DE1684651B2

DE1684651B2 - Kernreaktor mit einem betondruckbehaelter

Info

Publication number: DE1684651B2
Application number: DE1966E0031843
Authority: DE
Inventors: Alexander Gillies Whetstone Leicestershire Young (Grossbritannien)
Original assignee: Nuclear Power Co. (Whetstone) Ltd, Whetstone, Leicestershire (Großbritannien)
Priority date: 1965-06-11
Filing date: 1966-06-10
Publication date: 1977-12-15
Also published as: DE1684651A1; GB1146326A; DE1684651C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem vorgespannten zylindrischen Betondruckbehälter und mehreren Wärmeaustauschern.

Es ist bereits aus der britischen Patentschrift 8 66 037 eine Kernrcaktoranlage bekannt, die einen Reaktorkern und mehrere Wärmeaustauscher /um Abziehen der im Kern erzeugten Wärme aufweist, wobei ein Bctondruckgefäß mit einer zylindrischen vorgespannten Betonwandung vorgesehen ist, die den Reaktorkern und ebenso die Wärmeaustauscher umschließt. Bei dieser bekannten Anordnung sind die Wärmeaustauscher mit dem Reaktorkern innerhalb der Kammer untergebracht, die von der zylindrischen vorgespannten Wandung des Druckgefäßes umsch'osscn ist, und diese Kammer wird durch eine zusätzliche innere zylindrische Wandung in eine kreisförmige innere Kammer, die den Reaktorkern beherbergt, und eine Ringkammer aufgeteilt, in der die Wärmeaustauscher angeordnet sind. Der Ringraum wird durch radial verlaufende Scheidewände in Abschnitte eingeteilt, die sich von der inneren zylindrischen Wand nach der äußeren vorgespannten zylindrischen Wand erstrecken. Bei dieser bekannten Anordnung wirken die vorgespannte zylindrische Außenwand und die innere zylindrische Wandung, die ebenfalls verstärkt und aus vorgespanntem Beton hergestellt sein kann, als strukturell getrennte Einheiten. Insbesondere wäre die innere zylindrische Wandung nicht in der Lage, beträchtliche radial nach innen gerichtete Kräfte über die im weiten Abstand angeordneten radialen Wände aufzunehmen, woraus roVt diß die innere und äußere konzentrische W-indune im wesentlichen unabhängig voneinander Si en müssen und daß z. B. die radialen Wände keine radial nach innen gerichteten Kräfte übertragen, vvie es die Vorspannmittel der Außenwand ermöglichen würden, um sowohl die äußere als auch die innere Windung vorzuspannen.

Außerdem ist aus der FR-PS 1 3 Ob 797 ein Kernreak-,or-Betondruckbehälter bekannt der aus einer zylindrischen Einzelwand aus Beton besteht die über die gesamte Dicke unter Vorspannung steht, welche von Vorspannkabeln ausgeübt wird, die sich unter ZugbeansD-uchung in Umfangsrichtung um die zylindrische Wand erstrecken und mit ihren Enden an in L ängsrichtung verlaufenden Rippen verankert sind, die ._u.ßcn -in der Zylinderwand ausgeformt sind. Bei diesem bekannten Kernreaktor sind die Wärmeaustauscher in Hilfsbehälter.! aus Beton untergebracht, die außerhalb des Hauptdruckbehälters in der Nahe desselben ,neeordnet sind und durch die unter Zug stehenden, ringsunilaufcnden Kabel in ähnlicher Weise unter Vorspannung gehalten werden. Dabei ist der Hauptdruckbehälter mit den Nebenbehaltern /u einer baulichen Einheit zusammengefaßt, indem die Vor-SD-innkabel die um einen Teil des Hauptdruckbehälters herumgeführt sind, sich auch um einen Teil der Nebendruckbehälter herum erstrecken

Beide Anordnungen besitzen jedoch Nachteile. Ls isi nämlich erwünscht, daß der vorhandene Beton optimal ) ausgenutzt wird, und zwar sowohl hinsichtlich seiner baulichen Möglichkeiten (diese Ausnutzung ist bei dem zuerst erwähnten Reaktor nicht gegeben) als auch in bezug auf die biologische Abschirmung (dies ist bei dem zuletzt erwähnten Kernreaktor nicht gegeben, weil hier -, der B-ton der Hilfsdruckgefäße, der die Wärmeaustauscher umschließt, nicht zur Abschirmung des Reaktorkerns im Hauptdruckbehälter beiträgt). Es ist außerdem erwünscht die Druckbehälteranordnung so kompakt als möglich aufzubauen, und dies ist nicht möglich, wenn u Hilfsdruckbehälter außerhalb des Hauptdruckbehalters vorgesehen sind, um die Wärmeaustauscher aulzunehmen. . . .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde.

einen Kernreaktor zu schaffen, bei dem der Reaktor-

-, kern in einem Betondruckbehalter eingeschlossen ist,

dessen Beton in vorteilhafter Weise sowohl im Hinblick

auf die baulichen Möglichkeiten als auch im Hinblick auf

seine biologischen Absehirmfunktionen ausgenutzt wird

und der außerdem in kompakter Bauweise Wärmeaus-

iii tauscher aufweist, die die im Kern erzeugte Wärme

abziehen. .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kernreaktor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß innerhalb der zylindrischen Wandung sich in ν, Längsrichtung erstreckende Ausnehmungen zur Aufnahme der Wärmeaustauscher vorgesehen sind und daß die Vorspannkabel vollständig radial außerhalb der Ausnehmungen die zylindrische Wandung umspannend angeordnet sind.

mi Die Anordnung von Wärmeaustauschern innerhalb der Wandstärke des Betondruckbehälters, welcher den Reaktorkern umschließt, ermöglicht einen sehr viel kompakteren Aufbau, als es bei Anordnung zusätzlicher Hilfsdruckbehälter möglich ist. Dadurch, daß der b-5 gesamte Beton für einen einzigen Druckbehälter benutzt wird, der den Reaktorkern umschließt, wird gewährleistet, daß die biologische Abschirmung des Betons in sehr wirksamer Weise ausgenutzt wird. Die

Anordnung der Vorspannmitiel vollständig radiul •lulkrhalb der Ausnehmungen bedeutet, dall, obgleich ■ine reifenartige Umschließung der zylindrischen Wand des Druckbehälter über die gesamte Dicke erhallen wird der innere Teil der Wandstärke, in dem die die Wärmeaustauscher aufnehmenden Ausnehmungen angeordnet sind, frei von Vorspannmitteln gehallen wird. Dies isi SOW(UiI im Hinblick auf eine Vereinfachung des Zusammenbaus als auch im Hinblick darauf vorteilhaft, daß'man bei der Konstruktion verhältnismäßig frei ist mil der Anordnung der Ausnehmungen.

Vorzugsweise sind die Ausnehmungen für die Wärmeaustauscher im gleichen Abstand von der I jjpigsiichse des Behälters und voneinander angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Enden der Vorspannkabel an in 1 iingsiiehfung verlaufenden Rippen verankert sind, die ■liißen an der zylindrischen Wandung angeordnet sind, ist jeder Ausnehmung eine Rippe zugeordnet, so daß die Rippen außerhalb der Ausnehmung eine zusätzliche Verstärkung und Strahlungsabschirmung bewirken.

Im Hinblick auf die Verankerung und Vorspannung entspricht damit diese Ausführung dem Kernreaktor gemäß der FR-PS 13 Ob 797. Gemäß der Erfindung ist jedoch die Anordnung derart getroffen, daß die Vorspannkabel nicht in dem radial inneren Teil der Wandstärke liegen, wobei in diesem Teil die Ausnehmungen für die Wärmeaustauscher angeordnet sind und wobei der reifenartige Zusammenhalt gewährleistet bleibt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausnehmungen zylindrisch ausgebildet, und die Achse jeder Ausnehmung liegt in der Radialebene, welche eine der Rippen halbiert.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Horizontalsermitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Druckbehälters,

größerem Maßslab einen Teil-Horizontalwerden, die Endkappen vorzuspannen, anstatt diese durch orthogonale Gruppen von Kabeln vorzuspannen, wie dies vorstehend beschrieben wurde.

Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Lagen von riiigsumlaufenden Vorspannkabeln vorgesehen, wobei jede Lage ein Gruppe, bestehend aus /wolf ringsumlaufenden Vorspannkabeln A₁ bis F₁, Λ., bis F₂, aufweist. In F i g 1 sind nur die Vorspannkabel Λ, und A₂ vollständig dargestellt, um die Libersicht zu verbessern. Radial benachbart zu jeder Ausnehmung 21 erstreckt sich eine vertikale Rippe über die volle wirksame Höhe des Behälters am äußeren Umfang derselben. Diese Rippen sind in F i g. I mit den Bezugszeichen 1 bis J2 gekennzeichnet.

ledes ringsumlaufondc Vorspannkabel ist an einem Ende an einer Seitenfläche einer ersten Rippe befestigt und mit dem anderen Ende auf der entgegengesetzten Seitenfläche jener Rippe, die der ersten Rippe diametral gegenüberliegt, so daß jedes Vorspannkabel zweimal durch die jeweilige Diametralebene hindurehtrut. in der die Achse der Ausnehmungen 21 liegt, die den beiden Rippen entsprechen, an denen das Vorspannkabel verankert ist. Dieses Prinzip ist klar aus F" i g. I ersichtlich.

Die nachstehende Tabelle zeigt, welche Vorspannkabel in welcher Rippe verankert sind: Die erste Reihe zeigt die Rippen, an denen die Vorspannkabel befestigt sind, und die zweite und dritte Reihe /eigen die Vorspannkabel, die sich im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeigersinn gemäß F i g. I von der in der ersten Reihe der Tabelle an erster Stelle stehenden Rippe erstrecken.

3 einen Schnitt nach der Linie lll-lll gemäß

Fig. 2 in
schnitt.

F i g.
I·" i g. 2.

Fig.4 eine schematische Darstellung, welche veranschaulicht, wie ein Vorspannkabel gemäß Fig. 2 und 3 seine Lage in bezug auf andere Vorspannkabel an verschiedenen Punkten rings um den Druckbehälter ändert.

Gemäß F i g. 1 besteht der vorgespannte Betondruckbehälter aus einer vertikalen zylindrischen Wandung 20, die an beiden Enden durch Betonendkappen geschlossen ist. Die Wandung 20 weist zwölf vertikal verlaufende zylindrische Ausnehmungen 21 auf, die zur Aufnahme der Wärmeaustauscher dienen. Der zylindrische Miitelraum 22 des Druckbchälters enthält den Reaktorkern und die ihm zugeordnete, in der Zeichnung nicht dargestellte Ausrüstung.

Der Druckbehälter wird in der folgenden Weise vorgespannt. Die Bctonendkappen werden durch orthogonale Gruppen von in der Zeichnung nicht dargestellten Vorspannkabeln verspannt, die an den Seitenwandungen verankert sind. Die zylindrische Wandung 20 weist mehrere vertikale, in der Zeichnung nicht dargestellte Vorspannkabel auf, die in den Endkappen verankert sind. Zusätzlich ist eine Anzahl von ringsumlaufenden Kabeln vorgesehen, die die radialen Belastungen aufnehmen sollen. Einige dieser rinusnmlaufenden Kabel können auch dazu benutzt

Rippen	Im Uhrzeiger	Im Gegeiuilti/eigoi
	sinn	sir. η
1,7	A\	A-,
2,8	ßl	B₂
3,9	C,	C₂
4, 10	Di	Lh
5, 11	Ex	E₂
6, 12	F₁	F₂

Die Anordnung und das Verfahren zur Verankerung der Vorspannkabel ist symmetrisch, so dall die I i g. 2 und 3, die in größerem Maßstab gezeichnet sind, die typische Anordnung der Vorspannkabel bei einer der Rippen, nämlich der Rippe 10, zeigen.

Gemäß F i g. 2 und 1 sind die beiden Vorspannkabel D\ und D₂ an der Rippe 10 mittels Ankern 2.3 befestigt. Die Vorspannkabel C₂. H₂, A₂, I] und /:"i sind durch die Betonwandung 20 in tier Nähe der Rippe 10 in zwei Höhenlagen geführt, wie im einzelnen aus F'ig. 3 ersichtlich ist. Die Vorspannkabel D₂, C₂ und Ii₂ liegen in einer Höhe, und die Vorspannkabel D\, l'\ und /-Ί liegen niedriger, wobei in beiden i'älien die Aufzählung radial von außen nach innen erfolgte. Das Vorspannkabel A · wechseil von einer Höhenlage graduell über eine Umfangslünge der Rippe 10 in die andere I löhenlage, so daß im Schnitt lll-lll das Vorspannkabel /\.· zwischen diesen beiden Höhenlagen erscheint. Dies ist deutlicher aus F i g. 4 ersichtlich, und diese Figur zeigt, wie ein typisches Vorspannkabel (in diesem Fall das Kabel D₂) seine Radiallage relativ zu den anderen in aufeinanderfolgenden Rippen ändert, so daß das äußerste Vorspannkabel in der obersten Höhenlage der Rippe 10 (Fig. J) ein minieres Vorspannkabel in der unteren

Höhenlage der Rippe 11 wird und nach unten in die niedrige Höhenlage bei der Rippe 1 verläuft und schließlich das äußerste Vorspannkabel an der untersten Höhenlage der Rippe 4 wird, an der es verankert ist.

F i g. 3 zeigt, wie Gruppen von zwölf Vorspannkabcln wiederholt über die I lohe der Wandung 20 geführt sind.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß in irgendeinem gegebenen Radialschnitt zwischen den Rippen sechs ringsumlaufendc Vorspannkabel aus jeder der Gruppen von zwölf Vorspannkabeln vorgesehen sind, während in Radialschnitten, die die Rippen schneiden, d. h. in Radialschnitten, die durch die Hohlräume 21 geführt sind, sieben Vorspannkabel verlaufen. Diese Anordnung gewährleistet eine größere Vorspannkraft an den Radialabschnitten des Gefäßes, während die Festigkeit gegenüber inneren Zerreißkräften infolge eines Innendrucks in den Ausnehmungen 21 erhöht wird. Die Rippen bewirken außerdem eine zusätzliche Neutronenabschirmung, die den Verlust der Abschirmwirkung, der infolge der Ausnehmungen 21 auftritt, ganz oder teilweise kompensiert. Falls erforderlich, können in der Zeichnung nicht dargestellte örtliche Vorspannglicder von einer Seite jeder Rippe nach der anderen vorgesehen sein.

Die Zahl der Rippen ist vorzugsweise die gleiche wie die Zahl der Ausnehmungen 21. Die letzteren brauchen jedoch nicht im gleichen Abstand zueinander angeordnet zu werden, und sie brauchen auch nicht die gleiche

-, Größe zu haben.

Sie brauchen auch nicht zylindrisch zu sein. Fine entsprechende Anpassung der Vorspannung an veränderte Größe, Gestalt und veränderten Abstand der Ausnehmungen kann dadurch erzielt werden, daß

in Größe und/oder Lage der Rippen verändert wird oder daß wahlweise Vorspannglieder der vorbeschriebenen Art benutzt werden.

Sämtliche Vorspannkabel laufen vorzugsweise in vorgeformten Kanälen im Beton.

π Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Druckbehäl tcr, bei denen der Innenraum 22 zylindrisch ist. Diesel Raum kann z. B. auch sphärisch sein oder zylindrisch wobei ein Ende oder beide Finden haubenartig geformt sind.

:o Obgleich die Vorspannkabel A_x bis F_x. A; bis / vollständig auf einem größeren Radius liegen als dk Ausnehmungen 21, wird durch sie dennoch di< zylindrische Wand 20 über die gesamte Dicke nach Ar eines Reifens zusammengedrückt.

Hier/u 2 Blatt /.eichnuiiiien

Claims

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mil einem vorgespannten zylindrischen Betondruckbehälter und mehreren Wärmeaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der zylindrischen Wandung (20) sich in Längsrichtung erstreckende Ausnehmungen (21) zur Aufnahme der Wärmeaustauscher vorgesehen .sind und daß die Vorspannkabel (A\ bis Fi, A₂ bis /·_>) vollständig radial außerhalb der Ausnehmungen (21) die zylindrische Wandung (20) umspannend angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (21) im gleichen Abstand voneinander und von der Längsachse des Behälters angeordnet sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkabel (A\ bis Fi, A₂ bis F>) innerhalb des Betons der zylindrischen Wandung (20) angeordnet sind.

4. Kernreaktor nach Anspruch I bis 3, bei welchem die Enden der Vorspannkabel an in Längsrichtung verlaufenden Rippen verankert sind, die außen an der zylindrischen Wandung angeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausnehmung (21) eine Rippe (1 bis 12) zugeordnet ist, so daß die Rippen außerhalb der Ausnehmung eine zusätzliche Verstärkung und Strahlungsabschirmung bewirken.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (21) zylindrisch ausgebildet sind und die Achse jeder Ausnehmung in der Radialebene l'Cgt, welche eine tier Rippen (1 bis 12) halbiert.