DE19737898B4

DE19737898B4 - Kondensationsturm eines Kernkraftwerks

Info

Publication number: DE19737898B4
Application number: DE19737898A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Freiman; Klaus Dr. Willnow
Original assignee: Areva NP GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: SK286468B6; RU2209901C2; CZ301722B6; BG64010B1; UA47532C2; HUP0003218A2; SK2282000A3; HUP0003218A3; FI20000451A; DE19737898A1; WO1999011889A1; CZ2000700A3; HU227615B1; BG104195A

Abstract

Kondensationsturm eines Kernkraftwerks mit einer Stützstruktur (24) und einer Längsrippe (1), die einer belastenden Kraft (9) ausgesetzt ist, die eine Durchbiegung (w) quer zur Längsachse (7) der Längsrippe (1) bewirkt,
gekennzeichnet durch
einen Abstandshalter (21), der an einer Angriffsstelle (26) auf einer Stirnfläche (23) der Längsrippe (1) angreift, wobei unter Last der Abstand der Angriffsstelle (26) zur Stützstruktur (24) durch den Abstandshalter (21) weitgehend konstant haltbar ist, wobei die Angriffsstelle (26) auf der Stirnfläche (23) und bezüglich der neutralen Faser (11) auf einer Seite liegt, auf der die Längsrippe (1) bei Durchbiegung eine Längsdehnung erfährt, wobei der Abstandshalter (21) zwei Endstücke (28A, 28B) umfaßt, die über eine Gewindestange (29) verbunden sind, und wobei
– das erste Endstück (28A) mit der Gewindestange (29) verschweißt ist,
– durch das zweite Endstück (28B) die Gewindestange (29) hindurchführbar ist,
– zwischen dem ersten (28A) und zweiten (28B) Endstück mittels...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensationsturm eines Kernkraftwerks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Kondensationsturm ist beispielsweise aus dem Buch von Komarowski, „Bau von Kernkraftanlagen", Moskau (1969) bekannt.
In einem Kernkraftwerk östlicher Bauart wird für den bei einem Störfall nötigen Druckausgleich ein Kondensationsturm, auch Barbotageturm genannt, verwendet. Darin sind in mehreren Geschossen Wasservorlagen in Blechkammern angeordnet. Die Blechkammern sind u.a. durch ein Bodenblech und Deckblech gebildet, die von parallelen Längsrippen getragen werden. Die Längsrippen sind ihrerseits an beiden Enden an senkrecht zu den Längsrippen verlaufenden Doppel-T-Trägern befestigt, die das Grundgerüst des Kondensationsturms bilden.
Die Blechkammern sind für einen bestimmten in ihrem Inneren herrschenden Druck ausgelegt. Zur Erhöhung der Sicherheit eines der beschriebenen Kernkraftwerke ist es gelegentlich nötig, den Kondensationsturm für einen höheren Druck zu ertüchtigen. Bei diesem erhöhten Druck werden die Deckbleche mit den zugehörigen Längsrippen in unzulässiger Weise verbogen. Die Durchbiegung erreicht ihren maximalen Wert etwa in der Mitte der Längsrippen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensationsturm der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise für einen erhöhten Druck zu ertüchtigen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Die Erfindung sieht vor, ein in besonderem Maße einer Biegebeanspruchung ausgesetztes Bauteil des Kondensationsturmes in geeigneter Weise durch einen Abstandshalter der anspruchsgemäßen Art zu stützen. Die Stabilität des Bauteils wird also nicht durch eine Verbesserung der Materialeigenschaften, wie z.B. der Biegefestigkeit, erreicht, sondern vielmehr dadurch, daß an zumindest einer Stirnfläche des Bauteils durch einen Abstandshalter eine Zwangsbedingung eingehalten wird. Die Wirkung der Vorrichtung entfaltet sich demzufolge erst im eingebauten Zustand des Bauteils, d.h. wenn eine Stützstruktur vorhanden ist.
Die Kraft, die das Bauteil belastet, kann sowohl eine quer zur Längsachse des Bauteils auftretende Querbelastungskraft sein als auch eine ebenfalls zu einem Durchbiegen bzw. Knicken des Bauteils führende Längsbelastungskraft.
Auf diese Weise läßt sich in vorteilhafter Weise die Stabilität des Bauteils verbessern, ohne daß an der oder den Längsseiten des Bauteils zusätzliche Stabilisierungselemente nötig wären. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Stabilitätsverbesserung durch eine Einwirkung auf die Stirnflächen des Bauteils erreicht wird. Die Längsseiten sind nämlich in vielen Fällen nicht zugänglich, sie müssen freigehalten werden oder aber sie sind an den zugänglichen Stellen bereits mit Halteelementen versehen, die das Bauteil tragen, dessen Durchbiegung vermindert werden soll.
Die Stützstruktur kann beispielsweise ein Nachbarbauteil vom Typ des Bauteils sein.
In dem eingangs erwähnten Kondensationsturm sind die zu zwei benachbarten Blechkammern gehörigen Längsrippen entlang einer gemeinsamen gedachten Achse angeordnet. An der Stelle, an der sie an einem gemeinsamen Doppel-T-Träger befestigt sind, besteht eine Lücke zwischen den beiden Längsrippen. In diesem Falle ist z.B. der Abstandshalter in der Lücke angeordnet und greift an den Stirnflächen beider Längsrippen an.
In zweckmäßiger Ausgestaltung ist durch den Abstandshalter zumindest unter Einwirkung der belastenden Kraft eine Längsstützkraft näherungsweise parallel zur Längsachse des Bauteils auf die Angriffsstelle ausübbar. Die Längsstützkraft stellt eine Zwangskraft dar, durch welche das Bauteil an der Angriffsstelle in einem konstanten Abstand zu der Stützstruktur gehalten wird. Durch eine solche Zwangskraft werden die Randbedingungen für die Durchbiegung des Bauteils derart verändert, daß die maximale Durchbiegung bei gleich großer belastender Kraft vermindert ist.
Dabei liegt die Angriffsstelle auf der Stirnfläche und außerhalb der neutralen Faser des Bauteils. Die neutrale Faser unterliegt bei der Durchbiegung weder einer Dehnung noch einer Stauchung. Bei um die Längsachse rotationssymmetrischen Körpern liegt die Angriffsstelle insbesondere außermittig (exzentrisch) auf der Stirnfläche.
Diese spezielle Anordnung der Angriffsstelle bedeutet, daß durch den Abstandshalter, insbesondere durch die Längsstützkraft, ein zusätzliches Biegemoment auf das Bauteil ausgeübt ist, das dem Biegemoment entgegenwirkt, das durch die Kraft verursacht ist, welche die Durchbiegung hervorruft. Durch das zusätzliche Biegemoment wird die Durchbiegung insgesamt vermindert.
Dabei liegt die Angriffsstelle auf der Stirnfläche und bezüglich der neutralen Faser auf einer Seite, auf der das Bauteil bei Durchbiegung eine Längsdehnung erfährt. Bei einer derart ausgestalteten Vorrichtung ist der Abstandshalter einfach und schnell zu montieren.
Üblicherweise erfährt ein durchgebogenes Bauteil auf der einen Seite der neutralen Faser eine Stauchung, und auf der anderen Seite eine Dehnung. Die Stauchung führt zu einer Druckspannung und die Dehnung zu einer Zugspannung im Bauteil. Der Dehnung läßt sich auf einfache Weise dadurch entgegenwirken, daß durch den Abstandshalter ein Druck auf die Stirnfläche ausgeübt ist. Der auf Druck belastete Abstandshalter ist demzufolge bei der letztgenannten Ausgestaltung durch Einklemmen oder Einstecken zwischen das Bauteil und der Stützstruktur montierbar, ohne daß eine dem Druck standhaltende Verbindung, z.B. eine Schweißverbindung, zwischen Abstandshalter und Bauteil sowie zwischen Abstandshalter und Stützstruktur nötig wäre.
Eine derartige Verbindung wäre nötig, falls der Abstandshalter mit gleich großer Kraft, aber in entgegengesetzter Richtung, d.h. auf Zug, belastet würde, was bei einer Ausgestaltung der Vorrichtung auftreten würde, bei der die Angriffsstelle auf einer Seite bezüglich der neutralen Faser liegt, auf der das Bauteil bei Durchbiegung eine Längsstauchung erfährt.
Weiterhin umfaßt der Abstandshalter zwei Endstücke, die über eine Gewindestange verbunden und damit auf einen einstellbaren konstanten Mindestabstand feststellbar sind. Ein solcher Mindestabstand ist z.B. bei nicht gebogenem Bauteil gegeben. Eine derart ausgestaltete Vorrichtung bietet den Vorteil, daß sie schnell an verschiedene vorgegebene Mindestabstände oder Abstände zwischen dem Bauteil und der Stützstruktur anpaßbar ist.
Beispielsweise ist der Abstandshalter in das Bauteil und in die Stützstruktur einsteckbar. Der Abstandshalter kann auch einklemmbar sein. Diese Ausgestaltungen sind ganz besonders für einen auf Druck belasteten Abstandshalter geeignet. Durch das Einstecken oder Einklemmen, z.B. in vorgesehene Ausnehmungen in dem Bauteil und/oder in der Stützstruktur, werden aufwendige Schweißverbindungen vermieden und der Abstandshalter bleibt auf einfache Weise wieder lösbar.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung wird anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen jeweils im Querschnitt:
1 ein einer Kraft ausgesetztes Bauteil ohne eine Vorrichtung nach der Erfindung, und
2 ein einer Kraft ausgesetztes Bauteil mit einer Vorrichtung nach der Erfindung, umfassend einen Abstandshalter, und
3 einen Ausschnitt aus 2, in dem der Abstandshalter detailliert dargestellt ist.
1 zeigt ein längliches Bauteil 1, das an seinen beiden Enden jeweils durch eine -angedeutete- Schweißverbindung 2 an je einem Träger 3 befestigt ist. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich um eine Längsrippe in einem Kondensationsturm eines Kernkraftwerkes östlicher Bauart, in dem die Längsrippe dem Abstützen eines kammerbildenden Bleches dient. Der Innenraum der wassergefüllten, druckbeaufschlagten Blechkammer, von der nur der untere Teil ohne Seitenwände gezeigt ist, ist mit 5 bezeichnet. Die Träger 3 bilden zusammen mit anderen nicht dargestellten Trägern das Grundgerüst des Kondensationsturmes.
Senkrecht zu einer Längsachse 7 des Bauteils 1 wirkt eine belastende Kraft 9 auf das Bauteil 1. Die insbesondere von oben nach unten gerichtete belastende Kraft 9 ist hervorgerufen durch den allseitig innerhalb der Blechkammer 5 wirkenden Druck und wirkt deshalb nicht nur punktuell auf das Bauteil 1 sondern verteilt über dessen gesamte Länge. Infolge der belastenden Kraft 9 wird das Bauteil 1 quer zu seiner Längsachse 7 durchgebogen. Die Durchbiegung 13 ist im unteren Teil der 1 schematisch und überzeichnet angedeutet, wobei das Bauteil 1 durch zwei Linien repräsentiert ist, wovon die obere das unbelastete Bauteil und die untere das durchgebogene Bauteil (Durchbiegung 13) darstellt. Die Durchbiegung 13 erreicht ihren maximalen Wert w₀ etwa in der Mitte des Bauteils 1.
In 1 ist gleichfalls die neutrale Faser 11 des Bauteils 1 eingezeichnet. Als neutrale Faser wird im allgemeinen eine Linie oder Fläche im Bauteil bezeichnet, welche bei Durchbiegung weder eine Dehnung noch eine Stauchung in Längsrichtung erfährt. Die neutrale Faser 11 kann bei einem im Querschnitt asymmetrischen Bauteil 1 im Längsschnitt außermittig liegen, wie dies aus 1 ersichtlich ist.
2 zeigt das Bauteil 1 und die Träger 3 wie in 1 mit dem Unterschied, daß je ein Abstandshalter 21 an den beiden Stirnflächen 23 des Bauteils 1 angreift. Der Abstandshalter 21 stützt sich auf der dem Bauteil 1 abgewandten Seite an einer Stützstruktur 24 ab. Infolge der Einwirkung des Abstandshalters 21 auf die Stirnflächen 23 des Bauteils 1 ist die Durchbiegung 13 bei einer gleich großen belastenden Kraft 9 gegenüber dem in 1 dargestellten Fall vermindert. Wie im unteren Teil der 2 wiederum schematisch und übertrieben dargestellt ist, erreicht die Durchbiegung 13 in etwa in der Mitte des Bauteils 1 ihrem maximalen Wert w_A.
Insbesondere dieser maximale Wert w_A ist gegenüber dem Fall vermindert, bei dem kein Abstandshalter 21 auf das Bauteil 1 einwirkt (w_A < w₀).
In 3 ist der in 2 markierte Ausschnitt genauer dargestellt, allerdings ohne daß auf das Bauteil 1 die belastende Kraft 9 einwirkt. Bei Einwirkung der belastenden Kraft 9, wie in 2 dargestellt, würden die Stirnfläche 23 des Bauteils 1 ihre Lage verändern. Dies ist auch eine Folge der begrenzten Verwindungssteifigkeit des Trägers 3. Falls kein Abstandshalter 21 angebracht wäre, würde sich unterhalb der neutralen Faser 11, d.h. auf der der belastenden Kraft 9 abgewandten Seite bzgl. der neutralen Faser 11, die Stirnfläche 23 infolge der eintretenden Durchbiegung und/oder Längsdehnung in Richtung auf die Stützstruktur 24 zubewegen. Oberhalb der neutralen Faser 11 würde sie sich aufgrund der eintretenden Durchbiegung und/oder Längsstauchung geringfügig von der Stützstruktur 24 wegbewegen.
In dem gezeichneten Beispiel ist die Stützstruktur 24 ein Nachbarbauteil vom Typ des Bauteils 1, auf das -im Belastungsfall infolge des Druckes im Inneren der Blechkammer 5 – gleichfalls eine -nicht eingezeichnete- belastende Kraft von oben einwirkt. Eine dem Bauteil 1 zugewandte Stirnfläche 25 der Stützstruktur 24 würde ihre Lage bei einwirkender belastender Kraft deshalb in analoger Weise wie die Stirnfläche 23 des Bauteils 1 verändern. Dem somit resultierenden Aufeinanderzubewegen der Stirnflächen 23, 25 des Bauteils 1 bzw. der Stützstruktur 24 wirkt der Abstandshalter 21 entgegen. Der Abstandshalter 21 greift deshalb auf der Stirnfläche 23 des Bauteils 1 an einer Angriffsstelle 26 an, die unterhalb der neutralen Faser 11 liegt. In gleicher Weise greift der Abstandshalter 21 auf der Stirnfläche 25 der Stützstruktur 24 an einer unterhalb der neutralen Faser der Stützstruktur 24 gelegenen Angriffsstelle 27 an. Der Abstandshalter 21 übt ein Biegemoment auf das Bauteil 1 und die Stützstruktur 24 aus, das der Durchbiegung entgegenwirkt.
Der Abstandhalter 21 umfaßt zwei Endstücke 28A, 28B, die über eine Gewindestange 29 miteinander verbunden sind. Ein erstes der Endstücke 28A ist über eine Schweißverbindung 30 mit der Gewindestange 29 verschweißt.
Mittels einer auf der Gewindestange 29 aufgeschraubten Schraubmutter 31 ist ein vorgebbarer Mindestabstand zwischen den Endstücken 28A, 28B einstellbar. Durch das zweite Endstück 28B ist die Gewindestange 29 hindurchführbar und der überstehende Teil in einem Hohlraum im Bauteil 1 versenkbar. Die Schraubmutter 31 drückt im eingebauten Zustand über eine Unterlegscheibe 32 auf das zweite Endstück 28B.
Der Abstandshalter 21 ist mittels zwei Zentrierstücken 40 in je eine Aussparung im Bauteil 1 und in der Stützstruktur 24 eingeklemmt. Er ist auf diese Weise montierbar, ohne daß Schweißverbindungen zwischen dem ersten Endstück 28A und der Stützstruktur 24 bzw. zwischen dem zweiten Endstück 28B und dem Bauteil 1 notwendig wären.

Claims

Kondensationsturm eines Kernkraftwerks mit einer Stützstruktur (24) und einer Längsrippe (1), die einer belastenden Kraft (9) ausgesetzt ist, die eine Durchbiegung (w) quer zur Längsachse (7) der Längsrippe (1) bewirkt, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter (21), der an einer Angriffsstelle (26) auf einer Stirnfläche (23) der Längsrippe (1) angreift, wobei unter Last der Abstand der Angriffsstelle (26) zur Stützstruktur (24) durch den Abstandshalter (21) weitgehend konstant haltbar ist, wobei die Angriffsstelle (26) auf der Stirnfläche (23) und bezüglich der neutralen Faser (11) auf einer Seite liegt, auf der die Längsrippe (1) bei Durchbiegung eine Längsdehnung erfährt, wobei der Abstandshalter (21) zwei Endstücke (28A, 28B) umfaßt, die über eine Gewindestange (29) verbunden sind, und wobei – das erste Endstück (28A) mit der Gewindestange (29) verschweißt ist, – durch das zweite Endstück (28B) die Gewindestange (29) hindurchführbar ist, – zwischen dem ersten (28A) und zweiten (28B) Endstück mittels einer auf der Gewindestange (29) aufgeschraubten Schraubmutter (31) ein vorgebbarer Mindestabstand einstellbar ist.
Kondensationsturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstruktur (24) ein Nachbarbauteil in Form einer Längsrippe (1) ist.
Kondensationsturm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (21) in das Bauteil (1) und in die Stützstruktur (24) einsteckbar oder einklemmbar ist.