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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckbehälter aus Stahlbeton,
insbesondere für, einen Atom-Reaktor, bestehend aus einem Mantel mit im wesentlichen
gerader Erzeugender und kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt, wobei der Behälter
an den Stirnseiten durch vom Behältermantel mittels Dehnungsfugen getrennter Platten
abgeschlossen ist und eine Stahlauskleidung aufweist.
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Es ist bekannt, Hochdruckbehälter für Atomreaktoren aus Spannbeton
herzustellen. Diese Behälter haben meist zylindrische Form und werden zur Aufnahme
des Innendruckes in Längs- und Ringrichtung vorgespannt. Um die erforderliche Dichtigkeit
zu gewährleisten, besitzen sie meist eine innere Auskleidung aus Stahlblech.
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Die Herstellung derartiger Hochdruckbehälter aus Spannbeton ist nicht
nur deswegen bedeutsam, weil der Betonmantel gleichzeitig dem Strahlenschutz dient,
sondern vor allem auch deswegen, weil die Tendenz nach immer größeren Behältern
für stärkere Drücke geht. Solche Behälter lassen sich ganz aus Stahl nicht mehr
wirtschaftlich herstellen, weil die für Behälter mit so hohen Innendrücken erforderlichen
dicken Stahlbleche nicht mehr einwandfrei verschweißt werden können. Darüber hinaus
ist die Sicherheit eines Spannbetonbehälters im Katastrophenfall größer, weil selbst
bei erheblichem überschreiten des Innendruckes nur Risse in der Wandung entstehen,
während ein Stahlbehälter größere Leckstellen erhalten kann.
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Hochdruckbehälter der eingangs angegebenen Art haben aber den Nachteil,
daß mit wachsendem Innendruck die Nebenspannungen im Bereich des überganges vom
Behältermantel zu den Platten an den Stirnseiten immer größer werden und daß an
diesen Stellen, vor allem bei den Lastwechseln zwischen Null und dem Betriebsdruck,
die Rißsicherheit nicht gewährleistet werden kann. Auch durch die Anwendung der
Vorspannung und Anordnung von Dehnungsfugen zwischen dem Behältermantel und den
Platten lassen sich diese Schwierigkeiten nicht vermeiden, weil bei einer Verformung
des Mantels die diesen durchsetzenden, in den Platten verankerten Spannglieder quer
zu ihrer Längsrichtung auf Abscheren beansprucht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Hochdruckbehälter
zu schaffen, der mit vergleichsweise sehr hohen Innendrücken bis zu etwa 200 Atm
beansprucht werden kann und bei dem vor allem die Nebenspannungen am Übergang von
dem Behältermantel zu den Platten gering gehalten werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Behältermantel zweischalig aus
einem inneren, in Ringrichtung mit hohem Querschnittsanteil bewehrten, zur Aufnahme
der Ringkräfte bestimmten Teil und einem äußeren, zur Aufnahme der aus dem Innendruck
auf die Platten resultierenden Längskräfte bestimmten und in Längsrichtung vorgespannten
Teil ausgebildet ist.
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Die Vorteile der zweischaligen Ausführung des erfindungsgemäßen Hochdruckbehälters
liegen vor allem darin, daß für den Lastfall Betriebsdruck eine klare Trennung zwischen
dem die Ringspannungen aufnehmenden inneren Teil und dem die aus den Belastungen
der Platten resultierenden Längskräfte aufnehmenden Bauteilen, nämlich dem äußeren
Teil und den Platten selbst, erreicht wird. Dabei kann sich der innere Teil des
Behältermantels entsprechend seinen Belastungen frei verformen. Durch seine Ausführung
mit einem sehr hohen Bewehrungsprozentsatz wird erreicht, daß der Beton bei der
Dehnung der Bewehrungsstähle nur ganz feine Haarrisse erhalten kann. Ein Undichtwerden
des Behälters braucht nicht befürchtet zu werden, da die Stahlauskleidung vorhanden
ist, welche die an sich geringen Formänderungen aus der Belastung ohne weiteres
mitmachen kann.
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Der innere Teil des Behältermantels kann an seiner unteren Stirnseite
auf einer Gleitschicht aufruhen. Die Platten des Behälters können vorgespannt sein.
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Diese Vorspannung wird zweckmäßig in der Weise erzeugt, daß die Platten
jeweils einen Zugring aufweisen, der in den betreffenden Platten selbst ausgebildet
sein kann.
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Dabei ist es zweckmäßig, daß die durch die Vorspannung des Zugringes
erzeugte Druckkraft so auf die durch die Vorspannung des äußeren Teiles des Behältermantels
erzeugte Längskraft abgestimmt ist, daß die Resultierende beider Kräfte etwa die
in einer kreisförmigen Schwerlinie konzentriert gedachten, auf die Platten wirkenden
Innendruckkräfte schneidet.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Längsschnittes durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Der erfindungsgemäße Hochdruckbehälter weist einen zylindrischen Behältermantel
1 auf, der durch Platten, nämlich eine Kopfplatte 3 und eine Grundplatte 4, verschlossen
ist. Der Behältermantel 1 ist zweischalig ausgebildet; er besteht aus einem äußeren
Teil 2 und einem ihm gegenüber beweglichen inneren Teil s. Im Innern des Behälters
befindet sich eine Stahlauskleidung 6. Zwischen der Stahlauskleidung 6 und dem inneren
Teil 5 des Mantels 1 ist ein an sich bekanntes Kühlsystem 7 angeordnet. Der innere
Mantelteil s selbst ruht an seiner unteren Stirnseite auf einer Gleitschicht 8 auf.
Aus betrieblichen Gründen ist es oft erforderlich, die Platten 3, 4 von dem äußeren
Mantelteil 2 zu lösen. Das kann durch Ausgestaltung der meist notwendigen Arbeits-oder
Dehnungsfuge zu einer Gelenkfuge 8' nach Lösen der Längsvorspannung geschehen. Die
Fuge erhält zur Zentrierung der Kräfte z. B. eine Bleieinlage.
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Der auf die Innenseite der Stahlauskleidung 6 wirkende Druck überträgt
sich über die Rippen des Kühlsystems 7 auf die Innenseite des inneren Mantelteiles
5. Dieser ist von dicht gepackten, schlaffen Bewehrungselementen 9 durchsetzt, die
ihm eine solche Elastizität verleihen, daß er beim Entstehen der Ringzugkräfte keine
für seinen Bestand gefährlichen Risse erleidet. Für die Bewehrungselemente 9 werden
zweckmäßig Stahleinlagen einer für Spannglieder im Spannbetonbau üblichen Stahlgüte
verwendet. Besonders zweckmäßig sind stabförmige Bewehrungsglieder, die zumindest
auf einem Teil ihrer Oberfläche ein aus warmgewalzten Rippen bestehendes Gewinde
besitzen, auf das entsprechende Verbindungsmuffen aufgeschraubt werden können. Diese
Bewehrungen können ohne Schwierigkeit in Ringen eingebaut werden, wobei die Muffen
als Abstandhalter dienen. Die Bewehrung des inneren Mantelteiles 5 wird dann nach
einem der bekannten Verfahren, z. B. dem »Propakt-Verfahren«, eintoniert.
Der
innere Mantelteil 5 hat zu der Innenseite des äußeren Mantelteiles 2 so viel Spielraum,
daß er die lastabhängigen Formänderungen ohne Behinderung ausführen kann. Der äußere
Mantelteil 2 ist in Längsrichtung in an sich bekannter Weise mit Spanngliedern 10
vorgespannt, um die aus den Belastungen der Platten 3, 4 resultierenden Längskräfte
aufzunehmen. Diese Kräfte werden in gleicher Weise wie beim Behältermantel 1 über
die Stahlauskleidung 6 wiederum über die Rippen des Kühlsystems 7 auf die Innenseite
der Platten 3 und 4 übertragen.
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Da die Platten 3, 4, insbesondere die Kopfplatte 3, mit Öffnungen
zum Beschicken und Kontrollieren des Behälters versehen werden müssen, ist es zweckmäßig,
die Platten 3, 4 von einer an sich möglichen radial verlaufenden Spannbewehrung
freizuhalten. Nach der Erfindung wird die zur Aufnahme der Belastungen aus dem Innendruck
notwendige Vorspannung der Platten dadurch erreicht, daß Zugringe mit Spanngliedern
11 angeordnet werden. Diese Zugringe, die in den Platten 3 und 4 selbst ausgebildet
sind, schaffen eine klare Kraftverteilung vor allem dann, wenn die von den Spanngliedern
11 erzeugte radial nach innen gerichtete Druckkraft Pr so groß gewählt wird, daß
die Resultierende R aus dieser Druckkraft Pr und der Längskraft P1 die kreisförmige
Schwerlinie S trifft, in der die auf die Platten 3, 4 wirkenden Innendruckkräfte
angreifend gedacht werden können. Auf diese Weise ist es möglich, den inneren Bereich
der Platten 3, 4 von Spanngliedern freizuhalten und eine oder mehrere Aussparungen
12 in der erforderlichen Größe anzuordnen.
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Die hauptsächlich aus betrieblichen Gründen vorgesehene Gelenkfuge
8' hat auch den Zweck, eine Katastrophensicherheit zu bieten, da sich bei Entstehen
eines ungewollten Überdruckes, z. B. durch Leckage der Stahlauskleidung 6, diese
Fuge 8' ventilartig öffnet, wodurch eine Explosion des Behälters vermieden wird.