DE1239784B

DE1239784B - Kernreaktor mit einem von Druckrohren durchsetzten Reaktorbehaelter

Info

Publication number: DE1239784B
Application number: DEC26612A
Authority: DE
Inventors: Didier Costes; Jean Claude Jacquin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1961-04-10
Filing date: 1962-03-30
Publication date: 1967-05-03
Also published as: US3243353A; NL276887A; LU41476A1; CH394414A; ES276312A1; BE616067A; GB936903A; FR1294194A; NL124296C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.: G21c

DEUTSCHES WTWSSSP PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-21/20

Nummer: 1239 784

Aktenzeichen: C 26612 VIII c/21 g
1 239 784 Anmeldetag: 30.März 1962

Auslegetag: 3. Mai 1967

Kernreaktor mit einem von Druckrohren
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor durchsetzten Reaktorbehälter

mit einem inneren, von Druckrohren durchsetzten

dichten Reaktorbehälter, einem diesen Behälter um-

gebenden äußeren Strahlenschutzgehäuse und zumindest einer dicht abgeschlossenen Führungs- und Be- 5 Anmelder:

tätigungseinrichtung für ein in den Behälter einführ- Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

bares und in ihm bewegbares Element, wie einen

Steuerstab, die ein starres Führungsrohr für das be- Vertreter:

wegbare Element, ein mit seinem einen Ende an dem DipL-Ing. R. Beetz

Behälter dichtend befestigtes, die Schutzgehäusewand xo _{und Di L}__{Ing K L}amprecht, Patentanwälte,
durchquerendes und mittels einer Verschlußvorrich- _{hen Steinsdorfstr- 1Q}

tung verschlossenes Dichtungsrohr sowie einen der '
Verschlußvorrichtung zugeordneten Betätigungsantrieb umfaßt, der mit dem bewegbaren Element durch Als Erfinder benannt:
ein Seil verbunden ist, das durch einen Strahlen- 15 Didier Costes, Paris;
schutzstopfen hindurchführt. _Jean Claude Jacquin,

Zur näheren Erläuterung der der Erfindung zu- Nogent-sur-Marne, Seine (Frankreich)

gründe liegenden Problemstellung und ihrer Losung ' _

sei auf ein in der Zeichnung veranschaulichtes Aus- . ..

führungsbeispiel eines Kernreaktors gemäß der Er- 20 Beanspruchte Priorität:

findung eingegangen. In der Zeichnung zeigt Frankreich vom 10. April 1961 (858 265)

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen

Kernreaktor gemäß der Erfindung als Ganzes, 2

F i g. 2 einen Schnitt durch ein teilweise schematisch dargestelltes Verbindungssystem zwischen der 25 für die Steuerstäbe 3 ermöglicht diese Verschiebun-Betätigung einer Steuerstange und dem Behälter des gen ohne die Gefahr einer Beschädigung der relativ Kernreaktors, zueinander bewegten Teile.

F i g. 3 dasselbe System (im verkleinerten Maßstab) F i g. 2 zeigt den Behälter 1 des Reaktors und das in einer unterschiedlichen Stellung, aus der die in der Schutzgehäuse 2. Ein Steuerstab 3 ist durch das GeZeichnung übertrieben veranschaulichte Deformation 30 häuse 2 hindurch mit einer an dessen Außenseite voreinzelner Elemente ersichtlich ist. gesehenen Betätigungsvorrichtung verbunden.

Der in F i g. 1 dargestellte Kernreaktor weist einen Zur Führung der Betätigungselemente für das bezylindrischen Behälterl auf, der in einer Kammer wegbare Element durch das Strahlenschutzgehäuse untergebracht ist, die durch ein von einem Beton- und den Reaktorbehälter sind bei einem Reaktor diemassiv gebildetes biologisches Strahlenschutz- 35 ser Art Betätigungsschächte vorgesehen, in denen die gehäuse 2 umschlossen wird. Der Behälter 1 enthält Steuer- und Verbindungselemente, wie Führungen, einen flüssigen Moderator (beispielsweise schweres Winden, Hubkolben usw., liegen.
Wasser); er wird von Druckrohren 2' durchsetzt, die Als solcher Schacht kann ein Führungsrohr dieparallel zur Längsachse des Behälters 1 angeordnet nen, wie es auf Seite 279 der Zeitschrift »Nuclear sind. Die Rohre 2' dienen zur Aufnahme der Brenn- +0 Engineering« vom Iuli 1958 gezeigt ist. Dieses Rohr Stoffelemente und werden von einem unter Druck ist, um seiner Führungsaufgabe genügen zu können, stehenden gasförmigen Kühlmittel durchströmt. Der starkwandig und starr ausgebildet und mit einem Behälter 1 ist demgegenüber nur dem hydrostatischen Verschlußstück versehen. Um eine Zerstörung oder Druck der in ihm vorgesehenen Moderatorflüssigkeit Beschädigung des Rohres oder der mit ihm verbunausgesetzt. 45 denen Bauteile des Reaktors durch eine RelativbeweIn den Behälter 1 können ferner Steuerstäbe 3 ein- gung des Strahlenschutzgehäuses gegenüber dem Regeführt werden, die nach Bedarf wahlweise wieder aktorbehälter, die beide von dem Rohr durchquert aus dem Behälter herausgezogen werden können. werden müssen, zu vermeiden, ist das Rohr nur an

Der Behälter 1 erfährt im Betrieb insbesondere in- dem Behälter befestigt. Auf diese Weise ist zwar eine folge der thermischen Längenänderungen gewisse 50 freie Bewegbarkeit des Rohres gegenüber dem GeVerschiebungen gegenüber dem Gehäuse 2. Die in häuse gewährleistet, es ergeben sich jedoch Schwieden F i g. 2 und 3 dargestellte Betätigungsvorrichtung rigkeiten bei der Abdichtung der Fuge zwischen Rohr

und Gehäuse gegen den Austritt von radioaktiven Teilchen aus dem Reaktorinneren.

Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich auch bei dem in der USA-Patentschrift2 863 815 beschriebenen Reaktor, bei dem das ebenfalls starre Fiihrungsrohr mit großem radialem und axialem Spiel das Schutzgehäuse durchquert. Das Spiel zwischen Gehäuse und Rohr stellt zwar dessen freie Bewegbarkeit sicher, schafft aber zugleich eine Austrittsmöglichkeit für Radioaktivität aus dem Reaktorinneren.

Unbefriedigend ist auch die in der britischen Patentschrift 821 931 beschriebene Ausführung der Betätigungsschächte. Es sind zwei starre koaxiale Rohre übereinandergeschoben, von denen das eine mit dem Strahlenschutzgehäuse und das andere mit dem Reaktorbehälter verbunden ist. Beide Rohre können also zwar der Bewegung der zugehörigen Reaktorhülle folgen, es fehlt jedoch an einer Abdichtung zwischen den beiden Rohren, die erst durch zusätzliche Maßnahmen erreicht werden muß.

Auch die in der französischen Patentschrift 1 244 114 beschriebene Ineinanderschachtelung von starren, mit Reaktorhüllen verschweißten Rohren vermag das Problem einer dichten und gleichzeitig Relativbewegungen quer zur Rohrachse ohne Beschädigungsgefahr zulassenden Schachtausbildung nicht zu lösen, da bei dieser Ausführung zwar eine gewisse Verschiebung der Hüllen in axialer Richtung, nicht aber quer zur Rohrachse möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor anzugeben, bei dem die Führung für in den Behälter des Reaktors einführbare Organe so ausgebildet ist, daß einerseits die genaue und verklemmungssichere Führung des bewegbaren Organs gewährleistet ist und andererseits unter Aufrechterhaltung der Abdichtung des Reaktorinneren Relativbewegungen zwischen Reaktorbehälter und Strahlenschutzgehäuse möglich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Reaktor dadurch gelöst, daß das Dichtungsrohr dünnwandig und derart verformbar ist, daß es den gegenseitigen Bewegungen des Reaktorbehälters und des Schutzgehäuses zu folgen vermag, und daß das starre Führungsrohr über den Strahlenschutzstopfen, der die Verschlußvorrichtung verschiebbar sowie abgedichtet durchsetzt, an einem fest mit dem Schutzgehäuse verbundenen Bauteil aufgehängt ist und daß seine Verbindungen mit dem Stopfen sowie mit dem Reaktorbehälter als kugelige Schwenkverbindungen ausgebildet sind. so

Bei dem in den F i g. 2 und 3 ausführlicher dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Steuerstab 3 im Inneren eines Führungsrohres 4 angeordnet, das an seinem oberen Teil durch einen zylindrischen Strahlenschutzstopfen 5 gehalten wird, dessen Durchmesser größer als der des Führungsrohres 4 ist und der eine Art Verschlußstopfen für das Strahlenschutzgehäuse 2 an dieser Stelle bildet. Die Verbindung zwischen dem Stopfen 5 und dem Führungsrohr 4 erfolgt durch einen Gelenkkopf 6.

Der zylindrische Stopfen 5 weist einen Innenkanal 7 auf, der vorteilhafterweise gekrümmt ist und durch den ein Betätigungskabel 8 für den Steuerstab 3 hindurchgeführt ist; an seinem oberen Teil ist der Stopfen 5 mit einem Ansatz 9 mit geringerem Querschnitt versehen, der dicht, jedoch verschiebbar, durch den Deckel eines weiter unten näher beschriebenen Dichtungsrohres 15 hindurchgeführt ist.

Die Anordnung, welche durch das Führungsrohr 4 und den Stopfen 5 gebildet wird, ist an ihrem oberen Teil aufgehängt; der Ansatz 9 wird beispielsweise durch eine GlockelO getragen, welche die in dem Gehäuse 1 zur Aufnahme der genannten Anordnung und des äußeren Dichtungsrohres 15 vorgesehene Führung 11,12 abschließt.

Die Führung 11, 12 besteht aus zwei Teilen, von denen der Teil 11, der in der Höhe des Stopfens 5 liegt, einen größeren Durchmesser als der Teil 12 aufweist, die Durchmesser sind jeweils hinreichend groß, um das erforderliche Spiel für die bereits erwähnten Querverschiebungen zu gestatten.

Oberhalb der GlockelO ist eine Winde 13 oder eine ähnliche Hubvorrichtung angebracht, an der das Kabel 8 endet; diese Vorrichtung ist in einem abgedichteten Gehäuse 14 untergebracht.

Das Dichtungsrohr, welches zwischen den Wänden der Führung 11, 12 einerseits und den Wänden der den Stopfen 5 und das Führungsrohr 4 enthaltenden Anordnung andererseits vorgesehen ist, besteht aus zwei Teilen. Der Teil 15 grenzt an den Behälter 1 an und ist mit diesem fest verbunden, beispielsweise verschweißt; der andere Teil 16 schließt sich an den Teil 15 an; er weist einen größeren Durchmesser auf und bildet zusammen mit dem Stopfen 5 die biologische Schutzschicht an dieser Stelle.

Zwischen dem Teil 15 des Dichtungsrohres und dem Führungsrohr 4 ist ein großes Spiel vorgesehen, um Querverschiebungen der Anordnungen zu ermöglichen (vgl. Fig. 2 und 3), Am unteren Ende kann ein Zentrierring 17 auf der inneren Fläche des Rohres 15 vorgesehen sein. Über dem Ring 17 kann ferner ein weiterer Ring 18 auf der Außenfläche des Führungsrohres 4 vorgesehen werden, der mit einem merklichen Spiel in das DichtungsrohrlS eingreift, jedoch nicht den Ring 17 durchsetzt. Ein axiales Spiel wird zwischen den beiden Ringen 17 und 18 vorgesehen, damit freie Ausdehnungen des Führungsrohres 4 und des Behälters 1 möglich sind. Auf diese Weise wird im übrigen auch ein zufälliges Hineinfallen des Führungsrohres 4 in den Behälter 1 verhindert.

Ein Zentrierring 19 kann beispielsweise auf der Oberseite des Führungsteiles 12 vorgesehen werden, um das Rohr 15 in diesem Führungsteil zu zentrieren.

Das radiale Spiel zwischen dem oberen Teil 16 des Dichtungsrohres und dem Stopfen 5 muß gering sein, damit die Strahlung nur einen möglichst kleinen Durchtrittsquerschnitt findet.

Die Abdichtung am oberen Ende wird durch einen Deckel 20 bewirkt, der mit äußeren Ringdichtungen 20¹ versehen ist und den oberen Teil 16 des Dichtungsrohres abschließt; dieser Deckel wird in seinem mittleren Bereich vom Ansatz 9 durchsetzt. Innere Ringdichtungen 21 gestatten eine Gleitbewegung des Ansatzes 9 unter Aufrechterhaltung der Abdichtung.

Der verringerte Durchmesser dieses Ansatzes 9 gegenüber dem Durchmesser des Deckels 20 vermindert die an den Ringdichtungen 21 auftretende Reibung infolge der Relatiwerschiebung der beiden Teile 9 und 20 bei einer axialen Ausdehnung; infolgedessen werden hierdurch auch die Wirkungen, die am Ansatz des Dichtungsrohres 15, 16 auf den Behälter 1 ausgeübt werden, vermindert.

Es sei hervorgehoben, daß das Spiel zwischen dem Führungsrohr 11 und dem Teil 16 des Dichtungsrohres gering sein kann, da diese Teile gegeneinander

Claims

zentriert sind, und zwar unten durch den Zentrierring 19 und oben durch die zentrierten Verbindungen, die in der nachstehend genannten Reihenfolge das Rohr 16, den Deckel 20, den Ansatz 9, die Glocke 10 und das Führungsrohr 11 verbinden. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um auf einfache Weise die Einzelteile der ganzen Anordnung auseinandernehmen zu können. So ist beispielsweise der Ansatz 9 an der Glocke 10 mittels eines Sprengringes 22 od. dgl. leicht lösbar befestigt. In gleicher Weise ist der Deckel 20 im Inneren und am Ende des Teiles 16 des Dichtungsrohres mit Hilfe eines Sprengringes 23 befestigt, der gegebenenfalls durch den Durchbruch 24 hindurch gelöst werden kann; der Durchbruch 24 ist normalerweise durch ein Verschlußstück 25 verschlossen. Man kann weiterhin die ganze Anordnung noch durch Mittel vervollständigen, durch die wenigstens teilweise das Gewicht des Dichtungsrohres 15, 16 ausgeglichen wird; diese Mittel können beispielsweise in einer Ausgleichsfeder 27 bestehen. Die beschriebene Anordnung wirkt folgendermaßen: Querbewegungen des Behälters 1 gegenüber dem Stopfen 5 sind möglich dank der guten Biegeverformbarkeit des dünnen Rohrteiles 15 sowie dank des Spieles zwischen diesem Rohrteil 15 und dem Führungsrohr 4. Man erkennt aus Fig. 3, daß sich der dünne Rohrteil 15 dank seiner Elastizität krümmen und damit in Querrichtung verformen kann, während sich die aus dem Führungsrohr 4 und dem Stopfen 5 bestehende Anordnung dank des Gelenkkopfes 6 und der Zentrierung 17 in gebrochner Linie in Querrichtung verschieben kann. Auf diese Weise wird vermieden, daß auf den Behälter 1 an der Ansatzstelle (Zentrierung 17) des Rohrteiles 15 Drehmomente, gefährliche Scherbeanspruchungen oder Druckkräfte ausgeübt werden. Der Behälterl kann daher so ausgelegt werden, daß er lediglich den hydrostatischen Druck der in ihm vorgesehenen Flüssigkeit aufnimmt. Darüber hinaus ist in axialer Richtung (hier in vertikaler Richtung) eine freie Ausdehnbarkeit durch Verschiebung des Dekkels 20 auf dem Ansatz 9 möglich; diese Verschiebung verursacht infolge des kleinen Durchmessers des Ansatzes 9 nur geringe Reibungskräfte. Die Anordnung läßt sich in folgender Weise leicht zerlegen: Zunächst wird die Betätigungsvorrichtung 13, 14 abgenommen; dann wird die aus dem Verschlußstück 5 mit dem Ansatz 9 und dem Führungsrohr 4 bestehende Anordnung am Ring 26 durch eine Hebevorrichtung festgehalten. Nunmehr werden die Sprengringe oder Segmente 22 sowie die GlockelO entfernt. Hiernach muß nur noch der Sprengring 23 entfernt werden, um den Stopfen 5 und das Führungsrohr 4 mit dem Deckel herausheben zu können. In der Zeichnung ist ein eventuell vorgesehenes Führungsrohr für den Steuerstab 3 im Inneren des Behälters nicht veranschaulicht. Ein derartiges Führungsrohr kann entweder am Behälter oder — vorteilhaft — am Führungsrohr 4 befestigt werden. Die dargestellte Lösung mit dem an seinem unteren Teil lediglich zentrierten Führungsrohr ist nicht das einzig mögliche Ausführungsbeispiel der Erfindung; man kann in gleicher Weise das Führungsrohr 4 im unteren Teil des Dichtungsrohres 15 auch einspannen. In diesem Fall werden zweckmäßigerweise Verbindungsmittel zwischen dem Führungsrohr und dem Verschlußstücks vorgesehen, die nicht nur eine Schwenkbewegung, sondern auch Verschiebungen in Querrichtung ermöglichen. Wie auch immer die Erfindung im einzelnen ausgeführt wird, läßt sich unter Benutzung des Erfindungsgedankens eine Anordnung entwickeln, die gegenüber den bisher bekannten vergleichbaren Vorrichtungen zahlreiche Vorteile aufweist, insbesondere: Es wird jede schädliche Beanspruchung des Behälters vermieden; es sind thermische Ausdehnungen in den einzelnen Richtungen möglich, ohne daß hierdurch Beschädigungen an Teilen der Vorrichtung verursacht werden; es ist ein einwandfreier biologischer Schutz gewährleistet; die Zerlegung der Vorrichtung läßt sich auf einfache Weise durchführen. Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem inneren, von Druckrohren durchsetzten dichten Reaktorbehälter, einem diesen Behälter umgebenden äußeren Strahlenschutzgehäuse und zumindest einer dicht abgeschlossenen Führungs- und Betätigungseinrichtung für ein in den Behälter einführbares und in ihm bewegbares Element, wie einen Steuerstab, die ein starres Führungsrohr für das bewegbare Element, ein mit seinem einen Ende an dem Behälter dichtend befestigtes, die Schutzgehäusewand durchquerendes und mittels einer Verschlußvorrichtung verschlossenes Dichtungsrohr sowie einen der Verschlußvorrichtung zugeordneten Betätigungsantrieb umfaßt, der mit dem bewegbaren Element durch ein Seil verbunden ist, das durch einen Strahlenschutzstopfen hindurchführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsrohr (15) dünnwandig und derart verformbar ist, daß es den gegenseitigen Bewegungen des Reaktorbehälters (1) und des Schutzgehäuses (2) zu folgen vermag, und daß das starre Führungsrohr (4) über den Strahlenschutzstopfen (5), der die Verschlußvorrichtung (10, 20) verschiebbar sowie abgedichtet durchsetzt, an einem fest mit dem Schutzgehäuse verbundenen Bauteil (GlockelO) aufgehängt ist und daß seine Verbindungen mit dem Stopfen sowie mit dem Reaktorbehälter als kugelige Schwenkverbindungen (6,18) ausgebildet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsrohr (15) einen Rohrabschnitt kleinen Durchmessers, der das starre Führungsrohr (4) mit vorbestimmtem Spiel umgibt, und einen Abschnitt (16) mit größerem Durchmesser aufweist, der den Strahlenschutzstopfen (5) mit kleinem Spiel aufnimmt.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenschutzstopfen (5) an seinem äußeren Ende einen im Querschnitt verringerten Ansatz (9) aufweist, der in der Verschlußvorrichtung (10, 20) dichtend geführt ist.