DE2044304A1

DE2044304A1 - Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter von Atomkernreaktoren

Info

Publication number: DE2044304A1
Application number: DE19702044304
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Schaben
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1970-09-08
Publication date: 1972-03-09
Also published as: FR2107382A5; NL7112016A; SE364135B; DE2044304C3; GB1304828A; DE2044304B2; CH527485A; AT315311B; BE772224A; US3775251A; JPS5432920B1

Description

Sicherheitsvorrichtung für Drucktehälter von Atomkernreaktoren

Durch die zunehmende Größe der Druckbehälter von Atomkernreaktoren und durch das Bestreben, Kernkraftwerke in der Nähe oder in Gebieten hoher Bevölkerungsdichte aufzustellen, ist bei der Sicherheitsauslegung des Reaktors in zunehmendem Maße ein Unfall durch plötzlichen Bruch des Reaktordruckbehälters Rechnung zu tragen.

In diesem Zusammenhang sind schon mehrere Maßnahmen vorgeschlagen worden, um beispielsweise den Reaktordeckel auch beim Bruch sämtlicher Deckelschrauben mit Hilfe einer Fangkonstruktion oder eines zweiten Fangdeckels niederzuhalten. Derartige Konstruktionen bieten jedoch nur eine Sicherheit gegen den Bruch des Reaktordeckels, nicht aber gegen den Bruch des eigentlichen Druckbehälters. Außerdem sind derartige Niederhalteeinrichtungen derart groß und schwer, daß ihre Herstellung und ihr Transport außerordentliche Schwierigkeiten bereitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit relativ begrenztem Aufwand eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, mit der zumindest ein Bruch der gefährdetsten Teile des Druckbehälters sicher beherrscht werden kann.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß ein zumindest den oberen Bereich des Druckbehälters umgebender Schutzbehälter und ein die Druckbehälterdeckelschrauben und die Oberkante des Schutzbehälters überdeckender Fangring vorgesehen sind, und daß der Fangring über innerhalb des Schutzbehälters verlaufende Zug-

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glieder mit einem unterhalb der Druckbehälterstutzen angeordneten Haltevorrichtung lösbar verbunden ist.

Durch diese Sicherheitsvorrichtung wird also der besonders gefährdete obere Teil des Druckbehälters von einem Schutzbehälter umgeben, wodurch eine erhöhte Sicherheit gegen wegfliegende Teile bei einem Bruch des Druckbehälters oder der Deckelschrauben gegeben ist und die Kühlmittelausflußrate begrenzt wird. Darüber hinaus ist durch Anordnung des Fangringes und der als Spannschrauben ausbildbaren Zugglieder innerhalb des Sicherheit sbehälters der Schraubenkreisdurchmesser für den Pangring kleiner als der obere Teil des Sicherheitsbehälters, so daß sich dadurch ein kleineres Biegemoment ergibt.

Besonders günstige Verhältnisse für den Pangring und dessen Halterung ergeben sich, wenn der Pangring so gestaltet ist, daß der Querschnitt mit mehr als der Hälfte des Biegewiderstandes innerhalb des Halteschraubenkreises liegt und wenn diese Halteschrauben schräg nach außen verlaufend angeordnet sind.

Ferner ist es möglich, daß der Pangring gleichzeitig den äußern Bereich eines sich innerhalb des Deckelschraubenkreises oberhalb des Druckbehälterdeckels erstreckenden Pangdeckel überdeckt. Dabei können - insbesondere bei Siedewasserreaktoren Pangring und Pangdeckel eine gemeinsam abnehmbare Einheit bilden.

Zur Erhöhung der Sicherheit gegen einen Bruch des Druckbehälters und gegen wegfliegende Teile ist es ferner möglich, daß auch der untere Teil des Druckbehälters von einem Schutzbehälter umgeben ist. Dabei kann der Schutzbehälter dicht am Unterteil des Druckbehälters anliegen, oder aber auch im Abstand dazu angeordnet sein, wobei dann der Zwischenraum zwischen Schutzbehälter und Druckbehälter unterhalb des Tragringes mit einer schlagschützenden Rippenkonstruktion aus Stahl ausgefüllt ist.

Die Haltevorrichtung für die Zugglieder kann dabei als Tragring ausgebildet sein. Dabei kann dieser Tragring einen Teil des

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unteren und/oder oberen Schutzbehälterteils bilden oder aber direkt in den als Betondruckgefäß ausgebildeten Betonzylinder eingebettet sein. Es ist aber auch möglich, daß die Zugglieder direkt in dem Betonzylinder verankert sind.

Als zusätzlicher Schlagschutz können im Bereich der Schrauben zwischen Schutzbehälter und Druckbehälter einerseits sowie Fangring und Tragring andererseits herausnehmbare Füllstücke angeordnet sein, die aus mit Stahl umkleideten Betonsteinen oder aus Gußeisenstücken bestehen können.

Zur leichteren Durchführung von Wiederholungsprüfungen ist bei im Abstand vom Unterteil des Druckbehälters angeordneten Schutzbehälter zusätzlich in den biologischen Schild ein schräg nach unten führender und in den Bereich zwischen Schutzbehälter und Druckbehälter unterhalb dessen Boden einmündender druckfester Rohrstutzen eingelassen.

Ferner kann zur Verhinderung von großen Verlagerungen des Druckbehälters bei einem Bruch desselben der Druckbehälter selbst zusätzlich über eine untere Notabstützung abgestützt sein.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckbehälter mit entsprechenden Sicherheitsvorrichtungen,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie II-II nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Druckbehälter.

Der eigentliche Reaktordruckbehälter 1, der aus dem sphärisch gewölbten Deckel 2 und dem zylindrischen Unterteil 3 mit den Kühlmittelzu- und -ableitungsstutzen 4 mit den daran angeschlossenen Rohrleitungen 24 besteht, ist von einem Betonzylinder 5 umgeben, der als biologischer Schild wirkt. Der Druckbehälter 1 ist

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erfindungsgemäß nunmehr zumindest im oberen Bereich im vorgegebenen Abstand von einem zweiten Schutzbehälter 6 umgeben, dessen Innendurchmesser zweckmäßigerweise zur Montageerleichterung etwas größer gewählt wird als der über die Kühlmittelstutzen 4 gemessene Größtdurchmesser des Druckbehälters 1. Ferner ist oberhalb der Druckbehälterdeckelschrauben 10 ein Fangring 7 angeordnet, der die Deckelschrauben 10 und die Oberkante des Schutzbehälters" 6 überdeckt. Der Fangring 7 ist über Schrauben 8, die innerhalb des Schutzbehälters 6 verlaufen, mit einem unterhalb der Druckbehälterstutzen 4 angeordneten Tragring 9 lösbar verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Schrauben nach unten leicht nach außen geneigt sind.

Besonders wichtig ist dabei die Ausgestaltung des Fangringes 7, bei dem der Querschnittsanteil mit mehr als der Hälfte des Biegewiderstandes innerhalb des Schraubenkreises der Halteschrauben liegt. Dadurch ergibt sich ein erheblich geringeres Gewicht für den Fangring bei gleicher Beanspruchbarkeit.

Zur Verringerung des Transportgewichtes für den Schutzbehälter und zur Erleichterung seiner Handhabung an der Baustelle ist das Oberteil des Schutzbehälters zweckmäßigerweise aus einem lose aufgesetzten zylindrischen Schuß 11 hergestellt, der mit dem Fangring 7 verschraubt sein kann, so daß er als Einheit mit diesem abnehmbar ist. Das Mittelteil 6 des Schutzbehälters kann lose auf dem Tragring 9 aufliegen oder aber fest mit diesem verbunden sein.

Es kann ferner zweckmäßig sein, wenn oberhalb des Druckbehälterdeckels 2 noch ein sogenannter Fangdeckel 12 angeordnet ist. Dieser Fangdeckel 12 wird dabei ebenfalls vom Fangring 7 niedergehalten. Dieser Fangdeckel 12 kann beispielsweise bei Siedewasserreaktoren mit dem Fangring 7 aus einem Stück hergestellt sein, oder bei Druckwasserreaktoren gesondert gelagert und mit Durchbrüchen 13 für die Steuerstabstutzen 14 versehen sein. Dabei kann es von Vorteil sein, daß sich dieser Fangdeckel 12 lediglich über den Bereich innerhalb der Druckbehälterdeckelschrau-

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ben 10 erstreckt, damit er gemeinsam mit dem Druckbehälterdeckel abgenommen werden kann. Außerdem kann zwischen Pangdeckel 12 und Druckbehälterdeckel 2 eine Überströmspalte 15 freibleiben.

Um zu verhindern, daß die Halteschrauben 8 und der äußere Schutzbehälter 6 durch eventuell wegfliegende Kesseltrümmer bei Bruch des Druckbehälters beschädigt wird, kann die Bewegungsmöglichkeit der Kesseltrümmer von vornherein weitgehend eingeschränkt werden durch von oben her zwischen Druckbehälter 1 und Schutzbehälter 6 eingesetzte Füllstücke 17, die als Schlagschutz wirken und aus Gußeisen oder aus stark armierten und mit Stahl umkleideten Betonsteinen bestehen können.

Zum Schutz auch des unteren Teils des Druckbehälters 1 ist es möglich, auch diesen Teil mit einem Schutzbehälter 18 zu umgeben. Dabei kann dieser untere Schutzbehälterteil 18 entweder dicht am eigentlichen Druckbehälter 1 anliegen, oder aber zum Zwecke der Wiederholungsprüfbarkeit im Abstand dazu ausgeführt sein. Um bei mit Abstand ausgeführtem Schutzbehälter die Schlagwirkung eventueller Kesseltrümmer einzuschränken, ist es vorteilhaft, wenn dabei der Zwischenraum zwischen Schutzbehälter 18 und Druckbehälter 1 unterhalb des Tragringes 9 teilweise mit einer Rippenkonstruktion 19 aus Stahl ausgefüllt ist. Der Tragring 9 kann mit dem Schutzbehälterunterteil 18 - wie in der Zeichnung dargestellt - fest verbunden sein.

Die einzelnen Teile des Schutzbehälters und ein eventuell vorhandener Fangdeckel können aus einem einfachen duktilen Stahl in Form von Blechen oder Stahlgußringen gefertigt werden. Die Schutzbehälterteile 18 und 6 sowie Fangring 7 und Fangdeckel 12 sind ferner auf der Außenseite mit einer Isolierung 20 versehen, so daß der Schutzbehälter angenähert die Reaktortemperatur erreicht, wodurch seine Duktilität wesentlich erhöht wird. Die Strahlendosis ist infolge der Abschirmung durch den eigentlichen Druckbehälter so gering, daß eine Versprödung nicht eintritt.

Es ist aber auch möglich, den stählernen Unterteil 18 des Schutz-

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behälters wegzulassen, ohne deswegen auf den Schutz des Druckbehälters im unteren Bereich verzichten zu müssen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß der Betonzylinder 5 als Betondruckgefäß ausgebildet wird, In diesem Fall kann der Tragring 9 entweder dort befestigt bzw. eingebettet werden, oder seine Funktion wird vom Betondruckbehälter selbst übernommen, etwa in der Weite, daß die Halteschrauben 8 ihre Kraft an die axialen Spannglieder bzw. die Armierung übertragen.

Um zu verhindern, daß sich der Druckbehälter 1 bei einem Bruch innerhalb des Betonzylinders 5 verlagert, ist es zweckmäßig, wenn sich der Druckbehälter 1 nicht nur unterhalb der Stutzen 4 über Pratzen 16 auf dem Tragring 9 abstützt, sondern starke zusätzliche Abstützungen 23 unterhalb des Druckbehälters vorhanden sind. Im x'alle eines Querrisses werden die freiwerdenden Axialkräfte von dieser unteren umlaufenden Abstützung 23 aufgenommen. Die dann noch eintretenden Verlagerungen des Druckbehälters sind so gering, daß die Kerntragstruktur und damit der Reaktorkern nicht wesentlich verformt werden. Der Schutzbehälter ist auf den Sattdampfdruck im heißen Strang des Reaktorkühlmittels ausgelegt. Im ersten Moment nach einem Bruch baut sich der höhere Reaktorbetriebsdruck sofort dadurch ab, daß eine kleine Menge elastisch komprimierten Wassers durch die frei gebliebene Überstromspalte Vj zwischen Druckbehälterdeckel 2 und Fangdeckel 12 abströmen. Um weiter zu verhindern, daß im Falle eines Druckbehälterbruches die Kühlmittelausflußrate im Bereich der Hauptkühlmittelstutzen 4 unzulässig hohe Werte erreicht, können die entsprechenden Ausflußquerschnitte durch Kolbenringe 21 heruntergesetzt werden, die sich im Notfall mit dem zugehörigen Stutzen verlagern können.

Bei einem Brennelementwechsel wird der obere Fangring 7 gemeinsam mit dem zugehörigen zylindrischen Schuß 11 des Schutzbehälters und der zugehörigen Isolierung 20 zusammen mit den oberen Füllsteinen 17 in einem Stück herausgehoben. Ein eventuell vorhandener Fangdeckel 12 verbleibt dabei auf dem Reaktordeckel 2. Bei Wiederholungsprüfungen kann der Fangdeckel 12 wahl-

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weise nur 40 cm hochgehoben oder aber auch nach Montage der Steuerstabantriebe 14 ganz abgenommen werden. Zusätzlich werden dazu die Füllsteine 17 im Bereich der Druckbehälterstutzen 4 entfernt, um die Schrauben 8 des Fangringes 7 herausziehen zu können. Die Wiederholungsprüfung des unteren Kugelbodens am Druckbehälter 1 erfolgt bei im Abstand ausgeführten Unterteil des Schutzbehälters 18 von außen mit Hilfe einer besonderen Vorrichtung durch einen druckfesten Schrägstutzen 22 durch den biologischen Schild 5 und den Schutzbehälter 18 hindurch.

Mit der beschriebenen Sicherheitsvorrichtung in Form eines zweiten Schutzbehälters, der den eigentlichen Druckbehälter teilweise oder vollständig umgibt, können also auf einfache Weise die Folgen eines eventuellen Bruches des Reaktordruckbehälters weitgehend 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.

19 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

- 8 - VPA 70/9422 Patentansprüche

1. Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter mit einem abnehmbaren Deckel, insbesondere für wassergekühlte Atomkernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest den oberen Bereich des Druckbehälters (1) im Abstand umgebender Schutzbehälter (6) und ein die Druckbehälterdeckelschrauben (10) und die Oberkante des Schutzbehälters (6) überdeckender Fangring (11) vorgesehen sind, und daß der Fangring (11) über innerhalb des Schutzbehälters (6) verlaufende Zugglieder (8) mit einer unterhalb der Druckbehälterstutzen ( 4) angeordneten Haltevorrichtung (9) lösbar verbunden ist.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (7) so gestaltet ist, daß der Querschnitt mit mehr als der Hälfte des Biegewiderstandes innerhalb des Halteschraubenkreises (8) liegt.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Schutzbehälters (6) aus einem lose aufgesetzten zylindrischen Schuß (11) besteht, der mit dem Fangring (7) direkt verschraubt ist.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (8) für den Fangring (7) schräg nach außen verlaufend angeordnet sind.

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (8) als Spannschrauben ausgebildet sind.

6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (7) gleichzeitig den äußeren Bereich eines sich innerhalb des Deckelschraubenkreises (10) oberhalb des Druckbehälterdeckels (2) erstreckenden Fangdeckels (12) überdeckt.

7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Fangring (7) und Fangdeckel (12) eine gemeinsam abnehmbare Einheit bilden.

8. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (9) als Tragring ausgebildet ist.

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9. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (9) in den als Betondruckgefäß ausgebildeten Betonzylinder (5) eingebettet ist.

10. Sicherheitsvorriohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (8) direkt in dem als Betondruckgefäß ausgebildeten Betonzylinder (5) verankert sind.

11. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (1) unterhalb der Druckbehälterstutzen ( 4) und des Tragringes (9) von einem weiteren Schutzbehälterteil (18) umgeben ist.

12. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzbehälterteil (18) dicht am Unterteil des Druckbehälters (1) anliegt.

13. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzbehälterteil (18) im Abstand vom Unterteil des Druckbehälters (1) angeordnet ist und daß der Zwischenraum zwischen Schutzbehälter (18) und Druckbehälter (1) unterhalb des Tragringes (9) mindestens teilweise mit einer schlagschützenden Rippenkonstruktion (19) aus Stahl ausgefüllt ist.

14. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (9) einen Teil des oberen und/oder unteren Schutzbehälterteils (6,18) bildet.

15. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Halteschrauben (8) zwischen Schutzbehälter (6) und Druckbehälter (1) einerseits sowie Fangring (7) und Tragring (9) andererseits herausnehmbare Füllstücke (17) als Schlagschutz angeordnet sind.

16. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbehälterteile (6,18), der Fangring (7) und der Fangdeckel (12) mit einer Außenisolierung (20) versehen sind.

17. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fangdeckel (12) und Druckbehälterdeckel (2) eine Überströmspalte (15) vorgesehen ist.

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18. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Betonzylinder (5) ein schräg nach unten führender und in den Bereich zwischen Schutzbehältertell (18) und Druckbehälter (1) unterhalb dessen Boden einmündender druckfester Rohrstutzen (22) für Wiederholungsprüfungen eingelassen ist.

19. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß für den Druckbehälter (1) zusätzlich eine untere NotabStützung (23) vorgesehen ist.

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