DE2024630A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

BW 612/CE 3053

9.4.I97O .

kÖ/ko

Anmelder: Combustion Engineering, Inc.
Windsor, Connecticut, U.S_eA.

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren und insbesondere die Ummantelung für den Kern des Reaktors»

Die Ummantelungen für die Reaktorkerne werden üblicherweise so gebaut, dass sie der Form des Umfange des Reaktorkerns, angepasst sind, um die Strömung des Kühlmittels in geeigneter VJqle® zu begrenzen und die Barallel-Strömung um den Reaktorkern herum zu verringern« Ausserdem schirmen diese Umraantelungen den Reaktorkessel in einigem Ausmass gegen den Neutronenfluss ab, und verringern so die Alterung des Kesselmaterials₀ Die Ummantelung ist normalerweise in der Kernlagertrommel gelagert und von ihr versteifte Wegen der Montagetoleranzen und der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen der Kernlagertrommel und anderen Bauteilen, einschliesslich der Ummantelung des Kerns, ist die Ummantelung bisher aus mehreren Stücken mit genügendem Abstand für Ausdehnungsunterschiede hergestellt worden.

Wegen dieser öffnungen, die wegen der Ausdehnung und zur Montage notwendig waren, können an diesen Stellen Neutronenstreuflüsse austreten und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Reaktorkessels in der Nähe der öffnungen vergrössern. Da zudem noch die Ummantelung an der Kemlagertrommel angebracht ist,werden Schwingungen der ÜJroramel, die vom abwärteströmenden Kühlmittel

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- 2. auegelöst werden, auf die Ummantelung übertragen·>

Bei der üblichen Bauweise aind ringförmige Platten an die Kernlagertrommel angeschraubt« Senkrecht verlaufende Platten, die der form des Kerns angepasst sind, werden dann mit den ringförmigen Segmenten verschraubt₀ Da bei dieser Konstruktion eine Vielzahl von Schraubenbolzen verwendet wird, erhöht eich dia Wahrscheinlichkeit „ dass während des Betriebs Bolzen'herausfallen, die Strömungskanäle verstopfen und eine Überhitzung der Brennelemente bewirken» Aueaerdem ist bei dieser verschraubt©» Konstruktion die Entfernimg der Ummantelung des Kerns zu Reparaturzwecken oder bei Änderung des Querschnitts des Kerns sehr schwierige

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile der bekannten Ummantelungen der Kerne für Kernreaktoren zu vermeiden. Erfindungsgemäes geschieht dies dadurch, dass die Ummantelung aus einer senkrechten, mit geringem Abstand an den Umfang des Kerns anpassten Platte besteht, mit der mehrer® sie umgebende horizontale ring— förmlge Platte unlösbar verbunden sind, so dass die Steifigkeit der Ummantelung Ihrer Struktur eigen ist und nicht von anderen Bauteile! des Heaktors beeinflusst wird.

Gemäss der Erfindung ist also die Ummantelung ein steifes, freistehendes und monolitisehes Bauteil. Sie ist unabhängig von d*r Kerntrommel und kann von der Kexnlagerplatte gestützt werden. Passstift β richten die Ummantelung relativ zu den Brennelementen, die ebenfalls auf der Kemlagesplatte stehen, genau aus« In radialer Richtung wird die obere Richtplatte sum Ausrichten der Brennelement« durch eine Gleitverbindung zwischen der Ummantelung und der Richtplatte geführt$ so daiss die» genaue Ausrichtung zwischen den oberen Enden der Brennelenente wad. d@r Ummantelung d®e Kerns erhalten bleibt.

Die abgesteifte wad freiateSisad® Üiisiaia-Setasg besteht aus einer senk· reohten Plattet die i@a Kern ni@lM lsi der F©im stises-Umfangs ■

₀ 'ringförmige-'"Platten

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sind unlösbar mit den vertikalen Platten verbunden, und «war ent* weder dadurch, dass sie angegossen oder angeschwelest sind» Ausserdem wird die Steifigkeit durch Verwendung senkrecht verlaufender Versteifungsstege erhöht, die unlösbar alt den senkrechten und horizontalen Platten verbunden sind. Diese Stege sind auf der Äussenseite der vertikalen Platten angeordnet, befinden sich (jedoch noch innerhalb der Grenzen des äusseren Bandes der horizontalen ringförmigen Platten» Die Ummantelung kann in Segmenten zusammengeschwelsst oder gegossen werden. Die Verbindung der Segmente geschieht durch Zusammenschweissen der ringförmigen Platten an den Verbindungsstellen₀ Diese Schweiße- ' stellen werden so ausgeführt, dass λ<* lokale > Verformung der Ummantelung vermieden wird. Die Schrumpfung an den Schwelseteilen schliesst den Spalt zwischen den senkrechten Platten, so dass Streu« Verluste des Neutronenflusses und eine Paralellströmung des Kühlmittels soweit wie möglich vermieden werfen, Ausserdem befinden sich diese senkrechten Verbindungsstellen an einem Ort, wo der Neutronenfluss in Richtung auf das Kesselmaterial seinen kleinstmöglichen Wert hat»

Zugetangen zum Niederhalten der Ummantelung führen durch ihre ringförmigen Teile, und sind in die Kernlagerplatte eingeschraubt. Muttern am oberen Ende dieser Zugstangen sichern die erforderliche Zugkraft«, Die Zugstangen selbst sind an ihrem oberen Ende gegen eine Drehung gesichert« Ausserdem kann die Ummantelung aus mehreren in senkrechter Sichtung übereinander-gestapeiten Abschnitten bestehen·

Da die Ummantelung völlig unabhängig von der Kernlagertrommel ausgeführt ist» tritt das Problem einer unterschiedlichen Ausdehnung zwisch« der Trommel und der Ummantelung nicht auf. Ausserdem ist durch diese Bauweise der richtige Abstand zwischen den Brennelementen und der Ummantelung am unteren Ende geaiGlierfc. .· Obwohl eine genaue Bearbeitung und genaue Montage der gesamten Anordnung . die Einhaltung der Toi~eranzen zwischen der Ummantelung und den Brennelementen am oberen Ende ermöglicht, werden diese Tol.-eranzen jedoch eueätzlioh durch

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Passtifte gesichert. Diese Stifte sind am oberen Teil ei or Um« . ■antelung angeordnet und führen durch radiale Schlitze in der oberen Richtplatte zum Ausrichten der Brennelemente» Auf diese Weise können unbegrenzt® senkrechte Auedehnungauntersehtede zwi β ehe η der Richtplatte und der Ummantelung aufgenommen werden» Sie radialen Ausdehnungsusitereehie&e können dagegen begrenzt werden und die azimutale Ausrieiituag wird durch genaue Bearbeitung der radialen Schlitze gesichert.

Die steife monolitlBehe Ausführung der Ummantelung gemäss der Erfindung erfordert also keine Öffnungen zur Aufnahme unterschiedlicher Auedehnungenο Deshalb werden Neutronenstreuflüsse oder Kühlmittelverluste durch solche Öffnungen auch vermieden. Wo aus Fabrikationsgründen senkrechte Verbindungsstellen auftreten, können diese sehr dicht ausgeführt werden, da auch hier kein Spiel zur Aufnahme unterschiedlicher Bewegung notwendig ist. Ba die ringförmigen Platten zusammengeschweißet werden, wird die Schrumpfung beim Schweissen dazu ausgenützt, die Dichtigkeit der Verbindungsstellen ohne Verformung der Ummantelung zu vergrössera« Ausserdem können diese Verbindungsstellen in Gebieten niedrigen Neutronenflusses angeordnet werden und an Stellen der Ummantelung, die relativ weit vom Reiaktorkessel entfernt 8ind_t so dass die Möglichkeit der Beschädigung des Reaktorkessels durch Neutronenstreufluss weiterhin verringert wird. Sa die senkrechte, den Kern umgehende Platte rolltisch ausgeführt ist, treten keine scharfen Temperaturunterschied© auf und lokale Ausdehnungsuntersohiede werden so klein wie möglich gehaltene Ausserdem verteilt sich die Wärme gleichmässig über die gesamte Ummantelung.

Bei der Ausführung nach der Erfindung ergibt sich ausserdem noch der Vorteil« dass zur Errichtung der Ummantelung keine Schrauben verwendet werden und die Möglichkeit für eine Beschädigung durch herausgefallene Bolzen, die vom Reaktorkühlmittel mitgenommen werden und StrBmungsöffnungen verstopfen, entfällt.

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Ausserdem kann die Ummantelung für Reparaturen oder,falls der Querschnitt des Kerns geändert werden soll, leicht entfernt werden. Die Zugstangen zum Niederhalten sind leicht von oben her zugänglich, und können von oben entfernt werden« so dass die gesamte Ummantelung als Einheit entfernt werden kann» ohne dass Montagearbeiten an der Kernlagerplatte ausgeführt werden müssen· Sie -Erfindung wird jetzt anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben« In den Zeichnungen stellen dar:

Figur Ii Teilweise im Schnitt den Kessel eines Kernreaktors; Figur 2: einen waagerechten Schnitt durch Figur I; Figur 3t eine Einzelheit der Passtifte;

Figur #i eine auseinandergezogene Ansicht der ummantelung für den Reaktorkern;

Figur 5t die Sperrvorrichtung zur Verriegelung der Zugstangen zum Niederhalten dor üanantelung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Reaktorkessel 11 einen lösbaren Deckel 12 und eine Kernlagertrommel 13* Die Lagertrommel wird von einem Ansatz 14 am oberen Ende des λ Kessels getragen.

Das untere Ende der Lagertrommel trägt die Lagervorrichtung 15 einschliesslich der Kernlagerplatte 17«, Hehrere Brennelementen-Ordnungen 18 stehen auf dieser Lagerplatte und werden von ihr ausgerichtete Sie Brennelementanordnungen haben quadratischen Querschnitt und sind su einem Kerakreisf örmigen-»tyMreebnltfa zusammengefasst. Die oberen Enden der Brennelemente werden durch dl· Sieht» platte 19 ausgerichtet. Biese Hatte'wird von der Uinaiitelti&g 20 der Begelstäbe getragen, die ihrerseits an der 22 auf gehaltet, sind» " ...

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Ein Wärmeschild 23 1st »it seinem oberen End® an d@r trommel aufgehängt und umgibt die Trommel im Bereich des Dieses Schild schützt den Beaktorkessel Tor Beschädigung auf Grund von Neutronenstreuflüssen.

Das Kühlmittel in Form von Druckwasser tritt in den über einen nicht dargestellten Zufluss, strömt abwärt© durch ringförmigen Raum 2? zwischen der Kexnlagertronael 13 und d@@ Reaktorkeasel 11 auf beiden Seiten des WärmescMldes 23 <, und strömt dann aufwärts torch offanngea ia der Lager¥©rrie!itiia§ und der Kernlagerplattev 1? im den Reaktorkern ο Anschliessend strömt das Kühlmittel längs der BremeleaeiitaBordattBgen 18 nach oben, dann durch die obere Richtplatte und verlässt dan Sessel durch einen nicht dargestellten Abfluss. Die Ummantelung 30 für den Reaktorkern besteht; aus einer senkrechten Platte '3I₁, die den Kern umgibt und seiner Form angepasst ist« jedoch foa ihm geringen Abstand hält« Mit der Benkreehten Platte 31 sind mehrere horizontal angeordnete, ringförmige Platten 3-2 unlösbar ¥ertaadea_$ und zwar vorzugsweise ang@gcissea« sie köimen jedoea aucli aageschwelsst sein« M© A&offdxmng eÄalt so «ia st@ifea Gtfüge «ad kaan auf der Lagerplatte stehen» ohne uabb ihre ®Ί®»η feil© seltlioh abgestütst werden müssen_β 4n ä&T ©enkreeliten Platt© 31 uaä dem ning- .. ' föxmigen Platt®» 32 Bind senkreoht© Stege 33 a«r - Vereteifung der ganzen Anordnung

Bevor die Kornlagexplatt® und di® Omafitelvig ia Reaktorkessel montiert werden _ΰ w«M@b b±& ansaerhali) des £®ββ®1 rolatiir zueinander ausgerichtet® Basra werden ¥l« smciial© Uclidr 3^ &uf die brennfläche swisclien <d®r Vwm.a-mlmz unä, d« lealagerplatte »entriert gebotet» PmaetlÄe weirdaa teilweise im diese Löcher gesteckt «md aalt der Jtemiagesplatt© Tesseteweissto Diese radial ▼erlaufenden Paeistift« ©rhaltea di@ FlmeätnBjä awiecfeen der K®rnlag»rplfttit· «at der tSsimaiiLtseliing ₉w©aa di© ÄAeit ie leaktor keeeel »oatiert wlrd₀ ' ■

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Nachdem die Brennelemente und die Ummantelung für den Reaktorkern montiert sind, wird die obere Richtplatte 19 eingesetzt, die die oberen Enden aller Brennelemente ausrichtet« Am oberen Ende der Ummantelung werden vier Stifte 36 angeordnet„ die in vier offenendige„ radial verlaufende Schlitze 37 in der Richtplatte passenο Die Schlitze 37 sind genau bearbeitet und begrenzen die Bewegung der Brennelementanordnungen gegen die Ummantelung» Sie Schlitze gestatten radiale Ausdehnungsunterechiede und elchern gleichzeitig die azimutale Ausrichtung zwischen dem Kern und dar

Um das Gewicht, das der Exam* tragen muss, zu begrenzen, wird die Ummantelung von zwei senkrechten Abschnitten gebildet. Um das Gieaaen «der das Zusammenschwelssen der Ummantelung zu vereinfachet?^ .beseeht jeder Abschnitt aus vier Quadranten» Jeder dieser Quac.rsnten ist so gegossen, dass er aus einem Teil der senkrechten Platte "imd einem Teil der horizontalen Platte 32 besteht» In die Rändor der horizontal verlaufenden ringförmigen Platten sind Seh:.It z;? 33 eingegossen, zwischen denen radiale Schweissnähte zur Verbindung der verschiedenen Quadranten ausgeführt werden könnt!!.c Da» Zusammenschweissen an dieser Stelle bewirkt keine Verfoxsiuxg de::- Ummantelung und die Schrumpfung auf Grund des ?ens dichtet die Verbindung 39 zwischen den verschiedenen ren ab₀

Der ui ΐ·⁵-Γ« Abschnitt 40 der Ummantelung 30 wird dann auf die KerH.Ltgsrplatte 17 abgesenkt und durch die zuvor beschriebenen ra&;".al erlaufenden Passtifte ausgerichtete Zuvor ist eine ähnliche Äus:?:lih:;un;5 ausserhalb des Kerns zwischen dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt 40 durch Verwendung radial verlaufender Pas s'Sif-fee srfolgt» Der obere-Abschnitt wird dann ebenfalls in Ι*!* Ζ&Ί7Λ abgesenkt und ausgerichtet« Bann werden die Zugstangen 43 durcu die öffnungen 44 eingeführt und in Gewindelöcher in der Ker?liagerplatte eingeschraubt * Mit den Muttern 45 am Oberteil der Zugstangen 43 wird die Ummantelung nach unten gezogen_β Eine

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Sperrfeder 47 wird durch einen Schlitz 48 im oberen Ende der Zugstangen 43 geführt und durch Schweiasnähte 49 an der Oberfläche der Ummantelung befestigt. Durch Lösen dieser Schweiseverbindung 49 kann die Ummantelung leicht ohne Montagearbeiten an der Kernlagerplatte entfernt werden·

Anlagen

10 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen mit 5 Figuren

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (Io)!Kernreaktor mit einer Kernlagerplatte, auf der die Brennelemente ^y den Kern bilden * der von einer Ummantelung umgeben ist, daduröh gekennzeichnet, dasa die Ummantelung aus einer senkrechten, mit geringem Abstand an den Umfang des Kerns angepassten Hatte besteht, mit der mehrere sie umgebende horizontale, ringförmige Platten unlösbar verbunden sind, so dass die Steifigkeit der Ummantelung ihrer Struktur eigen ist und nicht von anderen Sauteilen des Reaktors beeinflusst wird.

   2«) Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung des Kerns frei auf der Kernlagerplatte steht₀

   3«) Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _t dass wenigstens drei Stifte zur radialen Ausrichtung zwischen der Ummantelung und der Kernlagerplatte vorgesehen sind»

   4.) Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zugstangen zum niederhalten der Ummantelung durch die ringförmigen Platten führen, in die Kernlagerplatte eingeschraubt sind, an ihrem oberen &ide mit einer Mutter versehen sind und durch eine Sperrvorrichtung gegen Drehung gesichert sind.

   5) Kernreaktor nach Anspruch 2, mit einer oberen Richtplatte zum Ausrichten der Brennelemente, dadurch gekennzeichnet,) dass eine radiale Gleitführung bei Aufrechterhaltung der azimutalen Ausrichtung eine horizontale Relativbewegung zwischen der Richtplatte und dem oberen Bade der Ummantelung ermöglicht_o

   6o) Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung aus mehreren aufeinandergesetzten Teilstüoken best aht, zwischen denen Stifte zur radialen Ausrichtung vorgesehen

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   ?o) Kernreaktor mit einer Kernlagertrommel, die die Kernlagerplatte trägt« dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung überall Abstand von der Kernlagertrommel hält»

   80) Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete dass nonkreekte Stege mit der senkrechten Platte unlösbar verbunden nird, die auf ihrer Auasenseite nicht über den Umfang der ring« "örmigen Platte hinaus-reichen,,

   9o) Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass di©

   ätamante^iing aus mehreren Segmenten besteht, an deren Verbindungs· (Lie ringförmigen Platten zusammenge schwel set sind.

   _o) Kernreaktor nach Anspruch 9 t dadurch gekennzeichnet ₈ dass die ijtmkrecht verlaufende. Verbindung zwischen den Segmenten vom 'Jiil'ang der ringförmigen Platte Abstand hält«

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