DE2143494C3

DE2143494C3 - Druckwasserreaktor

Info

Publication number: DE2143494C3
Application number: DE2143494A
Authority: DE
Inventors: Felix S. Lynchburg Va. Jabsen (V.St.A.)
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-08-31
Publication date: 1974-07-11
Also published as: BE771944A; DE2143494A1; NL170571C; NL170571B; CH553468A; IT943525B; GB1305839A; FR2161740B1; ES394872A1; FR2161740A1; NL7112172A; US3821079A; DE2143494B2; JPS538875B1

Description

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflager-Konstruktion (23) aus einem gelochten Zylinder (24) besteht, der koaxial in bezug auf den Druckbehälter und den Kern angeordnet ist und von dem unteren Endverschluß (12) des Behälters getragen ist.

3. Reaktor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Abschirmung (30) aus Guß den Kern innerhalb der Kernabschirmung (13) umschließt, wobei die Abschirmung (30) aus einer Anzahl von Hohlelementen zusammengesetzt ist.

60

Die Erfindung betrifft einen Druckwasserreaktor . einem lotrechten, zylindrischen Druckbehälter mit nem oberen und unteren Endverschluß und einer 3m Druckbehälter getragenen thermischen Kernab- :hirmung von kreisförmigem Querschnitt. Die Kern-3schirmung ist mit radialem Abstand innerhalb des Druckbehälter« angeordnet und läßt einen Rjngspalt zwischen und dem Behälter frei durch den Wasser strömt. Dabei ist die Abschirmung am Kern in lotrechter Richtung gleitfähig gelagert und der Kern selbst durch eine Auflager-Konstruktion von dem unteren Endverschluß des Druckbehälters getragen. Der Kern ist in seinem oberen Teil durch eine Lochplatte in seiner Lage gehalten, die den unteren Teil einer Wasseraustrittskammer bildet, wobei in dieser Lochplatte die unteren Enden der lotrechten Führungsrohre für die Regelstäbe gelagert sind. Dabei sind Einrichtungen vorgesehen, um die Verbindung zwischen der Lochplatte und dem oberen Ende des Kerns bei einer vertikalen Relativbewegung zwischen denselben aufrechtzuerhalten.

Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt, wie aus der britischen Patentschrift 1 122452 so wie der Zeitschrift »Atomwirtschaft«, August 1969, S. 401 hervorgeht. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Auftreten yon Wärmedehnungsdifferenzen an den funktioneilen Teilen im Zentrum einer Kernenergieanlage zu ermöglichen, wobei die horizontale Ausrichtung zwischen den Teilen durch besondere, teilweise an sich bekannte Elemente aufrechterhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die oberen Enden der Regelstabführungsrohre in an sich bskannter Weise au einer oberen, die Wasseraustrittskammer nach oben begrenzenden Platte befestigt sind, daß diese Platte ihrerseits durch Elemente mit dem oberen Verschlußteil des Druckbehälters fest verbunden ist, daß die unteren Enden der Regelstabführungsrohre an der Lochplatte des Kerns befestigt sind und daß der obere Rand der thermischen Abschirmung vom Druckbehälter getragen ist, während der untere Rand in horizontaler Richtung durch am Druckbehälter angebrachte Führungselemente relativ zum Druckbehälter zentriert ist. Dabei ist es aus der französischen Patentschrift 1 598 058 bereits bekannt, daß die oberen Enden der Regelstabführungsrohre an einer oberen, die Wasseraustrittskammer nach oben begrenzenden Platte befestigt sind.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, eine Einrichtung für einen Druckwasserreaktor zu ermöglichen, bei der der Kern im unteren Teil des Reaktordruckbehälters von dem unteren Verschluß des Behälters und Teile des oberen Abschnittes des Reaktorbehälters von dem oberen Teil des Behälters getragen werden, damit die durch Wärmeänderungen verursachten Differenzbewegungen zwischen den Teilen, die oben und unten vom Druckbehälter getragen werden, in vertikaler Richtung geführt werden. Auch in Querrichtung werden die Differenzbewegungen durch die erfindungsgemäßen Anordnungen begrenzt, um eine, axiale Ausrichtung der Teile sicherzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dei Zeichnung dargestellt und wird im folgenden nähei beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Aufriß eines Druckwasserreaktors teilweise im Schnitt,

F i g. 2 einen vereinfachten Aufriß als Alternative nach Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 de

Fig. 1.

F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 de

Fig.l,

Fig.5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 1 und ,
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig.l.

Entsprechend der Darstellung in den F i g, 1 und 3 bis 6 besteht der Druckwasserreaktor aus einem im wesentlichen lotrechten Druckbehälter 10 mit kreisförmigen Querschnitt, der ein geschlossenes Kopfende Il und einen umgekehrten gewölbten unteren Endverschluß 12 aufweist. Innerhalb des Druckbehälters ist eine Kernabschirmung 13 angebracht, die mit seitlichem Abstand von der Innenfläche der Druckbehälterwand angeordnet ist und koaxial zu derselben verläuft. Die Kernabschirmung ist an dem oberen Ende des Druckbehälters befestigt und aufgehängt; sie erstreckt sich nach unten bis zum Punkt 14 oberhalb des unteren Endverschlusses 12 des Druckbehälters. Das untere Ende 14 der Abschirmung 13 wird durch eine Reihe von horizontal angeordneten, am Umfang mit Abstand voneinander angeordneten Knaggen 19, die in der Wand des Druckbehälters befestigt sind, in vertikaler Bewegung gegenüber der Druckbehälterwand geführt.

Wie es aus der Darstellung zu erkennen ist, sind am oberen Teil des Druckbehälters vier am Umfang .ingeordnete Wassereintrittsstutzen 15 angebracht, die in einen ringförmigen Spalt 16 münden, der zwi- * >.chen der Kernabschirmung 13 und den Druckbehälterwänden ausgebildet ist. Auf dieser gleichen oberen Höhe und am Umfang der Eintritte auf Abitand angeordnet befindet sich ein Paar Wasserausirittsstutzen 20, die durch den Druckbehälter und •Jen Ringraum treten, um in die Wasseraustrktskammer 21 zu münden, der am Umfang durch die Kernabschirmung 13 begrenzt wird.

Man wird sich darüber im klaren sein, daß die Ein- und Austrittsstutzen nicht auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet zu werden brauchen. Unter solchen Verhältnissen könnte das obere Ende der Kernabschirmung zwischen getrennten Ebenen angeordnet werden und wa.de an der Druckbehälterwand befestigt. Diese Änderungen sind hinsichtlich der Anordnung in Fig. 2 dargestellt, welche später beschrieben wird.

Der Reaktorkern 22 liegt im unteren Endstuck der Kernabschirmung und wird von dem unteren Endverschluß 12 über eine Konstruktion 23 getragen. Infolgedessen strömt das Wasser von den Eintrittsstutzen 15 nach unten durch den Ringspalt 16 zwischen der Druckbehälierwand und der Kernabschirmung 13. Danach kehrt das Wasser die Richtung um und strömt nach oben durch den Kern 22 in eine Austrittskammer 21 im oberen Teil der Kernabschirmung 13 und durch darin befindliche geeignete Öffnungen, die mit den Austrittsstutzen 20 verbunden sind.

Die Auflager-Konstruktion 23 für den Kern 22 besteht aus einem Zylinder 24, der koaxial innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist und der einen, geringeren Durchmesser als der Kern hat, Der Zylinder wird in einen Kragen eingepaßt, der in dem Endverschluß des Druckbehälters ausgebildet ist; hier dehnt die Betriebstemperatur den Zylinder aus, so daß er sich eng an die Innenfläche des Kragens anschmiegt. Der Zylinder wird nach einem vorher bestimmten Muster für die Verteilung des Wasserstroms aus dem Ringspalt 16 gelocht, wobei die Strömung umgelenkt wird und sich nach oben durch eine horizontal angeordnete Lochplatte 25 bewegt, die innerhalb des. Zylinders 24 liegt und an diesem befestigt ist; weiterhin liegt die genannte Lochplatte unterhalb des unteren Kernendes- Eine zweite horizontal angeordnete zweiteilige Lochplatte 26 liegt oberhalb der Platte 25, ist an dem Zylinder 24 unterhalb des Kerns 22 befestigt und hilft bei der weiteren Verteilung des Kühlmittelstroms aufwärts in den Kern 22. Über dem oberen Ende des Zylinders 24 liegt eine Vielzahl von ίο horizontal auf Abstand angeordneten Trägern 27, die besonders in F i g. 6 dargestellt sind.

Die Träger 27 sind an der Unterseite einer Kerntraglochplatte 28 angeschweißt und bilden für diese Versteifungsrippen. Die Träger 27 liegen in entsprechend bearbeiteten Schlitzen im oberen Ende des Zylinders 24, so daß die Oberflächen der Träger und des Zylinders 24 in einer Ebene liegen, um die untere Fläche der Platte 28 zu erfassen. Der Kern 22 ruht direkt auf der Platte 28, so daß das Gewicht des ao Kerns direkt auf den Druckbehälter 10 übertragen wird.

Die Ausführung des Kerns ist an sich bekannt und schließt im allgemeinen eir- Vielzahl von Brennelementen mit den notwendigen Regelstäben und der entsprechenden Instrumentierung ein, wobei der Kern allgemein einen quadratischen oder icchteckigen horizontalen Querschnitt hat. Der Kern wird in die kreisrunde Ausbildung der Kernabschirmung 13 dadurch eingebaut, daß er in eine thermische Abschirmung 30 gesetzt wird, die aus Gußstücken besteht, die so ausgebildet sind, daß sie die Brennelementanordnung umschließen und m den inneren Umfang der Abschirmung 13 passen. Die thermische Abschirmung 30 kann entweder an der Kernabschirmung 13 oder an dem Kern 22 befestigt werden.

Die Gußstücke der thermischen Abschirmung können zum leichten Ein- oder Ausbau in Kreissegmenten gefertigt werden, sowie in Einheiten, die eine oder mehrere Reihen darstellen. Bei der dargestellten Ausfühningsform ist jede Reihe als ein geschlossenes Element dargestellt, das im Querschnitt zur Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit hohl ist. Die geschlossenen Hohlelemente des Wärmeschilds sind entsprechend gebohrt, um die Strömung des Kühlwassers aufwärts durch den Schild parallel zu der Strömung durch die Brennelemente des Kerns 22 zu leiten.

Bei dem von dem Druckbehälter 10 durch den Zylinder 24 und die Platte 28 gestützten Kern arbeiten die darin befindlichen Löcher mit den Lochplatter 25 und 26 zusammen, um den Kühlwasserstrom in den und durch den Kern zu leiten. Die Strömlingsverteilung wird durch eine Ablenkplatte 31 zwischer dem Austritt des Ringspalts 16 und dem Zylinder IA unterstützt. Die Ablenkplatte 31 hat eine umgekehrt* ringförmige, gewölbte oder elliptische Ausbildung wobei ihre obere Außenkante an dem äußeren Um fang der Platte 28 und ihre innere Unterkante an de Außenfläche des Zylinders 24 befestigt ist. Die Plattist durchlocht und so angeordnet, daß sie im wcsent liehen das gesamte Kühlwasser, das den Ringspalt Il verläßt, nach innen zum Zylinder ablenkt. Ein klei nerer Anteil des Kühlwasseiflusses strömt aufwärt durch öffnungen 32 in der Platte 31 und durch einei 65 ringförmigen Teil der zweiteiligen Platte 26, darm Wasser aufwärts durch den äußeren Teil des Kern 22 und durch den Wärmeschild 30 geleitet wird. Bei der bisher beschriebenen Ausführung wird de

5 " 6

Kern 22 direkt über die Platte 28 und den Zylinder dung 46 den Flansch 44 gegen die Schulter 45

24 von dem unteren Endverschluß 12 des Druckbe- druckt, um die Konstruktion in bezug auf den

hälters 10 getragen. Die Verbindung zwischen dem Druckbehälter zu sichern.

unteren Ende des Kerns 22 und der Platte 28 wird in Es ist z\> erkennen, daß die Platte 37 vcrhältnismä-

cincm bestimmten seitlichen Verhältnis durch dazwi- 5 ßig dünn ist (mindestens im Vergleich zu den bisher

schcnlicgende Dübel oder Stifte gehalten. Die Ab- benutzten Konstruktionen), jedoch wird auf Grund

schirmung 13 hilft im Zusammenwirken mit der ther- der Stützwirkung der Elemente 42 die ganze obere

mischen Abschirmung 30 dabei, die Längs- und Sei- Konstruktion einschließlich der Platte 34 sich nur als

tenstabilität des Kerns 22 aufrechtzuerhalten, wäh- eine Einheit mit der Wand des Behälters 10 bewegen.

tend cine durch Wärmekräfte hervorgerufene ge- ίο Weiterhin werden der oberhalb des Behälters 10 an-

lcnkte Relativbewegung zwischen der Abschirmung geordnete Regelstabantrieb (nicht dargestellt) und

13 und dem Kern 22 möglich ist. Die Stützanord- die Rcgelstäbe, die in vertikaler Richtung durch die

nung der Konstruktion 23 schafft weiterhin eine be- Gehäuse 50 und die Führungsrohre 36 beweglich

vorzugt gerichtete Kühlwasserströmung aufwärts sind, in vertikaler und horizontaler Ausrichtung wäh-

durch den Kern 22 und die darin befindlichen 15 rend des gesamten Reaktorbetriebs gehalten.

Brennelemente. Bei dem vom Boden des Druckbehälters 10 gctra-

Eine horizontal angeordnete Lochplatte 34 liegt gcnen Kern 22 und der von der Oberkante des Beoben an dem oberen Ende des Kerns 22. Diese Loch- hälters unterstützten oberen Führungsrohrgruppe platte ist am Umfang mit auf Abstand angeordneten wird eine Relativbewegung in vertikaler Richtung senkrechten Nuten versehen, die in entsprechende ao zwischen der Oberkante des Kerns 22 und der Platte Vorsprünge 35 eingreifen, welche auf der Innen- 34 eintreten. Eine solche Relativbewegung ist seitlich fläche der Kernabschirmung 13 ausgebildet sind, im durch die Kernabschirmung 13 begrenzt und durch allgemeinen auf der Höhe des oberen Endes des vertikale Dehnungs- und Schrumpfungs-Führunp.s-Kcrns 22, wenn sich der Kern in seiner Betriebslage verbindungen gebildet, die im allgemeinen an der befindet. Die Lochplatte 34 wird sicher an den unte- 25 Stelle 51 gezeigt sind und zwischen der Lochplatte ren Enden einet Vielzahl von nach oben verlaufen- 34 sowie dem oberen Ende des Kerns 22 liegen. Eine den Regelstabführungsrohren 36 befestigt, welche solche Verbindung könnte die Form von einfachen sich durch die Austrittskammer 21 zu einer oberen Stiften haben, die an der Lochplatte 34 (oder am Befestigung in entsprechenden Öffnungen innerhalb Kern 22) befestigt werden und in eng sitzenden öffcincr oberen Platte 37 erstrecken. Die Platte 37 ist 30 nungen im Kern 22 (oder in der Lochplatte 34) bc horizontal angeordnet; am Umfang ist sie an der weglich sind. Es können aber auch anspruchsvollere Wand des Druckbehälters befestigt. Die Befestigung Verbindungen verwendet werden, wie z. B. hydrauzwischen den Führungsrohren 36 und der oberen lisch betätigte Finger. Auf jeden Fall müssen die Platte erfolgt so. daß eine Führungsrohrverlängerung Verbindungen 51 in der Lage sein, eine vertikale Re-38 oberhalb der oberen Platte in einen Raum hinein 35 lativbewegung zu erlauben, während sie zwischen vorhanden ist, der durch die Platte 37 und den obe- den Führungsrohren 36 und dem Kern 22 eine rechte rcn Verschluß des Druckbehälters begrenzt wird. seitliche Ausrichtung aufrechterhalten
Wie es aus der Darstellung ersichtlich ist, ist die Bei der in Fig. 2 dargestellten geänderten Ausfühobere Platte 37 mit durchgehenden Öffnungen 41 rungsform des Erfindungsgedankens liegt die einzige versehen, die die Kammer 21 und den Raum 40 ver- 40 Änderung gegenüber der Grundkonzeption darin binden. Bei der beschriebenen Ausführung erhält der daß der Eintrittsstutzen 60 auf einer niedrigeren Raum 40 einen zwar geringen, jedoch zwangläufigen Höhe im Reaktor liegt als die Austrittsstutzen 61 Kühlwasscrfluß von der Austrittskammer 21, so daß Bei dieser Anordnung ist die Kcrnabschirmune 62 an die Teile in dem Raum 40 auf emer wünschenswer- der Reaktorwand zwischen den Ebenen der Ein- und ten Temperatur gehalten werden. Im allgemeinen 45 Austrittsstutzen befestigt. In allen anderen Beziehunliegt die Kühlwassermcnge, die den oberen Raum 40 gen sind die Konstruktionen gemäß Fiel und 2 die durchströmt, in der Größenordnung von 1 »/0 der ge- gleichen. Jedoch ist in Fig. 2 die Anordnung der samten Strömung durch den Reaktorbchälter. Wie in Teile vereinfacht dargestellt, um deutlicher die Stützden Zeichnungen dargestellt ist, liegen zahlreiche zy- lagen der verschiedenen Teile im Reaktor zu zeigen lindrische Elemente 42 zwischen der Platte 37 und 50 Wie es aus der Darstellung zn erkennen ist wird der dem oberen Verschluß 11 des Druckbehälters 10, um untere Teil der Reaktoreinbauten einschließlich des die Konstruktion zu unterstützen und zu verstärken, Kerns 22' von dem unteren Ende des Reaktormandie durch die Lochplatten 34 und 37 sowie durch die tels getragen, während der obere Teil der Reaktorverbindenden Regelstabführungsrohrc 36 gebildet einbauten einschließlich der Regelstabführungsrohre wird- . 55 36 an dem oberen Teil des Reaktormantels aufge-

Die Teile in dem oberen Abschnitt des Reaktorbe- hangt wird. In der schematischen Darstellung der

hältcrs, einschließlich der Lochplatten 34 und 37 so- F i g. 2 ist das horizontale Spiel zwischen Teilen die

wie der Führungsrohre 36 bilden eine starre Einheit, zu einer vertikalen Relativbewegung fähig sind' au«

die an dem oberen Ende des Druckbehälters aufge- Gründen der Übersichtlichkeit übertrieben

hängt und befestigt ist. Bti der Ausführungsform ge- 60 Bei der beschriebenen Ausführung ist zu erkennen

£^{äß F}J!J ^st°^ße" ^die °^bf.^{re Plattf}i ,^{37 und der daß dic im} Rektor durch betriebliche Änderungen Flansch 44 an der Kernabschirmung 13 an und he- üblichen Relativbewegungen in vertikaler Richtuns gen an einer Umfangsschulter 45, die auf der Druck- gerichtet und in horizontaler Richtune koordinier! behaltennnenwand bei der außen geflanschten Ver- sind, um die Ausrichtung zwischen den betreffender bmdung 46 zwischen dem Druckbehälter und dem 65 Teilen aufrechtzuerhalten. Bei ungewöhnlichen Veroberen Verschluß 11 ausgebildet ist. Ein Abstands- hältnissen ist der Aufbau derart daß die Festickeil nng 47 ist oberhalb der Platte 37 angeordnet, so daß und die Steifigkeit eines Druckbehälters ausgenutzt das Anziehen der Schrauben 48 der Flanschverbin- werden, um die betriebliche Beziehung der Teile

zueinander aufrechtzuerhalten. Außerdem ist zu erkennen, daß die dargestellte Konstruktion leicht gefertigt und zusammengebaut werden kann und daß Teile leicht ersetzt werden können, wie /.. H bei der Nciibcschickung des Kerns, da die zusammengebauten ''"eile leicht getrennt werden können, ohne daß man Schweißnähte lösen muß. während die vorhandenen Schraubverbindungen ein Minimum sind. Um die llinbaulen zu entfernen, ist es nur erforderlich, die Schrauben 48 zu lösen, um einen Zugang für den Ausbau aller im Kernreaktor zu ersetzenden Teile zu haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

«09 628/204

Claims

Patentansprüche:

1. Druckwasserreaktor in einem lotrechten, zylindrischen Druckbehälter mit einem oberen und unteren Endverschluß und einer vom Druckbehälter getragenen thermischen Kernabschirmung von kreisförmigem Querschnitt, die mit radialem Abstand innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist und einen Ringspalt zwischen sich und dem Behälter freiläßt, durch den Wasser strömt, wobei die Abschirmung am Kern in lotrechter Richtung gleitfähig gelagert ist, und der Kern durch eine Auflager-Konstruktion von dem unteren Endverschluß des Druckbehälters getragen und in seinem oberen Teil durch eine Lochplatte

in seiner Lage gehalten ist, die den unteren Teil einer Wasseraustrittskammer bildet, wobei in die- ao ser Lochplatte die unteren Enden der lotrechten Führungsrohr für die Regelstäbe gelagert sind, und wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die Verbindung zwischen der Lochplatte und dem oberen Ende des Kerns bei einer vertikalen Relativbewegung zwischen denselben aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der Regelstabführungsrohre (36) in an sich bekannter Weise an einer oberen, die Wasseraustrittskammer (21) nach oben begrenzenden Platte (37) befestigt sind, daß diese Platte (37) ihrerseits durch Elemente (42) mit dem oberen Verschlußteil des Druckbehälter fest verbunüen ist, daß die unteren Enden der Regelstabfüt .ungsrohre (36) an der Lochplatte (34) des Kernes befestigt sind und daß der obere Rand der thermischen Abschirmung (30) vom Druckbehälter getragen ist, während der untere Rand der thermischen Abschirmung (30) in horizontaler Richtung durch am Druckbehälter angebrachte Führungselemente (19) relativ zum Druckbehälter zentriert ist.