DE2219412B2 - Zylindrischer Druckbehälter für Kernreaktoren mit vorgespannter Betonhülle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zylindrischen Druckbehälter für Kernreaktoren mit einer am Einsatzort herstellbaren, vorgespannten Betonhülle zur Aufnahme des Innendruckes und einer zwischen der Betonhülle und einem gasdichten Stahlbehälter angeordneten Wärmeisolierung, wobei der Stahlbehälter nur für einen Teil des Innendruckes ausgelegt ist und seine Abmessungen so gewählt sind, daß er sich im Betriebszustand über eine Stütz- und Isolierschicht an der Betonhülle abstützt, während bei kaltem und drucklosem Druckbehälter zwischen Stahlbehälter und Betonhülle radiale und axiale Zwischenräume zur Ausdehnung des Stahlbehälters vorgesehen sind.

Ein solcher zylindrischer Druckbehälter ist durch die DE-AS 12 21370 bekannt. Bei diesem bekannten Druckbehälter gestaltet sich allerdings der Einbau des Stahlkessels in den Mantel aus Spannbeton und die Schicht aus Isolierbetonblöcken relativ schwierig. Vor allen Dingen bereitet es Schwierigkeiten, den Spalt in radialer Richtung genau einzustellen, d. h. den Stahlkessei 2 genau zentrisch anzuordnen. Das ist jedoch erforderlich, wenn nicht einzelne Wandbereiche des Stahlkessels während des Aufheizvorganges bzw. während des Betriebes überdehnt bzw. beschädigt werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zylindrischen Druckbehälter für Kernreaktoren der eingangs näher definierten Art so auszubilden, daß die geschilderten Schwierigkeiten vermieden sind, d. h., bei dem die Einstellung der radialen Zwischenräume mit höherer Genauigkeit ermöglicht und damit das Überschreiten der Streckgrenze für den Stahlbehälter an irgendeiner Umfangsstelle sicher vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem zylindrischen Druckbehälter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Stütz- und Isolierschicht zusammen mit dem Stahlbehälter mit bereits vorgesehenen radialen Zwischenräumen in die Betonhülle einsetzbar ausgebildet ist und daß zwischen Stütz- und Isolierschicht und Betonhülle ein Hohlraum zur Aufnahme von Füllbeton vorgesehen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die grundsätzliche Anordnung eines zylindrisehen Druckbehälters nach der Erfindung, schematsich im Aufrißschnitt;

F i g. 2 vergrößert im Detail ein erstes Ausfährungsbeispiel mit einer Pendelstützen aufweisenden Stütz- und Isolierschicht des Druckbehälters nach F i g. 1;

F i g. 3 in noch weitergehender Vergrößerung die Pendelstützenlagerung zur Einstellung des radialen Zwischenraumes für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 im Detail und

Fig.4 ein zweites Ausführungsbeispiel mit anstelle von Pendelstützen verwendeten Bolzen.

Ein Stahlbehälter 1 ist hier im Inneren einer Betonhülle 2 angeordnet. Die Wandstärke des Stahlbehälters 1 ist dabei so gewählt, daß er einen Teil des sich später einstellenden Betriebsdruckes aushalten kann. Er ist mit einem Zwischenraum 3 in radialer Richtung und einem Ausdehnungsspiel 4 in axialer Richtung in dem durch einen Betondeckel 7 verschlossenen, die Betonhülle 2 bildenden Spannbetonbehälter gehalten. Der Betondeckel 7 besitzt Deckeldurchbrüche 13, z. B. für Regelstabantriebe oder Kerninstrumentierung, Stützschrauben 14 zum Vorspannen eines Mehrfachknochenverschlusses 8, der zur Übertragung der Druckkräfte vom Betondeckel 7 auf die Betonhülle 2 dient. Der Deckel 6 des Stahlbehälters 1 ist mit dem Betondeckel verbunden und mit diesem gemeinsam abhebbar. Bei nicht zu vielen Deckeldurchbrüchen ist auch eine montagemäßige Trennung von Stahldeckel 6 und Betondeckel 7 ausführbar.

Der Stahlbehälter 1 wird von einer Stütz- und Isolierschicht 9 umgeben, die sich über eine Schicht Füllbeton 10, in die Kühlrohre 11 eingelassen sind, an der Betonhülle 2 abstützt. Ein seitlicher Rohranschluß 12 ist in dem Schnitt nach F i g. 1 ebenfalls dargestellt.

Bei dieser Anordnung wird bei Inbetriebnahme des Druckbehälters zunächst ein Druck in der Größenordnung von einem Drittel des Nenndruckes in dem Behälter eingestellt Hierdurch weitet sich der Stahlbehälter 1 auf. Wenn anschließend das Innere des Druckbehälters aufgeheizt wird, legt sich die Wandung des Stahlbehälters 1 an die Stütz- und Isolierschicht 9 an und stützt sich über diese und über die Schicht Füllbeton 10 an der Betonhülle 2 ab. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wand des Stahlbehälters 1 noch auf Zug beansprucht. Bei weiterer Steigerung des Druckes und der Temperatur im Innern des Druckbehäilers versucht sich der Stahlbehälter 1 vergebens weiter aufzuweiten. Dies ha· zur Folge, daß die Zugbeanspruchung in der Wand des Stahlbehälters 1 fortlaufend geringer wird und sich — bei entsprechender Wahl der Zwischenräume 3 und 4 — in eine Druckbeanspruchung umwandelt. Durch Wahl der Zwischenräume 3 und 4 hat man es also in der Hand, die Beanspruchung des Stahlbehälters 1 im Betriebszustand des Druckbehälters zu wählen.

Bei der Temperatursteigerung im Kessel wird sich jedoch der Stahlbehälter nicht nur an die Wärmeisolierschicht anlegen, sondern — von unten nach oben in steigendem Maße — an der Wärmeisolierschicht 9 verschieben. Es muß daher neben genauer Einhaltung des Zwischenraumes 3 in radialer und des Zwischenraumes 4 in axialer Richtung gewährleistet sein, daß möglichst geringe Reibungskräfte zwischen der Wärmeisolierschicht 9 und dem Stahlbehälter 1 vorhanden sind.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen und konstruktive Einzelheiten des Druckbehälters sind als Beispiele zur Erfüllung dieser Forderungen in den Fig.2 bis 4 dargestellt. In diesen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen. Die Stütz- und Isolierschicht 9 besteht bei dem Schnittbild nach F i g. 2 aus Pendelstützen 17, die jeweils zwischen einer äußeren Stützplatte 16 und einer inneren Stützplatte 15 gehalten sind. Je eine Dichtmembran 22, 23 sind als zusätzliche Sicherung gegen das Austreten radioaktiven Materials vorgesehen. Zur Einstellung des Zwischenraumes 4 in axialer Richtung sind am oberen Teil des Stahlbehälters 1 Stützringe 19 vorgesehen, die in dem gezeichneten, kalten und drucklosen Zustand des Druckbehälters mit Abstand voneinander gehalten sind. Sie sind überbrückt durch torusförmige Ausdehnungselemente 5, die in torusförmigen öffnungen in den Stützringen 19 gehalten sind. Die inneren Stützplatten 15 liegen an Mitnehmerringen 18 an, so daß sie sich gegenüber dem Stahlbehälter 1 nicht verschieben können. Die äußeren Stützplatten 16 sind fest mit dem Füllbeton 10 verbunden.

Die Ausbildung und Halterung der Pendelstützen 17 ist im einzelnen in F i g. 3 zu erkennen. An dem Stahlbehälter 1 liegt die innere Stützplatte 15 im Betriebszustand an. An der Stoßstelle zwischen Stahlbehälter 1 und der inneren Stützplatte 15 weist diese Eindrehungen auf, so daß sich Hohlräume ergeben, die zur Wärmeisolierung beitragen. Mit der inneren Stützplatte 15 ist ein Innenlochblech 26 fest verbunden. Vor Einbringen des Stahlbehälters 1 wird die Stütz- und Isolierschicht 9 am Umfang des Stahlbehälters 1 befestigt und gemeinsam mit diesem in die Betonhülle 2 eingesetzt. Außerdem wird mit Hilfe einer Montageschraube 30 das Innenlochblech 26 mit dem Außenstützblech 28 verschraubt, das über ein Halteblech 32 mit der äußeren Stützplatte 16 verbunden ist. Die Pendelstützen 17 sind in öffnungen des Außenstützbleches 28 und eines Außenlagerbleches 27 gehalten und ragen durch Öffnungen im Innenlochblech 26 hindurch. Die Pendelstützen sind dabei etwas kürzer als der Abstand zwischen der inneren und äußeren Stützplatte. Einzelne der Pendelstützen 17 sind aus zwei Teilen hergestellt, die über ein Gewinde 29 miteinander verschraubt sind. Die beiden Teile einer derartigen Pendelstütze 17 besitzen dabei zusammen die gleiche Länge wie die übrigen Pendelstützen. Sie weisen jedoch in dem in Fig.3 dargestellten Zustand vor Einbau des Stahlbehälters 1 in die Betonhülle 2 eine größere Länge auf, da die beiden Teile durch das Gewinde 29 einen einstellbaren und so großen Abstand voneinander haben, wie nötig ist, um zwischen Stahlmantel und Betonhülle 2 einen Zwischenraum der gewünschten Größe zu erhalten.

Hierdurch ist es zur Herstellung des Druckbehälters möglich, den Stahlbehälter 1 mit den daran angeschraubten inneren und äußeren Stützplatten in die Betonhülle 2 einzusetzen. Anschließend werden dann die Fugen zwischen benachbarten Außenstützplatten 16 mit Hilfe von Abdeckblechen 33 abgedichtet und der noch bestehende Zwischenraum zwischen der Betonhülle 2 und der äußeren Stützplatte 16 nach eventuellem Einbringen von Kühlrohren mit Füllbeton 10 ausgegossen. Dieses Verfahren ermöglicht es, die beim Herstellen von großen Stahl- und Betonkonstruktionen auftreten-

J₀ den Ungenauigkeiten in Kauf zu nehmen, ohne daß die Genauigkeit der Einstellung des Zwischenraumes zwischen Stahlbehälter und Betonhülle davon beeinflußt wird.
Zwischen der inneren Stützplatte 15 und dem Innenlochblech 26 ist außerdem ein Blechschieber 37 mit Hilfe von Federn 38 gelagert, der dafür sorgt, daß die Pendelstützen 17 immer am oberen Rand der öffnungen in dem Innenlochblech 26 anliegen, wenn diese nicht belastet sind. Hierdurch wird ein Ausarbeiten der öffnungen im Innenlochblech 26 vermieden. Die Isolierwirkung der Stütz- und Isolierschicht 9 wird bei Verwendung von derartigen Pendelstützkonstruktionen durch die zwischen den Pendelstützen 17 vorhandene Luft gewährleistet. Wenn man Wärmeübergang durch Luftzirkulation vermeiden bzw. verringern will, läßt sich in diesen Luftraum eine Isolierung 31, z. B. Aluminiumfolie, einbringen. Da dieser Raum vom Primärmedium des Reaktors abgedichtet ist, können hierzu auch andere, gegen das im Innern des Druckbehälters befindliche Medium empfindliche Isolierstoffe eingesetzt werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausbildung einer gut isolierenden und mit geringen Reibungskräften versehenen Wärmeisolierschicht zeigt F i g. 4. Hier befinden sich zwischen einem Stützkörper 34 und der Außenstützplatte 16 Walzen 35, die in einem Blechkäfig 36 gehalten sind. Zur Gewährleistung des vor Einbau vorzusehenden Zwischenraumes in radialer Richtung können zwischen dem Stützkörper 34 und der äußeren Oberfläche des Stahlbehälters 1 Abstandsstücke angebracht werden, deren Querschnitt so bemessen ist, daß sie — wie das Gewinde 29 in Fig. 3 — die Belastung beim Einbringen des Füllbetons 10 aushalten, aber unter Betriebsdruck des Druckbehälters zusammengedrückt

fe-, werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Zylindrischer Druckbehälter für Kernreaktoren mit einer am Einsatzort herstellbaren, vorgespannten Betonhülle zur Aufnahme des Innendruckes und einer zwischen der Betonhülle und einem gasdichten Stahlbehälter angeordneten Wärmeisolierung, wobei der Stahlbehälter nur für einen Teil des Innendruckes ausgelegt ist und seine Abmessungen so gewählt sind, daß er sich im Betriebszustand über eine Stütz- und Isolierschicht an der Betonhülle abstützt, während bei kaltem und drucklosem Druckbehälter zwischen Stahlbehälter und Betonhülle radiale und axiale Zwischenräume zur Ausdehnung des Stahlbehälters vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Isolierschicht (9) zusammen mit dem Stahlbehälter (1) mit bereits vorgesehenen radialen Zwischenräumen (3) in die Betonhülle (2) einsetzbar ausgebildet ist und daß zwischen Stütz- und Isolierschicht (9) und Betonhülle (2) ein Hohlraum zur Aufnahme von Füllbeton (10) vorgesehen ist.

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Isolierschicht (9) in einem dem vorzusehenden Zwischenraum (3) in radialer Richtung entsprechenden Abstand am Stahlbehälter (1) befestigt ist.

3. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Isolierschicht (9) mit Abstand voneinander zwischen einer Innenstützplatte (15) und einer Außenstützplatte (16) angeordnete Pendelstützen (17) aufweist.

4. Druckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Pendelstützen (17) aus zwei miteinander verschraubten Teilen besteht, die vor Inbetriebnahme des Druckbehälters nicht vollständig aneinanderliegen und so eine um den vorzusehenden Zwischenraum größere Länge aufweisen und daß das die beiden Teile verbindende Gewinde (29) so dimensioniert ist, daß der sich bei der Herstellung des Druckbehälters ergebende Druck von diesem Gewinde aufgenommen werden kann, daß die Festigkeit des Gewindes jedoch nicht ausreicht, um dem Betriebsdruck zu widerstehen.

5. Druckbehälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelstützen (17) in Offnungen eines Außenlagerbleches (27) und eines Außenstützbleches (28) gehalten sind.

6. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Isolierschicht (9) aus einem mit Stegen versehenen Stützkörper (34) besteht, der sich über Walzen (35) an einer Außenstützplatte (16) abstützt.