DE2156286B2 - Schutzhuelle fuer das druckgefaess von kernreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzhülle für das Druckgefäß von Atomkernreaktoren, welche aus mehreren, das Druckgefäß umgebenden Einzelteiien besteht, die während des normalen Betriebes von Haltegliedern aneinander anliegend gehalten d

Bei üblichen Kernkraftwerken wird die Wärme des Brennstoffs auf eine verdampfbare Flüssigkeit übertragen, die das Arbeitsmedium eines Satzes von Turbogeneratoren ist. Der Brennstoff und die Regelstäbe sind in einem Reaktorkern enthalten, der von einem Druckgefäß umgeben ist, durch das ein Kühlmittel im Wärmeaustausch mit den Brennelementen strömt Bei Druckwasserreaktoren wird das Kühlmittel auch unter hohen Drücken ständig in der flüssigen Phase gehalten und Kühlmitteldrücke von 170 aim sind nicht ungewöhnlich. Die erzeugte Wärme wird anschließend vom Kühlmittel auf eine verdampfbare Flüssigkeit in einem separaten Wärmeaustauscher übertragen und der entstehende Dampf zum Antrieb der Turbine verwendet. Bei Siedewasscrreaktoren steht das Reaktorkühlmittel unter verringertem, aber dennoch hohem Druck von ungefahr 68 atm und wird innerhalb des Reaktors verdampft. Der Dampf gelangt zu einem Satz vor Turbogenemu .en. Bei diesen Anlagen entfällt die Notwendigkeit eines separaten Wärmeaustauschers.

Die extremen Drücke des Arbeitsmittels in solchen Anlagen geben Anlaß zu der Gefahr, daß bei einem Bruch des Druckgefäßes große Mengen des Kühlmittels überaus heftig ausgestoßen werden. Die bei der schnellen Expansion des Kühlmittels aus dem Druckgefäß entste κ-nden Kräfte reichen nicht nur aus. Bestandteile des Kessels über die Umgebung des Kraftwerkes zu verstreuen, sondern können auch zum Bruch von Brennelementen und ihren Haltevorrichtungen führen und sie gleichermaßen aus dem Sicherheitsbehälter herausschleudern. In solch einem Fall wird die Notkühlung der Brennelemente vollständig unwirksam und es besteht die Gefahr eines radioaktiven Ausstoßes für die Umgebung des Kraftwerkes.

Um diese Gefahren zu vermeiden, is* es Aufgabe der Erfindung, eine Schutzhülle anzugeien, die mit wirtschaftlichem Aufwand der schnellen Expansion des Kühlmittels aus dem Druckgefäß größeren Widerstand entgegensetzt und damit die Bjtriebssicherheit des Kraftwerkes erhöht. Die Erfindung geht zu diesem Zweck von bekannten Schutzhüllen, ζ. B. gemäß der französischen Patentschrift 1 508 19fi aus, die aus mehreren das Dmckgef?!? umgebenden Einzelteilen bestehen und durch Halteglieder aneinander anliegend gehalten werden.

Gemäß der Erfindung sind die erwähnten Halteglieder bei Überschreiten eines bestimmten Innendruckes dehnbar, so daß in diesem Falle zwischen den Einzelteilen der Schutzhülle begrenzte Zwischenräume entstehen.

Bei der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Zugstäbe oder Halteglieder sich frei ausdehnen können, wenn sich innerhalb der Schutzhülle ein Druck aufbaut, was z. B. beim Brach des Druckgefäßes passiert. Dadurch geben die Zugstäbe die einzelnen Segmente der Schutzhülle frei, so daß zwischen ihnen ringförmige Räume entstehen. Durch Ue so entstandenen Zwischenräume kann da* Kühlmittel durch die Schutzhülle in verminderter Geschwindigkeit austreten, und zwar mit soweit verminderter Geschwindigkeit, daß keine der oben beschriebenen Gefahren auftritt.

Die Erfindung wird jetzt an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Druckgefäß für einen Kernreaktor mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Druckgefäß der F i g. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1.

Der in F i g. 1 dargestellte Reaktordruckkessel 10 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Teil, dessen unteres Ende durch einen kugelförmigen Abschluß 14 abgeschlossen ist und dessen oberes Ende mit einem radial verlaufenden Flansch 16 versehen ist, an dem lösbar der Deckel 18 mit seinem Gegenflansch 20 befestigt ist. Im Deckel 18 ist eine Reihe von öffnungen zur Aufnahme von Stutzen 21 vorgesehen. Diese Stutzen nehmen die nicht dargestellten Betätigungsstangen der Regelelemente im Reaktorkern auf. Der Deckel 18 wird an den zylindrischen Teil 12 des Druckgefäßes durch die Schraubenbolzen 22 befestigt, die über den Umfang der Flansche verteilt sind. Die Einrichtungen innerhalb des Druckgefäßes, wie der Reaktorkern, die Brennelemente und die Kernlagerung und verschiedene weitere angeschlossene Einrichtungen sind nicht dargestellt worden, da sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Auf dem Umfang der, zylindrischen Teils 12 des Druckgefäßes sind mehrere Stutzen 24 angeordnet, über die das Hochdruckarbeitsmittel umgewälzt wird.

Gemäß der Erfindung ist eine Schutzhülle 30 vorr.esehen. die das Reaktordruckgefäß 10 umgibt. Die Schutzhülle 30 schwächt den Ausstoß aus dem Druckgefäß im Falle eines ernsthaften Unfalls ab. Da diese Schutzhülle die Fähigkeit aufweist, die Expansionsgeschwindigkeit der aus dem Inneren des Druckgefäßes expandierenden Hochdruckflüssigkeit 7U verringern, vermindert sie die Auftreffenergie der durch eine solche Expansion erzeugten Kräfte. Außerdem dient die Schutzhülle dazu, Fragmente des Druckgefäßes zurück zu halten, die sonst unter der Wirkung der schnellen Expansion des freigesetzten Arbeitsmittels wie Geschosse wirken wurden.

Die Schutzhüll.· 30 besteht aus mehreren relativ dünnwandigen zylindrischen Ringen 32, die bei diesem Ausführungsbeispiel aus gewalzten Metal¹-blechen bestehen. Die Ringe 32 sind in senkrechter Richtung aufeinander gesetzt und umgeben den zylindrischen Teil 12 des Druckgefäßes vom oberen Ende des unteren Abschlusses 14 bis zur Unterseite des Flansches 16. Die senkrecht verlaufenden Zugstangen 34 halten die Ringe 32 aufeinander gestapelt. Die Enden der Zugstangen sind mit Muttern 36 an gegenüberliegenden unteren und oberen Flanschen 38 und 40 befestigt. Der untere Flansch 38 ist an der halbkugelförmigen Endhülle 42 ausgebildet, die dui Abschluß 14 des Druckgefäßes 12 umgibt. Der obere Flansch 40 bildet einen Teil eines ringförmigen Kragens 44, der die Verbindung der Hanschen 16 und 20 des Druckgefäßes umgibt. Der Kragen 44 ist in senkrechter Richtung durch die ringförmige Schulter 46 gelagert, die an dem Kragen radial nach innen ausgebildet ist. Diese Schulter 46 liegt auf der Oberfläche des obeivn Flansches 16 des Druckgefäßes auf.

Für den radialen Durchtritt der Stutzen 24 ist der benachbarte Ring 32 an seinem oberen Rand mit mehreren auf dem Umfang angeordneten U-förmigen Einschnitten 48 zur Aufnahme der Unterseiten der entsprechenden Stutzen versehen. Die oberen Teile der Einschnitte oder Aussparungen 48 werden von einem ringförmigen Überwurf 50 geschlossen, der am Kragen 44 ausgebildet ist und von dem Flansch 40 abwärts bis etwa zum horizontalen Durchmesser der Stutzen 24 führt. Umgekehrte U-förmige Aussparungen 52 im unteren Rand des Überwurfs 50 sind dem oberen Umfang der Stutzen angepaßt. Der radiale Abstand zwischen dem Überwurf 50 und dem mit Aussparungen versehenen Ring 32 wird durch eine Distanzplatte 54 ausgefüllt, deren unteres Ende mit einer Aussparung 56 versehen ist, die der im Überwurf gleicht. Die Distanzplatten 54 sind an den Ring 32 durch Bolzen 58 angeschraubt, deren Köpfe in der Platte versenkt sind.

Der Deckel 18 des Druckgefäßes wird von einer domförmigen Hülle 60 umgeben, die den oberen Teil der Schutzhülle 30 bildet. 'Die Hülle 60 ist mit öffnungen 61 zum Durchtritt der Stutzen 21 ^für die RegelstHbe und einem ringförmigen Flansch 62 versehen, der zur Aufnahme der Bolzen 22 dient, die die Flansche 16 und 20 des Druckgefäßes zusammenhalten. Die domförmige Hülle 60 ist zusätzlich durch mehrere rechtwinklige Scherblöcke 64 gesichert, die mit dem Flansch 62 und einer ringförmigen Eindrehung 66 in dem aufwärtsführenden Teil 68 des Kragens 44 über den Umfang verteilt im Eingriff stehen.

Bei dem dargestellten Ausfüurungsbeispiel der Schutzhülle 30 halten die Ringe 32 und die Schmiedestücke, die die untere Endhülle 42 und die obere domförmige Hülle 60 bilden, geringen Abstand von der Oberfläche des Druckgefäßes, das sie umgeben. Durch die Herstellung der Einzelteile der Schutzhülle mit Übermaß wird ihre Anordnung um das Druckgefäß vereinfacht, da Ungenauigkeiten bei den Abmessungen des Druckgefäßes keine Rolle spielen. Es versteht sich jedoch, daß die Teile der Schutzhülle auch so ausgebildet sein können, daß sie an den Teilen des Druckgefäßes anliegen, die sie umgeben.

Bei der Montage der Schutzhülle auf dem Druckgefäß werden die Muttern 36, die die Enden der Zugstangen 34 an den gegenüberliegenden Flanschen 38 und 40 befestigen, bis zu einer Vorspannung der Zugstäbe von ungefähr 2700 atm angezogen. Eine solche Vorspannung der Zugstäbe bewirkt während des normalen Betriebes des Reaktors, daß die aneinanderliegenden Enden der entsprechende Ringe 32 unter Druck stehen und eine relativ diciite Anordnung bilden. Beim Auftreten eines ernsthaften Unfalls, bei de-.i das Reaktordruckgefäß brechen kann, und das unter Hochdruck stehende Arbeitsmittel entweicht, baut sich innerhalb der Schutzhülle ein Druck auf. Die Ringe 32 und die Schmiedestücke 42 und 60, die die Schutzhülle 30 bilden, sind ausreichend stark, um den in ihnen auftretenden Ringspannungen zu widerstehen, und verhindern so, daß irgendwelche Teile radial nach außen geschleudert werden. Jedoch werden die Zugstäbe 34 in geringem Ausmaß axial gedehnt unter der Wirkung der Kräfte der expandierenden Hochdruckflüssigkeit. Die Expansion der Zugstäbe vermindert den Druck auf den Ring 32, so daß sie in axialer Richtung versetzt werden können und zwischen ihnen ringförmige Zwischpnraune entstehmen. Es wird angenommen,

daß bei einem ernsthaften Reaktorunfall des hier betrachteten Typs Arbeitsmitteldrücke von ungefähr 135 atm unter der Schutzhülle auftreten. Drücke dieser Größe üben axiale Kräfte auf die Zugstangen 34 aus, die sie in axialer Richtung um etwa 2,5 cm dehnen und zwischen den zylindrischen Ringen Zwischenräume von ungefähr 6 mm Abstand auftre-

ten. Das Hochdruckmedium tritt aus dem Inneren der Schutzhülle über diese Zwischenräume aus. Da der Austritt über die engen Zwischenräume zwischen den Ringen erfolgt, wird die Expansionsgeschwindigkeit stark reduziert und die Möglichkeil einer Beschädigung des Sicherheitsbehälters de« Kraftwerkes entfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schutzhülle für das Druckgefäß von Atomkernreaktoren, welche aus mehreren, das Druckgefäß umgebenden Einzelheiten besteht, die während des normalen Betriebes von Haltegliedern aneinander anliegend gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteglieder (34) bei Überschreiten eine.;; bestimmten Innendruckes dehnbar sind, so daß in diesem Falle zwischen den Einzelteilen (32, 42, 60) der Schutzhülle begrenzte Zwischenräume entstehen.

2. Schutzhülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile der Schutzhülle von der Oberfläche des Druckgefäßes Abstand halten.

3. Schutzhülle nach Anspruch 1 für ein senkrecht angeordnetes zylindrisches Druckgefäß, das unten geschlossen ist und an seinem oberen Abschluß mit einem Flansch versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile der Schutzhülle aus zylindrischen Ringen (32) bestehen. die das Druckgefäß auf einem wesentlichen Teil (12) seiner Länge umgeben.

4. Schutzhülle nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle am oberen und unteren Ende mit einem Bauteil (44 und 42) mit einem Flansch (38 und 40) versehen ist, zwischen denen die zylindriscnen Ringe (32) angeordnet sind und daß die Halteglieuer au. Zugstangen (34) bestehen, deren Enden an den Flanschen (38 und 40) befestigt sind.

5. Schutzhülle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen (34) über dem Umfang der Flansche verteilt sind.

6. Schutzhülle nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen (34) vorgespannt sind und die zylindrischen Ringe (32) während des normalen Betriebes mit den Rändem aufeinanderdrücken.

7. Schutzhülle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Bauteil (42) mit Flansch (38) das untere Ende (14) des Druckgefäßes umgibt und mit seiner Oberfläche den untersten zylindrischen Ring (32) stützt.

8. Schutzhülle nach Ansprach 3.. dadurch ge kennzeichnet, daß der oberste zylindrische Ring (32) mit dem Flansch (16) des Druckgefäßes im Eingriff steht.

9. Schutzhülle nach Ansprach 4, dadurch ge- so kennzeichnet, daß das obere Bauteil (44) mit Flansch (40) ein ringförmiger Kragen ist, der mit dem Flansch (16) des Druckgefäßes in konzentrischem Eingriff steht.

10. Schutzhülle nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle einen oberen, den oberen Teil (18) des Druckgefäßes umgebenden Abschluß (60) aufweist, der durch Scherblöcke (66) an dem ringförmigen Kragen (44) befestigt ist.