DE1948522C3

DE1948522C3 - Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter von Atomkernreaktoren

Info

Publication number: DE1948522C3
Application number: DE1948522A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Schabert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-25
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE1948522A1; DE1948522B2; US3753853A; SE369122B; JPS5128853B1; FR2062555A5

Description

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

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für 45 Dampferzeugern vorgesehen sind, mit Betondeckeln Druckbehälter von Atomkernreaktoren, wobei auf der verschlossen, die eine zusätzliche Metallkappe als dem Reaktorkern abgewandten Seite des Druckbe- Auskleidung aufweisen. Ein als Berstsicherung geeignehälterdeckels ein bei Bruch desselben wirksam werden- ter Fangdeckel, der im Normalbetrieb nicht wirksam der, sowie mit Durchbrüchen für Stutzen des Druckbe- wird, ist damit also nicht zu vergleichen,
hälterdeckels versehener Fangdeckel angeordnet ist. 5° Der Fangring kann über eine bei Normalbetrieb des Eine solche Sicherheitsvorrichtung ist in der DE-OS Reaktors Spiel aufweisende Zahnverbindung mit dem 12 697 beschrieben, obwohl dort der Druckbehälter Fangdeckel in Eingriff stehen.

für einen Druckwasserreaktor aus zwei ineinander Zur Inspektion des Druckbehälterdeckels von außen

geschachteten Stahlgefäßen besteht, die beide gleichzei- ist es aber auch möglich, daß der Fangdeckel ohne tig unter Druck stehen. Der Zwischenraum zwischen 55 Entfernung der Deckelstutzen geringfügig über den den beiden Stahlgefäßen soll nämlich mit vorzugsweise Druckbehälterdeckel anhebbar und mit Schraubstopfen der gleichen Flüssigkeit gefüllt sein, die auch im inneren zur Inspektion versehen ist.

Gefäß unter hohem Druck vorliegt. Mit einer solchen Schließlich können zur Wärmeisolierung jeweils

Anordnung kann also !ediglich die Menge des zwischen Druckbehälterdeckel, Fangdeckel, Fangring Druckmittels verringert werden, die beim Bersten für 6° und Ankerring Zwischenbleche angeordnet sein,
die Beschleunigungskräfte umhergeschleuderter Bruch- Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau

stücke maßgebend ist. und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach

Beim bekannten müssen sich jedoch daraus Schwie- der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt
rigkeiten ergeben, daß unterschiedliche Wärmedehnun- F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktordruck-

gen zwischen den beiden Stahlgefäßen auftreten. Auf ⁶5 behälter in senkrechter Aufstellung i:nd
diese Weise werden zum Beispiel die durch den Deckel Fig. 2 eine Abwicklung des Anker- und des

des äußeren Mantelteils ragenden Stutzen für Steuer- Tragringes,
stabantriebe beansprucht, so daß die Dichtigkeit leidet, Der zylindrische Reaktordruckbehälter, der aus dem

Deckel 2 und dem Unterteil 1 besteht, ist in einem Betondruckgefäß 6 aufgehängt, 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 tangentiale Armierungseisen eingelegt und dort mit Beton vergossen sind. Wie aus der Abwicklung nach Fi g. 2 zu ersehen isi. ist de- auf dem Betoü'jruckgefäß 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 Is des Druckbehälterdeckeis 2 so angeordnet, daß seine Abstützung 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 Fangdeikel 12 hindurch in den Reaktordekkel 2 in der üblichen Weise eingeschraubt Ltid dort verschweißt. Das Spiel zwischen Stutzen 18 und 19 und Fangdeckel 12 ist dabei größer als der maximal mögliche Radial versatz zwischen Fangdeckel 12 and 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 Reaktorkran, 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 Sägezahn verbindung 17 hergestellt 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 Stege 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 Wärmeverluste 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 außen 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 Hauptkühlmittelleitungen beschädigt werden. Eine zusätzliche Unfallabstüttiung 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 Abschirmsegmente 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 Reaktordruckbehälter 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 Steuerstabstutzen unzulässig hohe Werte erreicht, werden die entsprechenden Ausflußquerschnitte durch Kolbenringe 25 bzw. 29 heruntergesetzt, die sich im Notfall m^;' den zugehörigen Stutzen verlagern können. Um ., 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 Krähe 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 Reaktordruckeefäßes weiteehend beherrscht werden.

Selbstverständlich kann das Grundprinzip der Erfindung 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

1 2 die ja für den vollen Kühlmitteldruck ausreichen muß. Patentansprüche: Mithin stellt sich als Aufgabe der Erfindung neben der Forderung eines sicheren Berstschutzes das Problem,

1. Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter von den Normalbetrieb mit seinen Wärmedehnungen des Atomkernreaktoren, wobei auf der dem Reaktor- 5 Reaktordruckbehälters nicht zu behindern, damit keine kern abgewandten Seite des Druckbehäherdeckels zusätzlichen Kräfte auf den Reaktordruckbehälter oder ein bei Bruch desselben wirksam werdender, sowie seine Abstützung ausgeübt werden, wobei vermieden mit Durchbrüchen für Stutzen des Druckbehälter- werden soll, daß der zum Normalbetrieb gehörende deckeis versehener Fangdeckel angeordnet ist, Brennelementwechse! nennenswert beeinträchtigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Fang- io Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten deckel (12) gemeinsam mit dem Druckbehälterdek- Sicherheitsvorrichtung dadurch gelöst, daß erfindungskel (2) abnehmbar ist und den Bereich des gemäß der Fangdeckel gemeinsam mit dem Druckbe-Druckbehälterdeckels (2) innerhalb des Kreises der hälterdeckel abnehmbar ist und den Bereich des Deckelschrauben (15) überdeckt und durch einen Druckbehälterdeckels innerhalb des Kreises der Dek-Fangring (13) gehalten ist, der sich radial nach innen 15 kelschrauben überdeckt und durch einen Fangring über die Deckelschrauben (15) und den äußeren gehaken ist, der sich radial nach innen über die Bereich des Fangdeckels (12) erstreckt. Deckelschrauben und d^n äußeren Bereich des Fang-

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, da- deckeis erstreckt. Ein solcher Berstschutz hat irr. durch gekennzeichnet, daß der Fangring (13) an der Normalbetrieb keinerlei Einfluß auf den Reaktordruckdem Fangdeckei (12) abgekehrten Außenseite über 20 behälter, denn die Durchbrüche für die Steuerstabstut-Halteschrauben (16) mit einem Kühlmittelstutzen zen brauchen nicht dicht zu sein und können für die (26) des Druckbehälters (1) überdeckenden Anker- maximalen Wärmedehnungen bemessen werden, ring (3) lösbar verbunden ist. Gleichzeitig gelingt es durch die Festlegung des nur

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, da- relativ kleinen Fangdeckels mit einem zusätzlichen durch gekennzeichnet, daß der Fangring (13) über 25 Fangrirg, die Gewichte so klein zu halten, daß keine eine bei Normalbetrieb des Reaktors Spiel aufwei- zusätzlichen Hebezeuge benötigt werden. Deshalb wird sende Zahnverbindung (17) mit dem Fangdeckel (12) der Brennelementwechsel praktisch nicht verzögert.

in Eingriff steht. Die Erfindung ist nicht mit einem aus der FR-PS

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, da- 14 72 117 bekannten Reaktordruckbehälter zu vergleidurch gekennzeichnet, daß der Fangdeckel (12) ohne 30 chen, der im wesentlichen als Betonbehälter ausgeführt Entfernen der Deckelstutzen geringfügig über den ist. Der bekannte Betonbehälter wird zwar mit zwei »in Druckbehälterdeckel (2) anhebbar und mit Schraub- Reihe geschalteten« Stahldeckeln verschlossen. Beide stopfen (32) zur Inspektion versehen ist. sind jedoch einstückige Teile, so daß gegenüber der

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, da- Ausbildung mit Fangdeckel und Fangring gemäß der durch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Druck- 35 Erfindung größere Gewichte zustande kommen. Vor behälterdeckel (2), Fangdeckel (12), Fangring (13) allem aber sind die beiden Deckel um mehr als den und Ankerring (3) Zwischenbleche (27) zur Wärme- Durchmesser des Reaktordruckbehälters voneinander isolierung angeordnet sind. entfernt. Daraus ergibt sich die Gefahr, daß bei einem

Bersten des inneren Deckels die Bruchstücke so weit 40 beschleunigt werden, daß sie mit ihrer kinetischen

Energie auch den äußeren Decke! zerschlagen.