DE1948522B2

DE1948522B2 - Sicherheitsvorrichtung fuer druckbehaelter von atomkernreaktoren

Info

Publication number: DE1948522B2
Application number: DE19691948522
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-lng 8520 Erlangen Schaben
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-25
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE1948522C3; FR2062555A5; SE369122B; JPS5128853B1; DE1948522A1; US3753853A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter von Atomkernreaktoren, wobei auf der dem Reaktorkern abgewandten Seite des Druckbehälterdeckels ein bei Bruch desselben wirksam werdender, sowie mit Durchbrüchen für Stutzen des Druckbehälterdeckels versehener Fangdeckel angeordnet ist. Eine solche Sicherheitsvorrichtung ist in der DT-OS 12 697 beschrieben, obwohl dort der Druckbehälter für einen Druckwasserreaktor aus zwei ineinander geschachteten Stahlgefäßen besteht, die beide gleichzeitig unter Druck stehen. Der Zwischenraum zwischen den beiden Stahlgefäßen soll nämlich mit vorzugsweise der gleichen Flüssigkeit gefüllt sein, die auch im inneren Gefäß unter hohem Druck vorliegt. Mit einer solchen Anordnung kann also lediglich die Menge des Druckmittels verringert werden, die beim Bersten für die Beschleunigungskräfte umhergeschleuderter Bruchstücke maßgebend ist.

Beim bekannten müssen sich jedoch daraus Schwierigkeiten ergeben, daß unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen den beiden Stahlgefäßen auftreten. Auf diese Weise werden zum Beispiel die durch den Deckel des äußeren Mantelteils ragenden Stutzen für Steuerstabantriebe beansprucht, so daß die Dichtigkeit leidet, die ja für den vollen Kühlmitteldruck ausreichen muß. Mithin stellt sich als Aufgabe der Erfindung neben der Forderung eines sicheren Berstschutzes das Problem, den Normalbetrieb mit seinen Wärmedehnungen des Reaktordruckbehälters nicht zn. behindern, damit keine zusätzlichen Kräfte auf den Reaktordruckbehälter oder seine Abstützung ausgeübt werden, wobei vermieden werden soll, daß der zum Normalbetrieb gehörende Brennelementwechsel nennenswert beeinträchtigt wird. Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Sicherheitsvorrichtung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Fangdeckel gemeinsam mit dem Druckbehälterdeckel abnehmbar ist und den Bereich des Druckbehälterdeckels innerhalb des Kreises der Dekkelschrauben überdeckt und durch einen Fangring gehalten ist, der sich radial nach innen über die Deckelschrauben und den äußeren Bereich des Fangdeckels erstreckt. Ein solcher Berstschutz hat im Normalbetrieb keinerlei Einfluß auf den Reaktordruckbehälter, denn die Durchbrüche für die Steuerstabstutzen brauchen nicht dicht zu sein und können für die maximalen Wärmedehnungen bemessen werden. Gleichzeitig gelingt es durch die Festlegung des nur relativ kleinen Fangdeckels mit einem zusätzlichen Fangring, die Gewichte so klein zu halten, daß keine zusätzlichen Hebezeuge benötigt werden. Deshalb wird der Brennelementwechsel praktisch nicht verzögert.

Die Erfindung ist nicht mit einem aus der FR-PS 14 72 117 bekannten Reaktordruckbehälter zu vergleichen, der im wesentlichen als Betonbehälter ausgeführt ist. Der bekannte Betonbehälter wird zwar mit zwei »in Reihe geschalteten« Stahldeckeln verschlossen. Beide sind jedoch einstückige Teile, so daß gegenüber der Ausbildung mit Fangdeckel und Fangring gemäß der Erfindung größere Gewichte zustande kommen. Vor allem aber sind die beiden Deckel um mehr als den Durchmesser des Reaktordruckbehälters voneinander entfernt. Daraus ergibt sich die Gefahr, daß bei einem Bersten des inneren Deckels die Bruchstücke so weit beschleunigt werden, daß sie mit ihrer kinetischen Energie auch den äußeren Deckel zerschlagen.

Auch in der GB-PS 1149 154 geht es um einen Reaktordruckbehälter aus Beton. Hier sind Kavernen in der Betonbehälterwand, die für die Unterbringung von Dampferzeugern vorgesehen sind, mit Betondeckeln verschlossen, die eine zusätzliche Metallkappe als Auskleidung aufweisen. Ein als Berstsicherung geeigneter Fangdeckel, der im Normalbetrieb nicht wirksam wird, ist damit also nicht zu vergleichen.

Der Fangring kann über eine bei Normalbetrieb des Reaktors Spiel aufweisende Zahnverbindung mit dem Fangdeckel in Eingriff stehen.

Zur Inspektion des Druckbehälterdeckels von außen ist es aber auch möglich, daß der Fangdeckel ohne Entfernung der Deckelstutzen geringfügig über den Druckbehälterdeckel anhebbar und mit Schraubstopfen zur Inspektion versehen ist.

Schließlich können zur Wärmeisolierung jeweils zwischen Druckbehälterdeckel, Fangdeckel, Fangring und Ankerring Zwischenbleche angeordnet sein.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktordruckbehälter in senkrechter Aufstellung und

Fig.2 eine Abwicklung des Anker- und des Tragringes.

Der zylindrische Reaktordruckbehälter, der aus dem

Deckel 2 und dem Unterteil 1 besteht, ist in einem Betondruckgefäß 6 aulgehängt, das in axialer Richtung vorgespannt, in tangentialer Richtung jedoch nur schlaff armiert ist. Im Bereich der Hauptkühlmittelstutzen 26 setzt sich der Betondruckbehälter 6 in Form des Tragringes 4 und des Ankerringes 3 fort, die vorzugsweise aus einer schweren Schweißkonstruktion bestehen, in die zahlreiche tangential > rmierungseisen eingelegt und dort mit Beton vergossen sind. Wie aus der Abwicklung nach Fig. 2 zu ersehen ist, ist der auf dem Betondruckgefäß 6 aufliegende Tragring 4 und der darüberliegende Ankerring 3 so ausgeführt, daß lediglich Durchbrüche für die Hauptkühlmittelstutzen 26 vorgesehen sind, die dicht umschlossen werden. Auslegungsmäßig verlängern diese beiden Ringe den Betondruckbehälter 6 nach oben und halten dem vollen Unfallinnendruck stand.

Zur Absicherung des Reaktordeckels 2 gegen Bruch ist eine zweite Kugelkalotte, der Fangdeckel 12, im Bereich zwischen den Deckelschrauben 15 des Druckbehälterdeckel 2 so angeordnet, daß seine \bstützung eine gewisse radiale Relativwärmedehnung vorzugsweise elastisch aufnehmen kann, während größere Relativverlagerungen durch entsprechenden Formschluß sicher verhindert werden. Die Steuerstabstutzen 19 und die Kerninstrumentierungsstutzen 18 werden durch Löcher im Fangdeckel 12 hindurch in den Reaktordekkel 2 in der üblichen Weise eingeschraubt und dort verschweißt. Das Spiel zwischen Stutzen 18 und 19 und Fangdeckel 12 ist dabei größer als der maximal mögliche Radialversatz zwischen Fangdeckel 12 und Reaktordeckel 2. Fangdeckel und Reaktordeckel können nach Einschrauben der Stutzen 18 und 19 voneinander nicht mehr getrennt werden. Ihr Gesamtgewicht liegt jedoch wesentlich unter der Tragkraft des Reaktorkrans, weil dieser üblicherweise für das Gewicht des Reaktordruckbehälterunterteils 1 ausgelegt wird. Der Fangdeckel 12 ist außerdem nur mit einem schwachen Flansch 28 ausgerüstet, der innerhalb des Deckelschraubenkreises 15 liegt.

Zur eigentlichen Halterung des Fangdeckels 12 bei einem Unfall ist ein Fangring 13 vorgesehen, wobei die Verbindung durch eine Sägezahnverbindung 17 herge stellt wird. Diese Verbindung kommt jedoch erst zum Tragen, wenn der Reaktordeckel 2 nach oben steigt. Im Normalbetrieb dagegen hat diese Sägezahnverbindung 17 so viel Spiel, daß eine Wärmedehnung des Reaktordruckbehälters frei möglich ist. Der Fangring 13 wird auf der Außenseite durch Fangringschrauben 16 auf den Ankerring 3 niedergehalten. Ferner weist der Fangring 13 Sacklöcher für die überstehenden Schäfte der Reaktordruckbehälterschrauben 15 auf, während die stehenbleibenden, dazwischenliegenden Siege seine Biegefestigkeit erhöhen sollen.

Der Fangring 13 ist zum Reaktorraum hin isoliert. Zum Ankerring 3 einerseits und zum Fangdeckel 12 andererseits ist eine Hilfsisolierung 27 in Form einer Blechlage angeordnet. Eine ebensolche Blechlagenisolierung ist zwischen Fangdeckel 12 und Reaktordeckel 2 sowie zwischen Fangring 13 und Reaktordeckel 2 bzw. Reaktordeckelschrauben 15 vorhanden. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Temperatur des Fangringes 13 wesentlich unter der Temperatur des Reaktordeckels 2 und daß ferner die Temperatur des Fangdeckels 12 zwischen diesen Temperaturen liegt, so daß die jeweiligen Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen schweren Bauteilen und damit die Wärmeveriuste in Grenzen bleiben.

Der Fangring 13 kann aus relativ duktilem Stahl gegossen oder geschmiedet werden. Sollten seine Dimensionen jedoch für die Herstellung aus einem Teil zu groß werden, so kann der Fangring 13 auch aus Einzelsegmenten hergestellt werden, von denen jedes einzelne durch einen verlängerten Stützarm 14, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, nach au3en hin auf den in diesem Fall breiter zu dimensionierenden Ankerring 3 abgestützt werden kann.

Die Abstützung des Reaktordruckbehälters 1 selbst erfolgt im Normalbetrieb über schwache Auflagerpratzen 5 unterhalb der Hauptkühlmittelstutzen 26. Diese Abstützung soll bei dem betrachteten großen Unfall nachgeben und vermeiden, daß die Hauptkühlmitteileitungen beschädigt werden. Eine zusätzliche Unfallabstützung wird in vertikaler Richtung nach unten hin durch herausnehmbare Vertikalstützsegmente 10 mit einem zugehörigen Auflagering übernommen. Die Unfallabstützung zur Seite hin erfolgt durch herausnehmbare Radialstützsegmente 11 und im Bereich zwischen den Kühlmittelstutzen 26 durch Abschirmseg- mente 21 aus temperaturbeständigem Beton, die mit entsprechenden inneren Stahlstützen ausgerüstet sind. Die Abstützung nach oben erfolgt wie bereits beschrieben durch Fangdeckel 12 und Fangring 13. Die möglichen Verlagerungen des Druckbehälters nach jeder Seite sind somit auf wenige Zentimeter begrenzt, so daß ein Abreißen der Hauptkühlmittelleitungen 26 oder eine Beschädigung der Kerneinbauten ausgeschlossen werden kann. Dazu ist ferner der Kernbehälter 8 nach unten hin über Konsolen 9 abgestützt, deren Kräfte unmittelbar von der unteren Druckbehälternotabstützung 10 weitergeleitet werden. Alle Notabstützungen sind im Normalbetrieb nicht im Eingriff und behindern deswegen in keiner Weise die freie Wärmedehnung des Reaktordruckbehälters. Diese Notabstützungen können ferner nach öffnen der Dichtmembran 23 am Hauptflansch stückweise herausgenommen werden und gestatten damit den freien Zugang zum Ringraum 22 um den Reaktordruckbehäl ter zum Zweck der Besichtigung und Ultraschallprüfung von außen.

Um weiter zu verhindern, daß im Fall eines Druckbehälterbruches die Kühlmittelausflußrate im Bereich der Hauptkühlmittelstutzen oder der Steuer stabstutzen unzulässig hohe Werte erreicht, werden die entsprechenden Ausflußquerschnitte durch Kolbenringe 25 bzw. 29 heruntergesetzt, die sich im Notfall mit den zugehörigen Stutzen verlagern können. Um zu vermeiden, daß diese Kolbenringe im Normalbetrieb in Schwingungen geraten und die Leitungen beschädigen, werden sie in ihrer Normallage mit einer schwachen Verbindung 30 befestigt, die erst unter der Einwirkung der großen innendruckbedingten Kräfte bei einem Unfall zerreißen. Die Kolbenringe werden dann in axialer Richtung gegen die entsprechenden Dichtflächen, wie beispielsweise Einsatzhülsen 31, gepreßt.

Zur Erleichterung einer Außeninspektion des Reaktordeckels 2 durch Schraubstopfen 32 hindurch kann der Fangdeckel 12 so gestaltet werden, daß er z. B. um 10 bis 20 cm hochgehoben werden kann, ohne daß die zahlreichen Deckelstutzen entfernt werden müssen.

Mit den beschriebenen Sicherheitsvorrichtungen in Form eines Fangdeckels und Fangringes auf dem Reaktordeckel, den entsprechenden Notabstützungen und der Anordnung von Dichtungsringen können also auf einfache Weise die evtl. Folgen eines Bruches des Reaktordruckgefäßes weitgehend beherrscht werden.

Selbstverständlich kann das Grundprinzip der Exfindung auch sinngemäß angewendet werden bei Druckbehältern, deren Deckel seitlich oder unten angeordnet ist, und die zur Aufnahme andersartiger hochgespannter Medien bestimmt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter von Atomkernreaktoren, wobei auf der dem Reaktorkern abgewandten Seite des Druckbehälterdeckels ein bei Bruch desselben wirksam werdender, sowie mit Durchbrüchen für Stutzen des Druckbehälterdeckels versehener Fangdeckel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangdeckel (12) gemeinsam mit dem Druckbehälterdekkel (2) abnehmbar ist und den Bereich des Druckbehälterdeckels (2) innerhalb des Kreises der Deckelschrauben (15) überdeckt und durch einen Fangring (13) gehalten ist, der sich radial nach innen über die Deckelschrauben (15) und den äußeren Bereich des Fangdeckels (12) erstreckt.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (13) an der dem Fangdeckel (12) abgekehrten Außenseite über Halteschrauben (16) mit einem Kühlmittelstutzen (26) des Druckbehälters (1) überdeckenden Ankerring (3) lösbar verbunden ist.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (13) über eine bei Normalbetrieb des Reaktors Spiel aufweisende Zahnverbindung (17) mit dem Fangdeckel (12) in Eingriff steht.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangdeckel (12) ohne Entfernen der Deckelstutzen geringfügig über den Druckbehälterdeckel (2) anhebbar und mit Schraubstopfen (32) zur Inspektion versehen ist.

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Druckbehälterdeckel (2), Fangdeckel (12), Fangring (13) und Ankerring (3) Zwischenbleche (27) zur Wärmeisolierung angeordnet sind.