DE2248426A1

DE2248426A1 - Anordnung in einem kernreaktor zum festspannen einer dampfbehandlungseinheit

Info

Publication number: DE2248426A1
Application number: DE19722248426
Authority: DE
Inventors: Christer Gunnarsson
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1971-10-11
Filing date: 1972-10-03
Publication date: 1973-04-19
Also published as: DE2248426C3; US3793142A; DE2248426B2

Description

PATENTANWÄLTE

63 Gießen, den 21.9.1972 Boe/Sn 11.287

Aktiebolaget ASEA-ATOM, Västeras /Schweden

Anordnung in einem Kernreaktor zum Festspannen einer Dampfbehandlungseinheit

Die Erfindung betrifft eine Anordnung in einem Kernreaktor zum Festspannen der Dampfbehandlungseinheit des Reaktors, die im wesentlichen aus einem Moderatorbehalterdeckel mit daran fixierten Wasserabscheidern und einer Dampftrocknereinheit besteht.

Eine wichtige Forderung beim Betrieb eines Kernreaktors besteht darin, so schnell wie möglich einen Brennstoffwechsel durchführen zu können, da ein solcher u.a. eine Betriebsunterbrechung verursacht» Dabei treten zeitraubende Arbeitsvorgänge auf, u.a. dadurch, daß die Dampftrocknereiriheit und der Moderatorbehalterdeckel miti den Wasserabscheidern je für sich demontiert und montiert werdeijmüssen. Der Anlaß dazu, daß die Dampftrocknereinheit und der Moderatorbehalterdeckel getrennt montierbar angeordnet sind, ist der Wunsch, die Wasserabscheider in regelmäßigen Abständen kontrollieren zu können.

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Die drei Hauptarbeitsvorgänge eines Brennstoffwechsels bestehen aus: 1. Demontierung des Reaktorgefäßdeckels, 2. Demontierung der Dampftrocknereinheit und 3. Demontierung des Moderatorbehälterdeckels mit den Wasserabscheidern und in umgekehrter Reihenfolge bei der Montage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, die es gestattet,

erheblich die Brennstoffwechselzeit iixxxiax^jöjc&bcataöÄXi zu verkürzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der -eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dampftrocknereinheit auf dem Moderatorbehälterdeckel angeordnet ist, daß in dem Reaktorgefäßdeckel Bauteile angeordnet sind, die beim Aufsetzen des Reaktorgefäßdeckels auf dem Reaktorgefäß eine die Dampfbehandlungseinheit gegen den Moderatorbehälter drückende Kraft ausüben.

Mitfels der Anordnung nach der Erfindung können die Arbeitsvorgänge 2 und 3 gleichzeitig ausgeführt werden. Die Anordnung enthält keine mechanischen Schraubverbindungen, was bei den Arbeitsvorgängen 2 und 3 zu. einer Zeitersparnis von 97 % führt. DieJAnordnung ermöglicht außerdem ein separates Abheben der Dampftrocknereinheit von der Dampfbehandlungseinheit.

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Schließlich gewinnt man den Vorteil, daß eine zuvor erforderliche Schraubverbindung zwischen Moderatorbehälter und Moderatorbehälterstativ in einer Tiefe von ungefähr 25 m im Reaktorgefäß ganz oder teilweise überflüssig wird, da die durch die Anordnung gemäß der Erfindung erzeugte Einspannkraft auch für diese Einspannung ausreicht.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden« Es zeigen

Fig« 1 den oberen Teil eines Reaktorgefäßes, teilweise " im Schnitt, mit der mittels einer Anordnung gemäß der Erfindung eingespannten Dampfbehandlungseinheit,

Fig« 2 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig« 3,

Fig· 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2,

Fig« 4 ein Detail C aus Fig„ 3,

Fig, 5 einen Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 4,

Fig« 6 eine vorteilhafte Ausführungsform der in das

Balkenpolygon der Anordnung eingehenden Balken,

Fig« 7 ein Diagramm, in dem die Einspannungskraft der

Dampfbehandlungseinheit und die Beanspruchung auf

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die Balken als Funktion der Temperatur eingetragen ist.

8 eine alternative Ausfuhrungsform der Anordnung gemäß der Erfindung in einem Reaktorgefäß und

Fig, 9 bis 12 Details der alternativen Ausführungsforra nach Fig. 8.

Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines Reaktors» teilweise im Schnitt» Er besteht aus einem Reaktorgefäß 1 mit einem Reaktorgefäßdeckel 2« In dem Reaktorgefäß *1 befindet sich ein Moderatorbehälter 3 mit einem Reaktorkern (nicht gezeigt) und über dem Reaktorherd ein Kerngitter 4, Der Moderatorbehälter 3 hat einen oberen Verschluß, einen Moderatorbehälterdeckel 5 mit einem Ringstativ 6, Auf dem und durch den Moderatorbehälterdeckel 5 sind Wasserabscheider 7 angeordnet, von denen nur einige in der Figur dargestellt sind. Oben auf dem Ringstativ 6 ist die Dampftrocknereinheit 8 mit den Dampftrocknerelementen 81, 82 usw« angeordnet, von denen nur einige in der Figur gezeigt sind«

In dem Reaktorgefäßdeckel 2 sind horizontale Balken 10 angeordnet, vorzugsweise polygonal. Diese Balken 10 werden von den oberen Flächen der Dampftrocknereinheit 8 beim Aufsetzen des Reaktorgefäßdeckels 2 auf das Reaktorgefäß beeinflußt» Die Reaktionskraft von den Balken 10 wird auf vertikale Pfeiler 11 (siehe Fig. 6) übertragen, die mit der Dampftrocknereinheit 8 zusammengebaut sind. Die oberen Enden der Pfeiler 11

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sind durch einen Ring 112 miteinander verbundene Auf dem Ring 112 sind Gabeln 113 vorhanden. Bei einer evtl«, Beschädigung der Dampfleitung 15 wird die Dampftrocknereinheit 8 an der Bruchstelle einem Unterdruck ausgesetzte Dieser Unterdruck verursacht eine radiale Kraft, die auf die Dampftrocknereinheit 8, den Moderatorbehalterdeckel 5 und den Moderatorbehälter 3 wirkt. Diese radiale Kraft soll im wesentlichen von der Reaktionskraft der Balken 10, multipliziert mit dem vorliegenden Reibungskoeffizient, aufgenommen werden.

Da der Reibungskoeffizient schwer zu berechnen ist, läßt man die Dampftrocknereinheit 8 gleiten, bis die Gabeln 113 auf die Balken 10 treffen. Die beim Gleiten entstehende Energie wird von den Balken 10 aufgenommen«

Die Balken 10 sind an ihren Enden an dem Reaktorgefäßdeckel 2 fixiert. Die Dampftrocknereinheit 8 kann mittels einer Bolzenverbindung an der Stelle 12 in Fig_e 1 mit dem Moderatorbehälterdeckel 5 verbunden sein; sie kann auch ohne irgendeine fixierende Verbindung auf demselben angeordnet werden.

In dem Reaktorgefäßdeckel 2 ist außerdem ein Kühlsystem 14 angeordnet.

In den Fig_e 2 bis 5 ist gezeigt, wie die Balken in zweckmäßiger Weise an dem Reaktorgefäßdeckel 2 befestigt sind«,

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Die Balkenenden 101 liegen auf Konsolen 13, die in dem Reaktorgefäßdeckel 2 eingeschweißt sind und deren Form aus den Fig. 2, 3, b und 5 hervorgeht» Die Stirnfornt 131 ist zweckmäßigerweise an den Konsolen 13 festgeschraubt, um eine evtl. Demontage sowie die Wartung der Balken 10 und ihrer Enden 101 zu ermöglichen« Um den spezifischen Oberflächen-druck zwischen den Balken 10 und den Konsolen 13 bei der elastischen Verformung der Balken 10 zu verringern, sind runde Schalen 132 zwischen den Balkenenden 101 und den Konsolen 13 angeordnet» Die beiden Balkenenden 101 ruhen auf jeder Konsole 13 und sind durch einen Anschlag 133 voneinander getrennt, der das jeweilige Balkenende 101 in seiner richtigen Lage fixiert.

Fig· 6 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des Balkens 10, Der Balken hat eine größere Querschnittsfläche in seinem mittleren Abschnitt, um eine optimale Dimensionierung der Beanspruchung und der Federkonstanten der Balken 10 zu erhalten«

Fig· 7 zeigt ein Diagramm, das die Festspannkraft A (Mp) für die Dampfbehandlungseinheit und die Beanspruchung B (kp/mm ) des Balkens als Funktion der Temperatur T (⁰C) beschreibt. Im Anschluß an diese Figur wird die Wirkungsweise der Anordnung gemäß der Erfindung beschrieben.

Der Moderatorbehälterdeckel 5 (mit Ringstativ 6 und Wasserabscheider 7) und die Dampftrocknereinheit 8 (mit oder ohne

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Bolzenverbindung bei 12) werden "lose" auf den Moderatorbehälter 3 gestellt. Der Reaktorgefäßdeckel 2 ist hierbei demontierte Diese Dampfbehandlungseinheit (Moderatorbehälterdeckel 5 mit Ringstativ 6 und Wasserabscheidern 7 sowie Dampfjbrocknereinheit 8 mit Pfeiler 11) verursacht dabei einen Druck auf den Moderatorbehälter 3 über das Kerngitter 4, welcher Druck von dem Eigengewicht A.. der Dampfbehandlungseinheit bestimmt wird und wobei die Beanspruchung B^ des Balkens Null ist.

Danach wird der Reaktorgefäßdeckel 2 mit den Balken 10 montiert, wobei der Abstand zwischen der Dampftrocknereinheit 8 und den Balken 10 so bemessen wird, daß die Balken 10 elastisch verformt werden, d_#h„ eine gewisse Vorspannung auf sie ausgeübt wird· Diese Verformungskraft wird auf die Dampfbehandlungseinheit übertragen und bildet zusammen mit dem Eigengewicht die Einspannungskraft k^ für dieselbe, wobei k^ 2A,. und eine Beanspruchung Bp auf die Balken 10 ausgeübt wird« Diese beiden Arbeitsvorgänge werden meistens bei Zimmertemperatur T = + 20 C ausgeführt.

Hierbei kann der Reaktorbetrieb aufgenommen werden, d.h. die Temperatur T nimmt zu, wobei sich die Teile der Dampfbehandlungs· einheit und auch das Reaktorgefäß 1 ausdehnen. Da das Reaktorgefäß aus sogenanntem "schwarzem" Material, Kohlenstoffstahl, besteht und die inneren Teile zweckmäßigerweise aus rostfreiem

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Material bestehen, dessen thermischer Längenausdehnungskoeffizient größer ist als der des Reaktorgefäßes, dehnen sich die inneren Teile des Reaktorgefäßes stärker aus als das Reaktorgefäß selbst. Dies führt dazu, daß die Einspannungskraft A mit der Temperatur T bis zu einem Wert A, steigt, wobei λ-, -ir bAj. bei einer maximalen Betriebstemperatur T max, die etwas unter +300⁰C liegt· Die Beanspruchung B auf die Balken 10 erreicht dabei einen Wert von B* ^ 3B2» Die Binspannungskraft A^ und die Beanspruchung B-* sind hierbei größer als die größte Kraft bzw, Beanspruchung, die bei zugelassenen möglichen Schäden, z.B. Dampfleitungsbruch, vorkommt.

Der Reaktorgefäßdeckel 2 ist auch aus "schwarzem" und die Balken 10 aus rostfreiem Material hergestellt, was dazu führt, daß die Balken 10 aufgrund der verschiedenen Längenausdehnungskoeffizienten sich stärker ausdehnen als der Gefäßdeckel 2. Wenn die Balken 10 wie oben ausgeführt entsprechend von Ap auf A·* verformt werden, entsteht eine Gleitbewegung an den Auflageenden 101 der Balken 10 und die ursprüngliche Länge der Balken 10 verringert sich. Dadurch, daß die Balken 10 aufgrund der Temperaturänderung wachsen und aufgrund der Verformung kleiner werden, wird die Gleitbewegung an den Auflagepunkten kleinstmöglich gehalten. Der Vorteil der Begrenzung der Gleitbewegung ist, daß die Kraft A, multipliziert mit dem Reibungskoeffizienten eine Reibungskraft ergibt, d.h. die Reibungskraft wird in günstiger Richtung beeinflußt.

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Bei einem Brennstoffwechsel wird der Reaktorgefäßdeckel 2 demontiert und auf den Reaktorhallenboden gestellt. Dadurch sind die Balken 10 zwecks Kontrolle und evtl« Wartung leicht zugänglich.

In Fig. 8 wird eine alternative Lösung zu der otiigen Lösung gezeigt. Die Dampftrocknereinheit 8 hat hier solche vertikalen Ausmaße, daß sie nach oben über die Trennfuge 9 zwischen Reaktorgefäß 1 und Reaktorgefäßdeckel 2 hinausragt. Oben auf der genannten Dampftrocknereinheit 8 sind horizontale Balken 10 angeordnet, vorzugsweise in Form eines Polygons. Diese Balken 10 werden in ihrem mittleren Teil von dem Begrenzungsanschlag 11 im Reaktorgefäßdeckel 2 beeinflußt. Die genannten Balken 10 sind mit ihren Enden an der Dampftrocknereinheit befestigt. Die Dampftrocknereinheit 8 kann mittels einer Bolzen-

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verbindung an der Stelle 12 in Fig. 1 mit dem Moderatorbehälterdeckel 5 verbunden sein oder auchohne irgendeinen feste Verbindung auf demselben angeordnet sein.

Fig* 9 zeigt von oben, ohne den Reaktorgefäßdeckel 2, wie die Balken 10 auf der Dampftrocknereinheit 8 angeordnet sind₀

Fig« 10 zeigt durch einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 9 wie die Verbindung zwischen einem Balken 1Qünd der Dampftrocknereinheit 8 ausgeführt werden kann_e Hierbei ruht das Ende des Balkens 10 in einer an der Dampf trocknereinheit -8

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fixierten U-förmigen Befestigung 13, deren Bodenfläche 14 vorzugsweise sphärisch ist, wie durch die gestrichelte Linie in der Figur etwas übertrieben angedeutet«

Fig, 12 zeigt eine vorteilhafte Form des Balkens 10. Dieser hat hier eine größere Querschnittsfläche in seinem mittleren Teil, um eine optimale Dimensionierung der Beanspruchung und der Federkonstanten der Balken 10 zu erhalten.

Fig. 11 zeigt einen Begrenzungsanschlag 11 in dem Reaktorgefäßdeckel 2« Bei Betrieb des Reaktors sollen die Begrenzungsanschläge 11 Verformungskräfte aufnehmen können» Um einen zufriedenstellenden Sicherheitsfaktor zu erhalten, werden die genannten Begrenzungsanschläge zweckmäßigerweise nach der Bruchgrenze der Balken 10 bemessen.

Hinsichtlich der letzten Alternative der Erfindung kann im Anschluß an Fig. 7 eine analoge Betrachtung angestellt werden wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform mit dem Unterschied, daß die Anfangs— oder Vorspannung im letzteren Falle von dem Druck der Begrenzungsanschläge 11 auf die Balken 10 beim Anbringen des Reaktorgefäßdeckels 2 verursacht wird«

Mittels der Anordnung gemäß der Erfindung wird die Dampfbehandlungseinheit immer statisch unter normalem Betrieb und zulässigen Störungen gehalten.

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Die Anordnung gemäß der Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen "begrenzt, sondern kann im Rahmen der beigefügten Patentansprüche variiert werden·

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Claims

Patentansprüche:

1J Anordnung in einem Kernreaktor zum Festspannen der Dampfbehandlungseinheit des Reaktors, die im wesentlichen aus einem Moderatorbehälterdeckel mit daran fixierten Wasserabscheidern und einer Dampftrocknereinheit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampftrocknereinheit auf dem Moderatorbehälterdeckel (5) angeordnet ist, daß in dem Reaktorgefäßdeckel (2) Bauteile angeordnet sind, die beim Aufsetzen des Reaktorgefäßdeckels auf dem Reaktorgefäß (1) eine die Dampfbehandlungseinheit gegen den Moderatorbehä.lter (3) drückende Kraft ausüben.

2, Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Bauteile aus elastisch verformbaren Balken (10) bestehen, die an ihren Enden an dem Reaktorgefäßdeckel (2) fixiert sind.

3, Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken (10) so angeordnet sind, daß sie zusammen zumindest einen Polygonzug bilden«

4» Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken (10) in ihren mittleren Abschnitten größere Querschnittsflächen haben,

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5ο Anordnimg nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drückende Kraft ausreichend groß ist, um auch den Moderatorbehälter an dem Moderatorbehälterstativ festzuspannen_e

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeitsabscheidereinheit (7) mittels einer lösbaren Verbindung an dem Moderatorbehälterdeckel (5) befestigt ist.

7e Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Bauteile so bemessen sind, daß die Einspannungskraft auf die Dampfbehandlungseinheit bei Normalbetrieb des Reaktors größer ist als die Kräfte, die aufgrund von Betriebsstörungen in zulässigen Grenzen, wie z.B. Dampfleitungsbruch, auftreten können.

8_e Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über der Dampftrocknereinheit elastische Organe vorhanden sind und daß in dem Reaktorgefäßdeckel (2) Organe angeordnet sind, die auf die genannten elastischen Organe die genannte Kraft ausüben.

9· Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Organe vorzugsweise aus elastisch verformbaren Balken bestehen, die an ihren Enden an der Dampftrocknereinheit befestigt sind.

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10, Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Organe vorzugsweise über der Mitte der Balken angeordnet sind,

11 β Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken so angeordnet sind, daß sie zusammen zumindest
einen Polygonzug bilden,

12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken in ihren mittleren Abschnitten größere Querschnittsflächen haben.

13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Organe so bemessen sind, daß die Binspannungskraft auf die Dampfbehandlungseinheit bei Normalbetrieb des Reaktors größer ist als die Kräfte, die aufgrund von zulässigen Betriebsstörungen, z.B. Dampfleitungsbruch, auftreten können.

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