diese Achse gehenden Ebenen angeordnet sind.

3. Unterstützungsfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrahmen (8, 9,10 bzw. 19,20,21) miteinander durch in radiale Nuten der Ringrahmen eingreifende Federkeile (16) verbunden sind, die relative Verlagerungen oder Verformungen eines Ringrahmens gegenüber den ihm benachbarten Ringrahmen zulassen.

4. Unterstützungsfläche nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Unterstützungspfosten (12) an seinem mit einem starren ao Ringrahmen (8, 9,10 bzw. 19,20,21) verbundenen Ende ein Gelenk (13) aufweist, dessen Achse senkrecht zu einer durch die Achse des Aufbaues und die Achse des Pfostens gehenden

Ebene liegt, so daß die seitliche Steifigkeit der gesamten Ringrahmen gesichert ist.

5. Unterstützungsfläche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stützpfosten (12) an seinem auf das Reaktorgefäß abgestützten Ende mit einer thermisch gegen das Gefäß isolierten Lagerung mit sphärischen Lagerflächen (23) versehen ist.

6. Unterstützungsfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei konzentrischen Ringrahmen (8, 9,10 bzw. 19, 20,21) an deren unteren Seiten eine elastische Dichtungsverbindung (17,18) vorgesehen ist, die die einander benachbarten Ränder der beiden Ringrahmen verbindet.

7. Unterstützungsfläche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsverbindung aus einem metallischen Balg (18) besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 204 140;
belgische Patentschrift Nr. 570 375;
französische Patentschriften Nr. 1 199 141,
234 324.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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