DE1434802A1

DE1434802A1 - Druckfestes,Allseitig geschlossenes Reaktorsicherheitsgebaeude

Info

Publication number: DE1434802A1
Application number: DE19631434802
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl-Ing Arno; Werner Bohmann; Held Dipl-Ing Christian; Goepel Dipl-Ing Rudolf; Finsterwalder Dr-Ing Ulrich; Erwin Weishaupt; Huenlich Dipl-Ing Werner; Walter Wirths
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-03-20
Filing date: 1963-03-20
Publication date: 1968-11-14
Also published as: US3318780A; GB1010180A

Description

SIHiENS-SCHUCKERTWERKE Erlangen, den *

Aktiengesellschaft WeLrner-von-Siemens-Str. 50

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Druckfestes, allseitig geschlossenes Reaktorsicherheitsgebäude

Bauwerke zur Absicherung von Atomenergie erzeugenden Anlagen haben in erster Linie die Aufgabe, bei einem denkbaren Schadensfall, bei dem z.B. der eigentliche Reaktor zerstört wird, den dabei auftretenden Überdruck aufzufangen und die freiwerdenden radioaktiven Gase,

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, Dämpfe und Teilchen an ihrem Austritt in die freie Atmosphäre zu hindern. Mit anderen Worten darf auch im Falle des schlimmsten Reaktorunfalls die Umgebung der Reaktorstation oder des Reaktorkraftwerks nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Aus diesem Grund muß das Bauwerk nicht nur die normalen Lasten aufnehmen, sondern auch so konstruiert sein, daß es im Schadensfall auftretenden Innendruck standzuhalten vermag.

Die für diesen Zweck bis jetzt erstellten Bauwerke bestehen zum größten Teil aus Stahl oder auch aus Stahlbeton, dabei herrschen Zylinder- und Kugelformen vor. Bei allen diesen Bauformen war man jedoch hinsichtlich ihrer Größe durch die Werkstoffestigkeiten und die einsetzbaren Bautechniken in der räumlichen Gestaltung beschränkt, so daß z.B. nicht mehr alle Hilfsanlagen und erst recht nicht der Turbinenteil innerhalb des Sicherheitsbauwerkes Platz finden konnten.

Eine die Unterbringung aller Hilfsanlagen ermöglichende Vergrößerung der in Form von stehenden Zylindern mit Kugelabdeckung gestalteten Bauwerke hätte den Nachteil, daß die Zylinderwand zur Schaffung entsprechend großer Zugangsöffnungen durchbrochen werden müßte und daß der kreisförmige Grundriß nicht von einem normalen Brückenkran bestrichen werden könnte. Des weiteren würden sich bei der Vorspannung eines mit einer großen Öffnung versehenen Zylinders und vor allem der ihn abschließenden Halbkugel sowie bei der zwängungsfreien Verbindung der beiden Schalenteile besondere Schwierigkeiten ergeben.

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Die Erfindung.betrifft ein druckfestes, allseitig geschlossenes Reaktorsicherheitsgebäude zur Aufnahme von Atomenergie erzeugenden Anlagen und schafft einen Ausweg aus den aufgezeigten Schwierigkeiten und beseitigt die den bisher bekannten Sicherungsbauwerken anhaftenden Nachteile. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß es die Form eines hohlen, rotationssymmetrischen, aus wenigstens einer Schale bestehenden Körpers mit vorzugsweise liegender Achse und bogenförmiger Mantellinie hat, dessen seitliche Spitzen zum An- bzw. Einbau von abgeschirmten druckfest verschließbaren Durchgangeschleusen abgeschnitten sind.

Ein so gestaltetes Bauwerk hat bei ausreichender Höhe eine von einem normalen Brückenkran bestreichbare Grundfläche, auf welcher nioht nur der Reaktor selbst, sondern abweichend von bekannten Reaktorgebäuden auch die Hilfs- und Nebenanlagen einschließlich der Abklingbehälter sowie der Kraftwerksturbinen bzw. anderer WärmeuBBsetzeinrichtungen angeordnet werden können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gebäudeform besteht darin, daß sie im Gegensatz zu den üblichen Stahlbehältern auch gegen den äußeren überdruck widerstandsfähig ist. Dies gilt im besonderen Maß für eine Ausführung in Stahlbeton. Bei dem neuen Bauwerk entsteht ferner ein sehr günstiges Verhältnis der Grundfläche zum Gesamtvolumen, so daß praktisch die gesamte Primäranlage bzw. .das gesamte Kraftwerk innerhalb des Bauwerkes untergebracht werden können. Das große Volumen verbürgt im Falle eines Schadens einen geringeren Druckanstieg als bei üblichen Reaktorgebäuden, so daß dadurch die

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Sicherheit der gesaraten Anlage wesentlich erhöht wird. Das günstige Verhältnis von Bodenfläche zu Volumen mit seinen daraus resultierenden, bereits geschilderten Vorteilen, sowie die ausgezeichnete Bodenlastverteilung, macht die Standortwahl von den Bodenverhältnissen praktisch unabhängig. Infolge der verhältnismäßig geringen äußeren Bauhöhe hat außerdem die bei einem Unfall evtl. auftretende Direktstrahlung gegenüber bisherigen Bauformen eine wesentlich geringere Reichweite.

Da, wie oben angeführt, die bogenförmige Mantellinie des rotationssymmetrischen Baukörpers nicht bis zur Rotationsachse, geführt wird, entstehen zwangsläufig an den Enden die wünschens- · werten Zugangsöffnungen, und zwar ohne wesentliche Biegestörungen.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin der Vorschlag, den als liegende Rotationsschale mit horizontaler Achse und bogenförmiger Mantellinie ausgebildeten Baukörper in Ringrichtung, d.h. in Ebenen senkrecht zur Symmetrieachse, und von den beiden öffnungen aus in Richtung der Mantellinien vorzuspannen.

Während die Vorspannung von doppelt gekrümmten Schalen im allgemeinen auf große Schwieirgkeiten stößt, kann bei dem neuen Sicherheitsbauwerk die Spannbewehrung auf einfache Art verltgt und angespannt werden. Es empfiehlt sich dabei, die Spännglieder in im · ' Beton eingebetteten HUllrohren längsversohieblich anzuordnen und dieselben nach Erhärtung des Betons vorzuspannen und gegen den erhärteten Beton zu verankern. Die Spannglieder können dabei in der

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Längerichtung entsprechend den statischen Erfordernisgen, z.B. auch einem eventuell möglichen Explosionsdruck, gestaffelt angeordnet werden, und zwar derart, daß die Spannglieder von den Anspannstellen an den Zugangsöffnungen oder von solchen in deren Nähe aus angespannt werden können und die Oegenverankerung in dem der betreffenden öffnung entgegengesetzten Teil der Rotationsschale erfolgt. Es wird also Jeweils die Hälfte aller erforderlichen Spannglieder von Anspannstellen von einer öffnung bzw. von solchen in deren Nähe aus angespannt, womit sich ergibt, daß alle Spannglieder über den am stärksten beanspruchten Scheitel der Schale geführt werden.

Die nach den etatischen Erfordernissen notwendigen Spannglieder in der Ringrichtung können z.B. jeweils aus vier Teilstücken bestehen, deren Verankerungen sich übergreifen, wie dies bei runden Spannbetonkonstruktionen üblich ist. Das Spannen dieser Spannglieder erfolgt von Aussparungen aus, die zu diesem Zweck in der Schale angeordnet sind. Die durch eine Temperaturdifferenz zwischen innerer und äußerer Betonfaser auftretenden Spannungen in der Schale werden durch eine schlaffe Bewehrung abgedeckt.

Zur Erleichterung der Fertigung und gegebenenfalls auch zur Er-

«~ höhung der Dichtigkeit ist es möglich, da« Gebäude nicht nur aus

Q «in«r Schale, sondern auch aus zwei oder mehreren übereinander- liegenden Schälen aufzubauen. Die Wandstärke der Rotationsschale

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Jjlriehtet »ich dabei nicht nur nach den festfigkeitstechnischen Er- -

forderniesen, sondern auch nach der notwendigen Abschirmwirkung, die la Schadensfall der Umwelt gegenüber vorhanden sein muß.

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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der untere Teil . der das Sicherheitsbauwerk bildenden Rotationsschale gleichzeitig als Gründungskörper für den Reaktor und die sonstigen Einbauten ausgebildet werden. Dadurch ergeben sich wesentliche Vereinfachungen, vor allem in Bezug auf die Fundierung und es werden die notwendigen Baumassen verringert.

Die Erfindung umfaßt weiterhin besondere Verfahren zur Herstellung des Reaktprsicherheitsgebäudes. Diese bestehen in erster Linie darin, daß zunächst ein freitragendes, aus Stahlstäben bestehendes Netiwerk errichtet und auf diesem als Rüstung dienenden Schalungsträger die Betonschale betoniert wird. Dabei kann man so vorgehen, daß in einem ersten Arbeitsgang auf dem erwähnten Netzwerk aus Stahlstäben oder einem anders gestalteten leichten Gerüst die Schalung für eine dünne, vielleicht.10 cm dicke Betonschale hergestellt wird. Nach erreichter Tragfähigkeit dieser Schale wird in weiteren Arbeitsgängen neuer Beton bis zur Erreichung der endgültigen Dicke der Gebäudewand aufgebracht. Durch eine dichte Verbindung kann die in erster Linie als Schalung dienende innerste Betonschale auch für den Konstruktionsbeton herangezogen werden. Wenn eine innere Verkleidung der Rotationsschale durch eine gasdichte Blechauskleidung vorgesehen ist, so kann diese außerdem vorteilhaft an dem dann teilweise im Bauwerk zu belassenden Netzwerk angeschlossen werden und so auch als Schalung dienen. . '

Normalerweise wird ein derartiges Bauwerk etwa zur Hälft· in den Untergrund eingesetzt werden, so daß die stirnseitigen öffnungen

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auf dem Oeländeniveau·liegen. Unter diesen Voraussetzungen wird man etwa .bis zu einem Winkel von 45°, vom Horizont des Reaktors aus gesehen, die Spannbetonschale allseitig so verstärken, daß die benötigte Abschirmung im Gefahrenfall eintritt. Diese Verstärkung kann jedoch weggelassen werden, wenn das Gebäude tiefer in das Erdreich eingesenkt wird oder wenn die Seitenwände mit einer genügend dicken Erdschicht, z.B. mit dem Aushub der Baugrube, abgedeckt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten vorteilhaften Wirkungen ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Ausführungsform des neuen Sicherheitsbauwerke mit eingebautem Kernreaktorkraftwerk.

Figur 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch das

Bauwerk,
Figur 2 ist ein horizontaler Schnitt etwa in Höhe der

Arbeitsebene bzw. in Höhe der Geländeoberfläche,

Figur 3 gibt einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Figur 2 wieder.

Figur 4 zeigt eine Außenansicht des Reaktorgebäudes in perspektivischer Darstellung.

Die Spannbetonschale ist mit 1 bezeichnet, ihre Mantellinie Stellt eine bogenförmige Linie, hier die eines Kreisbogens, dar, , der in diesem Beispiel eintn Radius r von etwa 40 m hat und um di«

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Achäe A rotiert. Es ergibt sich damit eine Gesaratlänge des Bauwerkes von etwa 70 m bei einer Breite und Höhe von 45 m. Die Wandstärke beträgt dabei an der Oberseite des Rotationskörpers etwa 60 cm, im Abschirmbereich dagegen etwa 1 m. Auch über die Längsrichtung des Körpers sind Dickenunterschiede vorhanden, die sich aus der Festigkeitsrechnung sowie aus bautechnischen Gründen für das Gebäude ergeben. Die genannten Zahlen sind keine Absolutwerte, sie sollen lediglich einen Hinweis für die Größenordnung des Bauwerkes geben.

Dieses Gebäude wird zweckmäßigerweise etwa zur Hälfte in den Untergrund eingelassen und dieser Teil der Betonschale in her- . " kömmlicher Weise mit einer Isolationsschicht 12 versehen. An den beiden Enden des Bauwerkes sind die sich ergebenden Spitzen sozusagen weggeschnitten (2) und eine Schleuse 3 angesetzt, die wenigstens so groß ist, daß ein Einbringen auch der schwersten Teile möglich ist. Der eigentliche Reaktor 4 ist nahezu an der tiefsten Stelle des Gebäudes angeordnet, um ihn herum befinden sich Wärmetauscher 5* die den Arbeitsdampf für den Turbogenerator 6 liefern. Oberhalb des eigentlichen Reaktors ist die Lademaschine 7 an der Laufkatze eines Krans 71 befestigt. Dieser Kran 71 bestreicht mit der .Lademaschine auf der einen Seite den Reaktorraum und auf der anderen Seite das Brennstofflagerbecken 11, in das die dem Reaktor entnommenen verbrauchten Brennelemente zum Abklingen ihrer Radioaktivität eingesetzt werden. Zwischen den Wänden 9 und 10, die in Längsrichtung des Gebäudes angeordnet sind, läuft ein großer Deckenkran 8, der für die Montage des Reaktors

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und der Kraftwerksanlagen unbedingt notwendig ist. Die Wände 9 und 10 können dabei bis nahe an die Decke des Gebäudes hindurchgeführt werden und mit als tragendes Bauelement für weitere nicht dargestellte Einbauten, wie z.B. Sprüheinrichtungen, herangezogen werden. Die übrige Raumaufteilung des Reaktorgebäudes ergibt sich'aus den drei Figuren und braucht nicht näher erläutert zu werden. Es sei lediglich daraufhingewiesen, daß es zweckmäßig ist, den einen Ausgang, der nicht ständig während des Betriebes begangen werden muß, mit einer Stahlplatte 15 abzuschließen, die aufgrund ihrer gewölbten Form in Schadensfall an die Ausgangsöffnung angedrückt wird und damit abgedichtet wird.Die Innenwandung der gesamten Betonschale wird dabei mit einer gas- und korrosionsfesten, dichten Auskleidung, z.B. aus Kunststoff oder Blech versehen, die auch den Beanspruchungen in einem Schadensfall gewachsen sein muß. Selbstverständlich können auch Zwischenräume zwischen dieser Auskleidung und der Betonwand zur überprüfung der Dichtigkeit sowie zur Absaugung der bei einem Unfall eventuell eingedrungenen schädlichen Stoffe vorgesehen werden.

Aus diesem Beispiel ergibt sich, wie bereits eingangs erwähnt, ein sehr günstiges Verhältnis der Grundfläche zum Gesamtvolumen de· Reaktorsicherheitsgebäudes, so daß, wie dargestellt, praktisch die gesamte Priraäranlage bzw. das gesamte Kraftwerk darin untergebracht werden kann. Auch ergibt das große Volumen einen geringeren Druckanstieg im Falle eines größeren oder sogar katastrophalen Unfalls als bei üblichen Reaktorgebäuden, so daß dadurch die Sicherheit der gesamten Anlage wesentlich erhöht wird. Selbstverständlich "

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können im Inneren dieses Reaktorgebäudes auch besondere Sicherheitseinrichtungen z.B. zur Kondensation austretenden Wasserdampfes, wie Sprüheinrichtungen und dergleichen, untergebracht werden, wie sie in dieser Technik bisher bekannt und angewandt worden sind. Aufgrund der günstigen Raumverhältnisse dürfte ihre Anwendung sogar noch einfacher und wirkungsvoller sein.

Die Figur k zeigt eine Außenansicht dieses Reaktorgebäudes, das noch über drei besonders angelegte Wege außen begehbar ist. Auf diese Weise können auch Entlüftungsventile und andere an der Gebäudeaußenseite angeordnete Einrichtungen leicht überwacht werden.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die in dem gewählten Beispiel gezeigte Ausführungsform nur den Grundgedanken dieser Erfindung veranschaulicht, diese aber nicht beschränken soll. So wäre es z.B. auch denkbar, das Gebäude in Abhängigkeit von seinergeforderten Größe ganz oder teilweise auch.aus anderen Materialien, wie Stahl, glasfaserverstärktem Kunststoff u.a. aufzubauen. Allen wäre aber gemeinsam das günstige Verhältnis von Bodenfläche zu Volumen mit seinen· daraus resultierenden, bereits geschilderten Vorteilen und Möglichkeiten.

10 Ansprüche
4 Figuren

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Claims

PIA 63/8223 Patentansprüche

1.) Druckfestes, allseitig geschlossenes Reaktorsicherheitsgebäude zur Aufnahme von Atomenergie erzeugenden Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form eines hohlen, rotationssymmetrischen, aus wenigstens einer Schale bestehenden Körpers mit vorzugsweise liegender Achse und bogenförmiger Mantellinie hat und dessen seitliche Spitzen zum .An- bzw. Einbau von abgeschirmten druckfest verschließbaren Durchgangsschleusen abgeschnitten sind,

2. Reaktorsicherheitsgebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der günstigen Raumverhältnisse neben dem Kernreaktor auch die energieumwandelnden Anlagen untergebracht sind.

3. Reaktorsicherheitsgebäude nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Stahlbeton besteht und auf seiner Innenseite mit einer gasdichten und den Bedingungen in Schandensfällen standhaltenden Auskleidung versehen ist.

4. Reaktorsicherheitsgebäude nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS die Stahlbetonschale des rotationssymmetrischen Körpers in Ringrichtung, d.h. in Ebenen senkrecht zur Symmetrieachee, und von den beiden öffnungen aus in Richtung der Mantellinien vorgespannt ist. _;

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5. Reaktorsicherheitsgebäude nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder in, in den Beton eingebetteten Hüllrohren angeordnet und. nach Aufbringung der Vorspannung gegen den erhärtenden Beton verankert sind.

6. Reaktorsicherheitsgebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der rotationssymmetrischen Schale gleichzeitig als Gründungskörper für den Reaktor und die sonstigen Einbauten, die wenigstens zum Teil aus strahlungshemmenden Wänden bestehen, ausgebildet ist.

7. Reaktorsicherheitsgebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Rotationskörpers etwa bis zu einem Winkel von 45° von der Längsachse des Gebäudes aus gesehen für die im Gefahrensfall benötigte Strahlungsabschirmung verstärkt ist.

8. Verfahren zur Herstellung von Sicherheitsbauwerken nach den An-· Sprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein freitragendes, aus Stahlstäben bestehendes Netzwerk errichtet und auf diesem als Rüstung dienenden .Schalungsträger die Betonschale betoniert wird.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf das aus Stahlstäben gebildete Netzwerk zunächst nur eine Vergleichs-, weise dünne Schale betoniert wird, die nach der Erhärtung als Unterrüstung für den übrigen Teil der Schale dient.

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10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9* dadurch gekennzeichnet, daß an dem aus Stahlstäben bestehenden Netzwerk eine als gasdichte Innenauskleidung der Rotationsschale dienende Schale aus Blech befestigt wird und daß diese Blechauskleidung zweckmäßig gleichzeitig auch als Innenschalung für die Betonierung dient.

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