DE2130580A1

DE2130580A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2130580A1
Application number: DE19712130580
Authority: DE
Inventors: Erling Frisch; Andrews Harry N
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-07-08
Filing date: 1971-06-21
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR2098236B1; JPS528474B1; NL7109383A; SE364799B; CH541856A; GB1293095A; BE769667A; CA935572A; FR2098236A1; US3752737A; AT312752B

Description

ΝΤΑΝΛΤΑΙιΤ

DIPL. ing. K. HOLZEB

S9 AUGSBURG

*HII«IPPIira-WEI.SKH-STRABSJi M

w.

Augsburg, den 11. Juni 197I

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V.St.A.

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren mit einem Reaktorgefäß, welches ein Brennstoff enthaltendes Core und einen Gefäßdeckel mit Einrichtungen zur Halterung von den Neutronenfluß steuernden Steuerstäben, außerdem mindestens eine Vorrichtung zur Verstellung der Steuerstäbe relativ

ORIGINAL INSPECTED

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zu dem Brennstoff sowie einen oberhalb des Reaktoroberteils angeordneten Schutzschild aufweist, der im Falle eines größeren Bruches das Auswerfen von Teilen des Reaktors verhindert.

Die Erfindung bezieht sich also insbesondere auf die bei derartigen Kernreaktoren getroffenen Sicherheitsvorkehrungen.

Sicherheitsbestimmungen für Kernreaktoranlagen, insbesondere für Druckwasserreaktoren, schreiben vor, daß direkt oberhalb des Reaktors ein Schutzschild angebracht ist, welcher im Falle eines größeren Bruches eine Steuerstabverstellvorrichtung oder Teile derselben auffängt und dadurch verhindert, daß die Vorrichtung durch die Kuppel des Reaktorbehälters hindurchfliegt. Außerdem müssen Vorkehrungen getroffen sein, daß bei Erderschütterungen eine Beschädigung der Steuerstabverstellvorrichtungen vermieden wird.

Bekannte Schutzschilde bestehen aus einer schweren Stahl- und Betonplatte, welche zwar oberhalb des Reaktors angeordnet, jedoch nicht direkt mit diesem verbunden ist. Ein Erdbebenschutz für die Steuerstabanordnung wird durch einen zusätzlichen schweren Stahlring gewährleistet, welcher

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am Deckel des Reaktorgefäßes befestigt ist und den oberen Teil des Verstellvorrichtungsbündels eng umschließt. Dieser Ring ist durch Verankerungsstäbe seitlich an den Wänden der üblicherweise als Reaktorgrube bezeichneten Kammer befestigt, in welcher das Reaktorgefäß untergebracht ist.

Bei Versorgung des Kernreaktors mit neuem Brennstoff müssen sämtliche Steuerstäbe aus dem Core herausgezogen und in oberen Räumen und in den Verstellvorrichtungsgehäusen gelagert werden. Dieses Verfahren erfordert sehr viel Zeit.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Kernreaktor mit einem Schutzschild zu schaffen, bei welchem das Reaktoroberteil zur Brennstoffbeschickung leicht und schnell abnehmbar ist und bei welchem trotzdem alle Sicherheitsbestimmungen und -erfordernisse erfüllt sind.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung einen Kernreaktor mit einem Reaktorgefäß, welches ein Brennstoff enthaltendes Core und einen Gefäßdeckel mit Einrichtungen zur Halterung von den Neutronenfluß steuernden Steuerstäben, außerdem mindestens eine Vorrichtung zur Verstellung der Steuerstäbe relativ zu dem Brennstoff sowie einen oberhalb des Reaktoroberteils angeordneten Schutzschild aufweist, der im Falle eines größeren Bruches

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das Auswerfen von Teilen des Reaktors verhindert. Ein solcher Reaktor ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Schild mit dem Reaktorgefäßdeckel und der Steuerstabhalt eeinrichtung gekuppelt ist, so daß ein gemeinsames Abheben derselben vom Reaktorgefäß möglich ist.

Der Schild weist vorzugsweise öffnungen auf, durch welche Zapfen der Einstellvorrichtungsgehäuse des Reaktors hindurchragen. Seitliche Verschiebungen der Einstellvorrichtungen während Erderschütterungen werden dadurch unterdrückt, daß die Zapfen an den Wänden dieser öffnungen anliegen.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht bzw. im

Längsschnitt die Kombination eines Reaktors mit einem Schutzschild nach der Erfindung,

Pig. IA in Draufsicht die seitliche

Halterung des Schutzschildes

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der in Pig. I dargestellten Anordnung,

Fig. 2 im Längsschnitt einen Teil

eines Schildes und des mit diesem zusammenwirkenden Reaktoroberteils der in Pig. I dargestellten Anordnung, wobei sich der Schild in der unteren Betriebsstellung befindet,

Fig. 3 in Draufsicht als Einzelheit

einen Teil des Schildes der in Fig. 1 dargestellten Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 4 einen Teil des Schildes sowie

einen Teil des Reaktoroberteils der in Fig. 1 dargestellten Anordnung nach der Erfindung, wobei sich der Schild in der oberen Betriebsstellung befindet,

Fig. 5 einen Schnitt längs der

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Linie V-V in Fig. 2,

Fig. 6 als Einzelheit einen in

Fig. 2 mit VI bezeichneten Teil, und

Fig. 7 einen Schnitt längs der

Linie VII-VII in Fig. 5.

Eine in den Zeichnungen dargestellte Reaktoranlage weist einen Kernreaktor 13 und einen Schutzschild 15 auf. Der Reaktor 13 ist in einer Grube 17 angeordnet.

Der Reaktor 13 besteht aus einem Unterteil 19 und aus einem Oberteil 21. Das Unterteil 19 enthält das nicht dargestellte Core, den unteren Teil eines Druckgefäßes 23 und nicht dargestellte untere Innenteile. Das Oberteil 21 enthält obere Innenteile, einen Deckel 25 für das Druckgefäß 23, Bolzenspannvorrichtungen 27, Steuerstabverstellvorrichtungen 29 (Fig. 2) und den Schutzschild 15. Ein Gehäuse 30 des Oberteils 21 trägt einen Kabelkanal 32 mit den elektrischen Kabeln für den Reaktor 13. Um den Reaktor mit neuem Brennstoff beschicken zu können, wird das Oberteil 21 in eine in strichpunktierten Linien dargestellte Stellung A angehoben und dann in einer in Fig. 1 darge-

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stellten seitlichen Stellung B abgesetzt.

Die Steuerstabverstellvorrichtungen 29 weisen jeweils eine Vielzahl von Bündeln 31 nicht dargestellter Kolben auf, die in einem Gehäuse 33 angeordnet sind, welches mit einem in einem vorragenden zylindrischen Zapfen 37 endigenden Verschlußstopfen 35 versehen ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 bis 5 und 7 weist der Schutzschild 15 eine schwere kreisförmige Platte 5I auf, die horizontal angeordnet und durch Rippen 53 auf der Oberseite verstärkt ist. Der Schild I5 kann aus miteinander verschweißten Stahlplatten oder als Gußteil hergestellt sein. Die Platte 51 ist an ihrer Unterseite vorzugsweise bearbeitet, so daß sie dort eben ist. Eine seitliche Verschiebung des Schildes I5 während Erderschütterungen wird durch eine Vielzahl lösbar an ihm gehalterter Verankerungsstreben 5^ verhindert, welche die Platte 5I mit den Wänden der Reaktorgrube 17 verbinden. Der Schutzschild I5 dient als Hebevorrichtung für das Oberteil 21. Er ist direkt oberhalb der Steuerstabverstellvorrichtungen 29 angeordnet und wird von einer Vielzahl von in gleichen Abständen angeordneten Hubstangen 55 getragen. Die Hubstangen 55 sind auf dem Umfang der von den Verstellvorrichtungen 29 gebildeten Anordnung angeordnet und mit Halterungen 57 verschraubt, die

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an den Deckel 25 angeschweißt sind. Die oberen Enden der

Hubstangen 55 ragen durch in der Schildplatte 51 gebildete öffnungen hindurch, in welchen sie so viel Spiel haben, daß eine Vertikalverschiebung des Schildes 15 möglich ist. Während des normalen Reaktorbetriebes ruht der Schild auf Schultern 59, die an den Hubstangen 55 gebildet sind. Der Schild wird mittels Hydraulikzylindern 6l angehoben, die direkt unterhalb des Schildes 15 angeordnet sind und sich auf Schultern 6j> abstützen, die ebenfalls an den Hubstangen gebildet sind. Wenn Ringkolben 67 von unten her über Leitungen"65 mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden, wird der Schild 15 so weit angehoben, bis Senkungen 69 mit ihrer Fläche Unterlagsscheiben 71 berühren, die durch Muttern 73 an den Hubstangen 55 befestigt sind. Gemäß der Darstellung in Fig. 7 sind die Unterlagsscheiben 71 von rechteckiger Gestalt und mit einem unteren zylindrischen Ansatz 75 versehen. Eine Drehung der Unterlagsscheiben 71 wird durch Führungsplatten 77 verhindert, die auf beiden Seiten der Unterlagescheiben an den Verstärkungsrippen 53 angeschweißt sind.

Ein ungewolltes Verschieben des sich in seiner unteren oder oberen Stellung befindlichen Schutzschildes I5 wird durch Verriegelungsvorrichtungen 8l verhindert, die oberhalb

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Jeder Hubstange angeordnet sind. Jede Verriegelungsvorrichtung 8l weist Arme 83 auf, welche jeweils frei verschwenkbar auf Wellen 85 gelagert sind, welche in Bohrungen an den Enden von Querträgern 87 gehaltert sind. Die Querträger 87 sind ihrerseits auf einer Mittelwelle 89 angebracht, die an beiden Enden in Lagerschilden 9I gelagert ist. Die Lagerschilde 91 sind mittels Schrauben 93 an der bearbeiteten Fläche von Tragböcken 95 befestigt, die an den Verstärkungen rippen 53 angeschweißt sind. Ein Hydraulikzylinder 97 ist zwischen den oberen Enden der Arme 83 angebracht und spreizt bei Druckbeaufschlagung über ein Rohr 98 die Arme 83 derart, daß diese die durch strichpunktierte Linien 99 angedeuteten Stellungen einnehmen. Bei Beendigung der Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders 97 kehren die Arme unter der Wirkung einer innerhalb des Hydraulikzylinders 97 angeordneten, nicht dargestellten Feder in ihre ursprüngliche Stellung zurück.

Die Hebevorrichtung für das Oberteil 21 ist über Hublaschen 101, Bolzen 103 und Bolzenendstücke 105 ständig an dem Schutzschild I5 befestigt. Die anzuhebende Gesamtlast wird von dem Deckel 25 über die Hubstangen 55 mit den Muttern sowie über den Schild I5 selbst und über die Hublaschen 101 auf die Hebevorrichtung übertragen. Vor dem Anheben durch einen nicht dargestellten Kran ist zu empfehlen, den Schutzschild 15 zunächst durch die Hydraulikzylinder 61 in die

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obere Stellung anzuheben.

Wenn sich der Schutzschild 15 in der unteren Stellung befindet, wird jede auch nur geringe Aufwärtsbewegung durch Haken 107 der Arme 83 verhindert, welche an der Unterseite der Unterlagsscheiben 7I angreifen. Eine derartige Bewegung, welche durch einen größeren Bruch in einer Steuerstabverstellvorrichtung 29 hervorgerufen werden könnte, ist nicht zulässig, weil sie Verstellungen in Haltemagneten 39 hervorrufen und eine Steuerbewegung des nicht dargestellten Steuerstabes mit Bezug auf den Brennstoff verhindern würde. Umgekehrt, wenn sich der Schutzschild I5 in der angehobenen Stellung befindet, wie in Fig. 4 dargestellt, wird eine Abwärtsbewegung durch die untersten Enden 109 der Arme 83 verhindert, die auf der oberen Fläche der Unterlagsscheiben TI aufliegen. Eine derartige Bewegung würde sonst auftreten, wenn die nicht dargestellte Hebevorrichtung vom Kranhaken freigegeben wird, nachdem das Oberteil in die Lagerstellung B gebracht ist, sofern die hydraulische Hebevorrichtung nicht fortwährend mit Druck beaufschlagt ist. Das würde ein Zurückstellen der Haltemagnete 39 der Verstellvorrichtungen 29 verursachen und möglicherweise ein Lösen von einem oder mehreren Steuerstäben zur Folge haben. Die Querträger 87 können sich nur geringfügig um die Mittelwelle 89 verschwenken. Dadurch ist sichergestellt, daß Jeder Arm 83 in beiden

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Stellungen des Schutzschildes 15 gleich belastet ist. Die Verschwenkbewegung wird durch die Entfernung zwischen einem Bund 111 (Fig. 5) an einem der Querträger 87 und der oberen Fläche des zugeordneten Lagerschildes 9I begrenzt, so daß sichergestellt ist, daß die Arme 83 nach Betätigung des Hydraulikzylinders 97 in die verriegelte Stellung zurückkehren können, ohne durch die Unterlagsscheiben 7I behindert zu werden.

Die von den Verschlußstopfen 35 der Gehäuse 33 der Steuerstabeinstellvorriehtungen 29 vorragenden Zapfen 37 ragen mit großem Spiel in Bohrungen II3 durch die Platte 5I hindurch und bilden eine seitliche Halterung für die Steuerstabeinstellvorrichtungen 29 während Erderschütterungen. Der Schild 15 selbst ist durch die Verankerungsstreben 54, die seinen !Anfang mit den Wänden der Reaktorgrube 17 verbinden, an einer seitlichen Bewegung gehindert. An den Verschlußstopfen 35 direkt unterhalb des Schildes I5 gebildete Schultern gestatten nur eine sehr begrenzte Vertikalbewegung eines Steuerstabeinstellvorrichtungsgehäuses 33, wenn sich der Schutzschild bei Auftreten eines größeren Bruches in der unteren Stellung befindet.

Die Aufgabe des Schutzschildes I5, bei der Beschickung

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mit neuem Brennstoff die Haltemagnete umzuschalten, wird durch in Fig. 6 dargestellte Knöpfe 45 bewirkt, die unter Federdruck stehen. Diese Knöpfe 45 wirken mit Stößeln 4-3 der SteuerStabeinstellvorrichtungen 29 zusammen. Die Stößel 43 sind in bezug auf einen Druckring 121 jeder Einstellvorrichtung 29 diametral gegenüberliegend angeordnet. Jeder Knopf 45 ist in einem hohlzylindrischen Gehäuse 123 verschiebbar, welches einen an der ebenen Unterseite der Platte51 angeschraubten Flansch 125 aufweist. Das Gehäuse weist außerdem einen zapfenartigen Ansatz 127 auf, welcher in einer in der Platte 51 gebildeten Bohrung sitzt. Der Knopf 45 ist an einem Stift 129 angebracht, welcher durch den Ansatz 127 hindurchgeführt ist und eine Mutter I3I trägt, die ein Herausfallen des Stiftes 129 und des Knopfes 45 aus dem Ansatz verhindert. Der Knopf 45 und der Stift 129 werden durch eine Druckfeder I33 nach abwärts gedrängt, so daß, falls zu der Kraft der Feder 133 keine Gegenkraft vorhanden ist, die Mutter I3I auf dem oberen Ende des Ansatzes 127 aufsitzt. Wenn sich der Schild I5 in der normalen unteren Betriebsstellung befindet, drücken die Knöpfe 45 gegen die mit ihnen zusammenwirkenden Stößel 43 und stellen die Elektromagnete 39 auf elektromagnetisches Halten ein. Wenn der Schild 15 während der Beschickung mit neuem Brennstoff abgehoben ist, sind die Knöpfe 45 von den Stößeln 43 abgehoben und dadurch die Elektromagnete 39 auf permanent-

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magnetisches Halten eingestellt.

Damit der Schutzschild 15 aus der normalen Betriebsstellung in die Brennstoffbeschickungsstellung angehoben werden kann, ist die Rohrleitung 98 jedes Hydraulikzylinders mit einer Strömungsmittelquelle verbunden, welche eine Verstellung der Arme 8j5 in die Stellung 99 in Fig. 4 bewirkt. Anschließend wird Hydraulikmittel über die Leitungen 65 den Zylindern 6l zugeführt, so daß die Kolben 67 und der Schild in die in Fig. 4 dargestellte Stellung angehoben werden. Anschließend wird die Druokbeaufschlagung der Hydraulikzylinder 97 unterbrochen und der Schild I5 in der in Fig. 4 dargestellten angehobenen Stellung verriegelt. Danaoh wird der auf die Zylinder 6l einwirkende Strömungsmitteldruck beendet.

Nachdem die Beschickung mit neuem Brennstoff beendet und das Oberteil 21 wieder auf das Reaktorgefäß I9 aufgesetzt ist, wird Üer Schild I5 in seine normale Stellung abgesenkt. Dazu werdeh empfehlenswerterweise zunächst die hydraullsohen Hebevorrichtungen 6I-67 mit Druck beaufschlagt. Dadurch werden die. Arme Qp von den Unterlagsscheiben 7I gelöst, so daß durch Betätigen der Hydraulikzylinder 97 die Arme 83 in die gelöste Stellung versohwenkt werden können. Duroh langsames Vermindern des Druckes auf die Hebefvorriohtungen wird der ^;

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Schutzschild 15 nun nach und nach abgesenkt, bis er auf den Schultern 59 der Hubstangen 55 ruht. Während der Abwärtsbewegung berühren die Knöpfe 45 die Stößel 43 und drücken sie in die untere Anschlagstellung, wodurch die erforderliche Umschaltung der Haltemagnete 39 bewirkt wird. Die Federbelastung der Knöpfe 45 ist notwendig, damit eine gewisse Mehrbewegung der Platte 51 ohne Beschädigung der Steuerstab Verstellvorrichtungen 29 möglich ist. Wenn der Schutzschild angehoben wird, stellen nicht dargestellte Federn in den Steuerstabeinstellvorrichtungen 29 die Magnete in die ursprüngliche Stellung zurück, die während der Beschickung mit neuem Brennstoff erforderlich ist, und heben außerdem die Stößel 43 an.

Für einen Zugang zu den Steuerstabeinstellvorrichtungen 29 _f beispielsweise zum Austauschen der Elektromagnete 39* muß der Schutzschild I5 entfernt werden. Dazu 1st zunächst erforderlich, die Hubstangenverriegelungsvorrichtungen 8l durch Lösen der Lagerschilde 91, über welche die Verriegelungsvorrichtungen an dem Schild I5 befestigt sind, zu lösen. Nach dem Lösen und Entfernen der Hauptmut tem 73, welche nun zugänglich sind, kann der Schutzschild 15 angehoben und an anderer Stelle abgesetzt werden.

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Claims

Patentansprüche:

lJ Kernreaktor mit einem Reaktorgefäß, welches ein ■ Brennstoff enthaltendes Core und einen Gefäßdeckel mit Einrichtungen zur Halterung von den Neutronenfluß steuernden Steuerstäben, außerdem mindestens eine Vorrichtung zur Verstellung der Steuerstäbe relativ zu dem Brennstoff sowie einen oberhalb des Reaktoroberteils angeordneten Schutzschild aufweist, der im Falle eines größeren Bruches das Auswerfen von Teilen des Reaktors verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Schild (I5) mit dem Reaktorgefäßdeckel (25) und der Steuerstabhalteeinrichtung (29, 39) gekuppelt ist, so daß ein gemeinsames Abheben derselben vom Reaktorgefäß (19) möglich ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (13) innerhalb einer Kammer (17) angeordnet ist und daß Streben (54) vorgesehen sind, die den Schild (I5) mit den Wänden der Kammer verbinden und ihn seitlich haltern..
3· Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerstabverstellvorrichtung (29) einen durch eine in dem Schild (15) gebildete öffnung (113) hindurchragenden Zapfen (37) aufweist, der diese Vorrichtung im Falle einer Erderschütterung trägt.

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4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reaktorgefäß (19) und dem Schild (15) Verschiebungsvorrichtungen angeordnet sind, welche von dem Reaktorgefäß aufragende Stangen (55) und jeweils einen darauf angeordneten Hydraulikzylinder (61) mit einem Kolben (67) zum Anheben und Absenken des Schildes aufweisen*
5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schild (15) eine obere und eine untere Betriebsstellung aufweist und daß Einrichtungen (81) zur Verriegelung des Schildes jeweils in diesen Stellungen vorgesehen sind.

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