DE1542420C3 - Druckgefäß, insbesondere für Kernreaktoren - Google Patents

Description

vorgesehen zu sein. Die Druckgefäßwand ist lediglich über Stützkörper mit Entlastungs- bzw. Bewehrungselementen wie z. B. Drähten, Kabeln, Bändern verbunden, die das Druckgefäß konzentrisch und parallel zur Gefäßlängsachse umgeben. Die letzteren Bewehrungselemente, die also die axialen Druckkräfte aufnehmen, werden zweckmäßig in einer Stahlhaube oder auch an einer Trägerkonstruktion verankert, die wiederum auf den eigentlichen Druckbehälter abgestützt ist.

Weitere Einzelheiten sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung sowie den F i g. 1 und 2 zu entnehmen.

F i g. 1 zeigt in schematischer Weise einen Querschnitt durch ein derartig armiertes Reaktordruckgefäß. Die Schale des eigentlichen Druckgefäßes ist mit 1 bezeichnet und besteht aus Stahl von einigen Zentimetern Wandstärke, Es kann an der Baustelle aus einzelnen Rohrschüssen zusammengeschweißt werden. Mit 2 ist ein Zu- oder Abströmrohr für das Kühlmedium des Reaktors angedeutet. Es kann selbstverständlich auch an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein, je nach dem Charakter des im Inneren dieses Druckgefäßes befindlichen Reaktorkernes. Dieser Reaktor kann z. B. wassergekühlt sein, es kann sich aber auch um einen gasgekühlten Reaktor handeln, wobei selbstverständlich thermische als auch schnelle Reaktoren in Frage kommen. Wie bereits erwähnt, ist eine Axialbewehrung 3 und eine Radialbewehrung 7 vorgesehen. Erstere besteht aus Bändern oder Kabeln, die, wie dargestellt, parallel zu den Mantellinien des Druckgefäßes 1 verlaufen und in einem haubenförmigen Deckel 4 verankert sind. Dieser Deckel 4 selbst ist wiederum über die Stützelemente S, die der Übersichtlichkeit halber nur ganz schematisch angedeutet sind und den später beschriebenen entsprechen, gegenüber dem oberen Teil des Reaktordruckgefäßes 1 abgestützt. Auf der unteren Seite des Reaktorgefäßes 1 sind diese Bewehrungselemente 3 gegenüber der Behälterwandung durch vorzugsweise keramische Stützelemente 6 gegenüber der Kesselwandung abgestützt.

Diese Elemente können z. B. aus Keramikklötzen bestehen, die zusätzlich mit Kühleinrichtungen versehen sind. Selbstverständlich können diese Teile auch aus hochwertigem Beton gefertigt sein. Die axialen Kräfte werden aufgefangen durch die Bewehrungsteile?, die der gleichen Natur sein können wie die Elemente 3. Sie sind gegenüber der Kesselwandung durch die Stützelemente 8 und 9 abgestützt. Diese können ebenfalls aus Keramik bestehen wie die Teile 9 und mit Öffnungen zum Durchtritt eines Kühlmittels 10 versehen sein. Sie können jedoch auch aus Stahlstützen 8 bestehen, die zur Behinderung des Wärmeabflusses mit Einschnürungen versehen sind. Selbstverständlich können diese Stahlstützen zusätzlich auch noch keramische Zwischenstücke zur weiteren Unterbindung des Wärmeflusses enthalten. Auch können sie noch weitere Einrichtungen wie z. B. zur Kühlung besitzen, denn es ist eine Grundvoraussetzung der vorliegenden Erfindung, daß die eigentlichen druckaufnehmenden Elemente 7 und 3 auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur und damit höheren Festigkeit gehalten werden als die Kesselwandung 1.

Wie bereits erwähnt, sind mit 10 und 11 Kühlkanäle und Bohrungen, z.B. wasserführende Kühlleitungen, angedeutet. Zusätzlich kann ein Ventilator 12 vorgesehen sein, der die Armierung 3 und 7 des innerhalb einer Betonabschirmung 13 sitzenden Druckkessels 1 auf einer regulierbaren niedrigeren Temperatur hält. Selbstverständlich können, dazu auch noch andere Kühlungsmethoden Anwendung finden.

Die F i g. 2 zeigt zum besseren Verständnis dieser Konstruktion ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Betriebstemperaturen des Druckgefäßes T und auf der Koordinate der Innendruck dieses Gefäßes bzw. die Kraft P der Bewehrungselemente 3 und 7 aufgetragen sind. Für dieses Beispiel wurde an einen wassergekühlten Kernreaktor gedacht, der Wassertemperaturen von etwa 300° C erlaubt. Die Abhängigkeit des Innendruckes von der Temperatur ist dabei durch die gestrichelte Linie oder Kurve dargestellt. Die gerade ausgezogene Linie dagegen stellt die Bewehrungskraft durch die Elemente 3 und 7 dar, entstanden aus der Vorspannung der (kalten) Bewehrung (3,7) durch das auf Prozeßtemperatur befindliche und sich mit dieser ausdehnende Druckgefäß 1. Wesentlich ist, daß die Bewehrung im kalten (drucklosen) Zustand lose ist, also keine Stützkräfte auf das Druckgefäß ausübt. Erst von einer bestimmten Temperatur desselben an hat sich dieses so weit ausgedehnt, daß die Bewehrung beansprucht wird. Es ist daraus zu ersehen, daß erstens unterhalb von etwa 100° C keine Spannung in den Bewehrungselementen 3 und 7 nötig ist, da dort noch kein wesentlcher Innendruck auftritt. Zweitens ist daraus zu entnehmen, daß die Bewehrungskräfte stets über den benötigten, durch den Innendruck bestimmten Kräften liegen.

Dieses Diagramm gilt für einen Innenkessel 1, der viel steifer ist als die Bewehrung 3 und 7. Auch wenn der Kessel 1 in axialer Richtung etwas nachgibt, so wird die Axialkraft zwar etwas konvex, d. h. weicht also etwas von der geraden Linie ab, kann aber nie die gestrichelte Linie erreichen.

Für den Fall, daß der Innenkessel 1 ohne zusätzliche Bewehrung allein einen Innendruck von 10 at standhalten würde, so könnte der Nullpunkt der Bewehrungskräfte etwa bei einer Arbeitstemperatur von 170⁰C liegen. Bis zur Endtemperatur von 300⁰C wäre dann nur mehr eine Temperaturdifferenz von 13O⁰C und, nicht wie dargestellt, von 200° C zu überbrücken. Dies bedeutet, daß die Streckgrenze des Bewehrungsmaterials im Verhältnis 130:200 niedriger liegen könnte. In einem solchen Fall könnte also für die Bewehrung unter Umständen ein Material geringerer Festigkeit und dafür besserer Strahlungsresistenz verwendet werden. Man könnte aus diesem Grunde auch die Stützkörper 8,9 und 5 kürzer machen, da die Länge derselben nicht nur durch die Temperaturhaltung der Bewehrungselemente sondern auch durch die Abschirmwirkung des dazwischenliegenden Raumes, der zweckmäßigerweise noch mit Abschirmstoffen ausgefüllt ist, bedingt ist. Abschließend sei darauf hingewiesen, daß der haubenförmige Verankerungsbauteil 4 ebenso wie die Deckelpartie des Druckgefäßes 1 auch noch mit Durchbrechungen für die Regelstäbe, Kühlkanäle usw. des im Inneren des Behälters befindlichen Reaktorkernes versehen sein können. In entsprechender Weise sind natürlich dann auch die Abstützkörper 5 zwischen dem Bauteil 2 und dem Deckel des Druckgefäßes 1 verteilt. Gerade im Hinblick auf

diese bei manchen Reaktortypen erforderlichen Notwendigkeiten kann es zweckmäßig sein, an Stelle des haubenförmigen Körpers 4 ein Gerüst aus Stahlträgern vorzusehen, wie es in einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung vorgeschlagen worden ist. Zusätzlich zu diesen genannten Einrichtungen wird es zweckmäßig sein, an den Abstützkörpern und den Bewehrungseinrichtungen Temperaturfühler anzubringen, damit die Kühlluft- bzw. Kühlwasserströmung entsprechend eingestellt werden kann, um die Temperatur in diesen Bauteilen stets auf dem notwendigen Mindestniveau zu halten. Da diese Einrichtungen jedoch konventioneller Natur sind, wurde auf eine nähere Erläuterung derselben verzichtet.

Auch beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf das genannte Beispiel, es sind vielmehr noch andere konstruktive Lösungen denkbar, die von den Prinzipien dieser Erfindung Gebrauch machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 diese verbindenden Zugankern auf den zylindrischen Patentansprüche: Kesselteil aufgepreßt. Die zur Verstärkung vorgese henen Bandagen und Joche stehen aber in innigem

1. Druckgefäß, insbesondere für Kernreaktoren Wärmekontakt mit dem Kessel.!Sie werden also in oder andere iAnlagen mit erhöhten Temperatu- 5 ihrer Festigkeit von dessen hoher Betriebstemperaren, dessen Druckfestigkeit durch Abstützung auf tür nächteilig beeinflußt.

Verstärkungs- und Entlastungselemente, die teil- Nach der USA.-Patentschrift 1 940 277 und der

weise mit Zugankern gegenseitig in ihrer Lage ge- deutschen Patentschrift 517 917 hat man ein inneres haltert sind, erhöht ist, dadurch gekenn- Druckgefäß mit Abstand in ein größeres, auf niedrizeichnet, daß in an sich bekannter Weise io gerer Temperatur gehaltenes Gefäß aus Stahl oder über die gesamte Oberfläche des Druckgefäßes Beton eingebaut und den Zwischenraum mit schlecht mit gegenseitigem Abstand gleichmäßig verteilte wärmeleitenden druckübertragenden Medien gefüllt. Stützkörper (5, 6,8,9) angeordnet sind, daß die Zur Druckübertragung sind unter anderem im mit Stützkörper (5, 6, 8, 9) in ebenfalls an sich be- Isoliermaterial gefüllten Zwischenraum Profilringe kannter Weise in beiden Koordinatenrichtungen 15 vorgesehen, die über die gesamte äußere Oberfläche j

angeordnet sind, und daß die Stützkörper (5, 6, des Druckgefäßes mit gegenseitigem Abstand gleich-8, 9) für die axiale und radiale Entlastung des mäßig verteilt sind. Ferner besitzt das aus der fran-Druckgefäßes auf ihren freien Stirnseiten mit par- zösischen Patentschrift 1185 396 bekannte Hochallel und konzentrisch zur Gefäßlängsachse ver- druckrohr außen aufliegende Verstärkungen in zwei i

laufenden Stahldrähten, Kabeln oder Bändern 20 Koordinatenrichtungen, nämlich in Längs- und Um- !

(4, 3, 7) verbunden sind. fangsrichtung. Abgesehen von den technischen j

2. Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch ge- Schwierigkeiten beim Aufbau solcher Verstärkungen r.\ kennzeichnet, daß die Stahldrähte, Kabel, Bänder sind die bekannten Druckgefäße mit dem schwerwie- j (4,3,7) so dimensioniert sind, daß sie infolge der genden Nachteil der völligen Unzugänglichkeit be- ί thermischen Ausdehnung des Gefäßmantels (1) 25 haftet, so daß praktisch keine Inspektionen durch-

erst ab einer bestimmten Temperatur desselben führbar sind. Dies gilt auch für die aus der deutschen zum Tragen kommen. Gebrauchsmusterschrift 1 867 029 bekannten doppel-

3. Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch ge- wandigen Druckgefäße, deren Zwischenraum mit kennzeichnet, daß für die Axialdruckentlastung einem breiigen oder körnigen Medium gefüllt ist.
parallel zu den Mantellinien des Gefäßmantels 30 Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung (1) umlaufende Stahldrähte, Kabel oder Bänder die Aufgabe zugrunde, eine Druckgefäßkonstruktion (3) vorgesehen und an einer sich auf den Druck- zu finden, die mit einem erträglichen technischen gefäßdeckel abstützende Konstruktion, z.B. einer Aufwand, vor allen Dingen auch mit Hilfe von vergewölbten Stahlhaube (4) verankert sind. hältnismäßig einfachen und konventionellen Verfah-

4. Druckgefäß nach Anspruch 2, dadurch ge- 35 ren an der Baustelle selbst erstellt werden kann. Da kennzeichnet, daß die Stützkörper (5, 6, 8, 9) mit bei derartig großen Druckgefäßen, insbesondere Keramikeinsätzen sowie Kühleinrichtungen (10, dann, wenn sie für Reaktorzwecke eingesetzt sind, 11), die an sich konventioneller Art sein können, auf die Betriebssicherheit allergrößter Wert gelegt versehen sind. werden muß, ist einfachen und unkomplizierten Fer-

5. Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 tigungsverfahren der unbedingte Vorzug zu geben, kennzeichnet, daß Einrichtungen zur Einregulie- wobei auch darauf geachtet werden muß, daß im rung der Temperatur der Entlastungselemente eigentlichen Druckgefäß keine ungleichmäßig verteilvorgesehen sind, ten inneren Spannungen während des Betriebes auf- A

treten können. (J.

45 Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten

Druckgefäß dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in an sich bekanner Weise über die gesamte äußere

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckgefäß, Oberfläche des Druckgefäßes mit gegenseitigem Abinsbesondere für Kernreaktoren oder andere Anlagen stand gleichmäßig verteilte Stützkörper angeordnet mit erhöhten Temperaturen, dessen Druckfestigkeit 50 sind, daß die Stützkörper in ebenfalls an sich bedürch Abstützung auf Verstärkungs- und Entla- kannter Weise in beiden Koordinatenrichtungen anstungselemente, die teilweise mit Zugankern gegen- geordnet sind, und daß die Stützkörper für die axiale seitig in ihrer Lage gehaltert sind, erhöht ist. Derar- und radiale Entlastung des Druckgefäßes auf ihren tige Druckgefäße bestehen aus hochfesten Stählen, freien Stirnseiten mit parallel und konzentrisch zur ihre Wandstärke richtet sich nach Betriebsdruck und 55 Gefäßlängsachse verlaufenden Stahldrähten, Kabeln Temperatur sowie nach der Größe des betreffenden oder Bändern verbunden sind.

Gefäßes. Von wesentlicher Bedeutung ist für die Erfindung,

Mit steigender Größe solcher Gefäße wird es je- daß die die Druckkräfte aufnehmenden Entlastungsdoch immer schwieriger, die gewünschten Festig- elemente, also die Stahldrähte, Kabel oder Bänder, keitswerte allein durch entsprechende Dimensionie- 60 auf niedrigerer Temperatur liegen als die Druckgerung der Gefäßwandung zu erzielen. Daher sind be- fäßwandung selbst, so daß sie durch Temperatureinreits Stahl-Druckgefäße angegeben worden, die mit wirkung keine oder nur ein ganz mäßige Beeinträch-Draht- und Bandumwicklung um das eigentliche tigung ihrer Festigkeit und auch keine nennenswerte Druckgefäß herum verstärkt sind — s. deutsche Pa- Wärmedehnung erfahren. Die Entlastungselemente tentschrift 838 597 und britische Patentschrift 65 bieten daher gegenüber den auf Betriebstemperatur 099. Nach der deutschen Patentschrift sind auch befindlichen Bauelementen auch ein wesentlich erbereits die beiden ebenen Deckel von Hochdruckge- höhtes Maß von Sicherheit,
fäßen mit Hilfe von aufgesetzten Jochstücken und Bei der Erfindung braucht also kein Betonmantel