DE1450323C3 - Explosionssicherer Druckbehälter für Kernreaktoren - Google Patents

Description

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. .Die Technik geschweißter Stahlbehälter für so bemessen, daß sie bequem hergestellt, transpor-

Druckgefäße ist infolge der schweiß- und prüftechni- tiert und montiert werden können. Ferner werden die

sehen Schwierigkeiten zur Zeit in ihrem Anwen- Einzelelemente so ausgelegt und angeordnet, daß sie

dungsbereich begrenzt, und es können nur relativ möglichst Idaren und einfach gegliederten Beanspru-

dünnwandige Wandstärken beherrscht werden. Dar- 5 chungskomponenten unterliegen, so daß sie exakt be-

über hinaus sind Druckbehälter in bisher üblicher rechenbar sind und keine Zuschläge für Unsicherheit

Stahlbauweise sicherheitstechnisch bedenklich, weil der Berechnung nötig sind.

eine explosionsartige Zerstörung nie mit Sicherheit Zweckmäßig sind die Einzelelemente formschlüsauszuschließen ist Schließlich ist die Herstellung von sig miteinander verbunden. Dabei werden die Einzelgroßen Stahldruckbehältern ein fertigungstechnisch io elemente, beispielsweise Ringscheiben, mit Zentrieräußerst schwieriges Problem, was zur Folge hat, daß fugen und -kragen oder ähnlichen bekannten formsehr aufwendige maschinelle Einrichtungen vorhan- schlüssigen Teilen versehen und damit gegeneinander den sein müssen. Die Transportprobleme derartiger ausgerichtet und festgelegt, jedoch nur insoweit, als Behälter gehören zu den schwierigsten bisher be- die Aufnahme der Umfangsspannung der Einzelelekannten, und bei einer Fertigung auf der Baustelle er- 15 mente jeweils allein und voneinander unabhängig gegeben sich zusätzliche, teilweise noch ungelöste er- währleistet bleibt.

neute Problemstellungen. . Gemäß der Erfindung kann ein kreiszylindrischer Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, stäh- Behälter in folgender Weise aufgebaut werden: Die lerne Druckbehälter für Kernreaktoren zu bauen, Tragstruktur des Zylindermantels besteht aus ringdie bei möglichst geringem Raum- und Materialbe- 20 förmigen Stahlscheiben gleicher Abmessungen, die darf Abmessungen und Druckbelastungen einer übereinander geschichtet werden und die tangentianeuen, bisher nicht ausführbaren Größenordnung ge- Ien Ringzugspannungen aufnehmen. Senkrecht zu den wachsen sind. Scheiben sind — in paraHelen Bohrungen durch Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, diese oder außerhalb von innen verlaufende — Zugdaß die gesamte Tragkonstruktion durchgehend über 25 anker oder -kabel angeordnet, die die Scheiben in Seitenwand und Böden aus miteinander verbundenen drucklosem Zustand des Behälters ohne axiale Ver-Einzelelemtenten von solcher Form zusammengesetzt spannung zusammenhalten und bei Druckbeaufschlaist, daß jedes für sich allein und unabhängig von ent- gung des Behälters die von den Böden übertragenen sprechenden Nachbarelementen Teilkomponenten Zugspannungen aufnehmen. Die Stahlscheiben sind der Umfangsspannung des fertigen, unter Druck be- 30 so dick, daß sie wirtschaftlich gefertigt, transportiert findlichen Behälters aufnimmt. und montiert werden können. Sie können aus einer Aus der deutschen Patentschrift 838 597 ist ein gewissen Anzahl Ringstücke zusammengeschweißt Behälter für hohe Innendrücke bekanntgeworden, sein, wobei die Zusammenschweißung in der Werkder ein aus Ringen gebildetes, mittels Deckeln ver- statt oder auf der Baustelle erfolgen kann. Die in schlossenes Traggerüst aufweist, das durch eine be- 35 Richtung der Mantellinie verlaufenden Zugglieder sondere zusätzliche Konstruktion umschlossen und sind entsprechend den vorliegenden Spannungsververspannt werden muß. Hier handelt es sich im Ge- hältnissen nur für eine Gesamtzugkraft in Höhe der jensatz zur Erfindung nicht um eine durchgehende Hälfte der Gesamtringspannung zu berechnen. Sie Tragkonstruktion über Deckel, Seitenwände und Bo- können aus sehr hochwertigen Stahlqualitäten hergeien, sondern um eine für den Reaktorbau nicht ver- 40 stellt sein, weil keine Schweißung nötig ist. Infolgevendbare Konstruktion, weil die axiale Verspannung dessen kann der Gesamtquerschnitt aller Zugglieder '.Hein von der zylindrischen Innenhülle aufgenom- wesentlich kleiner als die Scheibenflächen gehalten nen werden muß. werden, was die konstruktive Anordnung erleichtert. Bei Anwendung der Erfindung kann man demge- Die beiden Böden eines kreiszylindrischen Behälenüber Größenordnungen und Druckbelastungen 45 ters können in konventioneller Weise vorgesehen eherrschen, für die bisher nur riesige Betonschalen werden. Vorteilhafter jedoch dürfte es sein, wenn in ur Verfügung standen, während im Stahlbau keiner- erfindungsgemäßer Weise aus Einzelelementen aufge- :i Möglichkeit bestand, derartig große gasdichte In- baute Böden verwendet werden. Beispielsweise kön- ;nhäute allseitig mit minimalem Aufwand abzustüt- nen die Böden aus einem System paralleler flacher :n. So zeigt die deutsche Auslegeschrift 1 095 415 5° Träger zusammengesetzt sein, welche den Durchmesnen Druckbehälter mit einer Innenhaut. Diese In- sers des Zylinders bzw. dessen parallele Sehnen über-•-nhaut hat aber lediglich den Zweck einer korro- spannen und an beiden Enden an den obenerwähnten Dnsbeständigen Auskleidung, ohne daß eine durch- Zuggliedern befestigt sind. Diese Träger sind so breit, •hende Tragkonstruktion vorhanden ist. daß sie !eicht hergestellt, transportiert und montiert Bei ringförmigen Elementen sind Profilierungen an 55 werden können. Ihre Höhe kann der statischen Beil bekannt (deutsche Patentschrift 715 330), doch lastung angepaßt werden, wodurch das Material opti- :ht im Zusammenhang mit explosionssicheren mal ausgenutzt wird. Die Beanspruchung der Träger uckbehältern für Kernreaktoren entsprechender erfolgt in elementarer Weise durch die gleichmäßig ößenordnung. verteilte Drucklast.

Vorteilhaft bestehen die Böden aus einzelnen, 60 I_n einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist rchgehend aneinander anliegenden parallelen es auch möglich, den Druckbehälter in der Weise iienen,'deren Enden auf den Rändern des übrigen auszuführen, daß die Schnitte zur Bildung der EIehälterkörpers aufliegen und durch Anker oder Ka- mente derart geführt werden, daß die Symmetriegehalten sind. achse jeweils in die Schnittebene fällt. Man kann ?ei einem Versagen eines Elementes wird also 65 demnach beispielsweise einen kreiszylindrischen Beihstens unmittelbare Nachbarschaft, jedoch kei- hälter aus einem System gleichförmiger flacher Halbfalls die Gesamtstruktur in Mitleidenschaft gezo- rahmen aufbauen, welche um die Zcntralachse des . Zwcckmäßiccrwcise werden die Einzelelemente Behälters herum symmetrisch aufgefächert sind. Der

Querschnitt der Halbrahmen kann nach einem anderen Merkmal der Erfindung auch keilförmig sein. Diese Fächerbauweise mit Halbrahmen erlaubt somit auch den Bau von kugelförmigen, elliptischen und ähnlich geformten Druckbehältern.

In der nachfolgenden Übersicht ist die Erfindung an Hand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert. Es stellt dar

F i g. 1 Prinzip eines kreiszyündrischen Druckbehälters mit Ringscheiben im Mantel und Zuggliedern in Mantellinienrichtung,

Fig.2 Prinzip eines aus einem System flacher Träger aufgebauten Bodens,

F i g. 3 Prinzip eines aus flachen Halbrahmen aufgebauten zylindrischen Behälters,

F i g. 4 Prinzip einer gemäß der Erfindung gebauten Kugel.

In F i g. 1 bedeutet 1 die ringförmigen Stahlscheiben, 2 die vertikalen Zuganker, 3 die Bohrungen in Scheiben, 4 den Behälterboden, 5 die gasdichte Innenhaut. In Fig. 2 bedeutet 6 die parallel angeordneten flachen Träger, 7 einen Einspannring, 1 die Ringscheiben des Behältermantels und 2 die Zuganker. In F i g. 3 bedeutet 8 die fächerförmig angeordneten Halbrahmen mit parallelen Seitenflächen, 8' entsprechende Rahmen mit Verjüngung nach innen zu, 9 zentrale Kreisbleche in den Böden. Der Zusammenhalt wird durch die mit den Rahmenenden verschweißten Bodenbleche und/oder durch ringförmig angeordnete Zugglieder gewährleistet (in F i g. 3 nicht dargestellt).

In F i g. 4 bedeutet 10 die halbkreisförmig gebogenen Rahmenbleche, 11 die Zugringe zur Versteifung und 9 die zentralen Bodenbleche.

Neben den schon erwähnten Vorteilen: größere Behälterabmessungen, höhere Drücke, bequemere Herstellung und verringerte Kosten sind die neuartigen Druckbehälter besonders deswegen günstig, weil eine explosionsartige Zerstörung unmöglich ist. Im Falle einer Zerstörung eines Teilelementes wird zwar auch auch die Innehaut zerstört und damit der gesamte Behälter betriebsunfähig, jedoch verändern dabei die anderen Tragelemente nicht ihre Lage, und die Tragkonstruktion wird nicht in Mitleidenschaft gezogen. Darüber hinaus kann die Innenhaut wie bisherige Stahlbehälter schlagartig aufreißen.

Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des Druckbehälters gemäß der Erfindung besteht darin, daß er nicht mehr in einem Block vor dem Transport zur Baustelle gefertigt werden muß, sondern daß er an der Baustelle zusammengesetzt werden kann, was sich beträchtlich kostensparend auswirkt.

Abschließend sei das Entwicklungspotential der Erfindung an einem konkreten Fall erläutert. Die größten bisher geplanten Druckbehälter für Kernreaktoren haben etwa 40 m Höhe und sind für etwa 40 atm Druck ausgelegt. Sie sind in Spannbetontechnik entworfen und dürften etwa 6 m Mantelwandstärke erhalten, d. h., der Außendurchmesser des Zylinders beträgt etwa 32 m. Ein Behälter entsprechend Bild 1 der Erfindung für die gleichen Abmessungen, jedoch 200 atm Druck käme mit einer Wandstärke von etwa 1,2 m aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 200 Tonnen Zugkraft soweit vorgespannt, daß im InPatentansprüche: nern ein Gasdruck von 25 Atmosphären aufrechterhalten werden kann.

1. Explosionssicherer Druckbehälter für Kern- Ebenfalls bekannt ist, Stahldruckbehälter in Mehrreaktoren, dessen Wandungen aus einer dünnen 5 lagenbauweise herzustellen. Das Verfahren beruht gasdichten Innenhaut und einer diese abstützen- darauf, einen Hochdruckbehälter von beispielsweise den äußeren, aus einzelnen Teilen zusammenge- 300 mm Wandstärke aus zwei oder drei für sich gesetzten Tragkonstruktion bestehen, dadurch trennt hergestellten Hohlkörpern von 150 bzw. gekennzeichnet, daß die gesamte Trag- 100mm Wandstärke übereinanderzuziehen. Dabei konstruktion durchgehend über Seitenwand und io können die einzelnen Lagen durch Wärme überein-Böden aus miteinander verbundenen Einzelele- ander geschrumpft werden, wodurch eine stabilitätsmenten von solcher Form zusammengesetzt ist, erhöhende Vorspannung der inneren Lagen erreicht daß jedes für sich allein und unabhängig von ent- wird.

sprechenden Nachbarelementen Teilkomponen- Eine Variante der Mehrlagenbauweise besteht

ten der Umfangsspannung des fertigen, unter 15 darin, auf ein gasdichtes, verhältnismäßig dünnwandi-

Druck befindlichen Behälters aufnimmt. ges Kernrohr eine große Anzahl dünnwandiger —

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch etwa 6 mm starker —, durch Schweißen ans Blech gekennzeichnet, daß die Einzelelemente form- hergestellter Zylinder übereinanderzuziehen, die zum schlüssig miteinander verbunden sind. Schluß durch Aufweiten mittels eines im Innern be-

3. Druckbehälter nach Anspruch 1 und 2, da- 20 aufschlagten hohen Preßwasserdruckes zum Anliegen durch gekennzeichnet, daß die Böden aus einzel- gebracht werden.

nen, durchgehend aneinander anliegenden paral- Es ist ferner bekannt, Stahldruckbehälter nach

lelen Schienen bestehen, deren Enden auf den dem sogenannten Wickelverfahren herzustellen, wo-

Rändern des übrigen Behälterkörpers aufliegen bei auf ein gasdichtes Kernrohr, welches den Innen-

und durch Anker oder Kabel gehalten sind. 25 abmessungen des Hochdruckmantels entspricht, ein

4 Druckbehälter nach Anspruch 1 mit minde- beiderseits mit Nuten und Rillen versehenes Stahl-

stens einer Rotationssymmetrieachse, dadurch band in mehreren Lagen spiralig warm· so aufgewik-

gekennzeichnet, daß die Schnitte zur Bildung der kelt wird, daß jeweils die darüberliegende Lage mit

Elemente derart geführt sind, daß die Symmetrie- den Rillen in die Nuten der darunterliegenden Lage

achse jeweils in die Schnittebene fällt. 30 greift, wobei die Bänder dachziegelartig um ein Drit-

5. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch tel der Bandbreite beim Wickeln versetzt werden, gekennzeichnet, daß die im wesentlichen radial Solche Bauweisen kommen aber nur für relativ nienach außen weisenden Flächen der so gebildeten drige Druckbehälterdurchmesser in Frage,
halbrahmenförmigen Elemente zueinander paral- Für größere Behälterabmessungen befindet sich IeI sind, so daß benachbarte Elemente an achsfer- 35 diese Technik noch im Versuchsstadium. Darüber nen Stellen einander nicht mehr berühren. hinaus ist ein prinzipieller Nachteil der Mehrlagen-

6. Druckbehälter nach Anspruch 4 oder 5, da- bauweise, daß ein Bruch einer Behälterlage zwangdurch gekennzeichnet, daß die Rahmen durch läufig Unwirksamwerden der übrigen Lagen mit sich ringförmige, in Ebenen senkrecht zur Symmetrie- bringt. Ein weiterer Nachteil solcher Bauverfahren achse liegende Zugglieder zusammengehalten 40 für Hochdruckbehälter liegt darin, daß sie in besonsind. ders eingerichteten Werkstätten in einem Stück hergestellt werden müssen und nicht an der Baustelle selbst zusammengesetzt werden können.

Die Technik der großen Spannbetondruckbehälter

45 für Kernreaktoren wurde im wesentlichen erst in den

letzten Jahren entwickelt. Sie hat es möglich gemacht, größere Abmessungen und höhere Drücke als bei geschweißten Stahlbehältern auszunutzen. Die Herstellungskosten sind aber immer noch sehr groß,

Die Erfindung betrifft einen explosionssicheren 50 und vor allem ist bereits jetzt ihre Grenze abzusehen, Druckbehälter für Kernreaktoren, dessen Wandun- nämlich dann, wenn der Mediumdruck im Behältergen aus einer dünnen gasdichten Innenhaut und einer innern an die Betondruckfestigkeit herankommt, diese abstützenden äußeren, aus einzelnen Teilen zu- Derartige Verhältnisse liegen beispielsweise bei sammengesetzten Tragkonstruktion bestehen. Druck- oder Siedewasserreaktoren vor, vor allem bei

Es ist bekannt, Druckbehälter aus einer gasdichten 55 überkritischer Arbeitsweise. Ein weiterer Nachteil Innenhaut und einer tragenden Außenschale aus der Spannbetonbehälter sind deren große Abmessun-Vorspannbeton herzustellen. Es sind Kernreaktoren gen. Ein großer Teil der Spannkabel liegt notwendieser Art konstruiert. Ein kreiszylindrischer Innen- digerweise in den äußeren Behälterschichten, was raum von etwa 20 m Durchmesser und entsprechen- eine große Kabellänge bedingt.

der Höhe ist von einem Behälter eingefaßt, der — 60 Es hat sich gezeigt, daß infolge dieses und anvon innen nach außen — aus einer Isolierwand, einer derer Effekte der Stahleinsatz bei Spannbetonbehälgasdichten Innenhaut von etwa 25 mm Dicke aus tern noch größer als im Fall geschweißter Stahlbehäl-Stahlblech und der Spannbetonwand von etwa 5 bis ter ist.

Meter Dicke besteht. Der — strukturmäßig gesehen Schließlich ist ein Spannbetonbehälter sehr eir.p-

— aus einem Block aufgebaute Betonbehälter wird 65 findlich gegen Temperaturgradienten. Deshalb muß durch ringförmige horizontale, mehr oder weniger man sehr kostspielige und komplizierte Isolier- und gestreckte, vertikale und netzförmig horizontal in Kühleinrichtungen vorsehen, um den Beton geniibeiden Böden verlaufende Spannkabel von 100 bzw. gend kalt zu halten.