DE2248426C3

DE2248426C3 - Anordnung in einem wassergekühlten Kernreaktor zum Festspannen der Dampfbehandlungseinheit

Info

Publication number: DE2248426C3
Application number: DE2248426A
Authority: DE
Inventors: Christer Vaesteraas Gunnarsson (Schweden)
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1971-10-11
Filing date: 1972-10-03
Publication date: 1978-07-13
Also published as: DE2248426B2; DE2248426A1; US3793142A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung in einem wassergekühlten Kernreaktor zum Festspannen der Dampfbehandlungseinheit gemäß dem Oberbegriff des

Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der Druckschrift »Quad - Cities Station Units ! and 2, Safety Analysis Report, Volume I« 1968, Seite 13-2 (Fig. 3, 6,1).

Eine wichtige Forderung beim Betrieb eines Kernreaktors besteht darin, einen Brennstoffwechsel möglichst schnell durchführen zu können, da ein solcher eine unerwünschte Betriebsunterbrechung darstellt Bei der aus der obengenannten Druckschrift bekannten Anordnung sind bei einem solchen Brennstoffwechsel folgende Arbeitsgänge erforderlich: 1. Es wird der Reaktorgefäßdeckel demontiert. 2. Es wird die Dampftrocknereinheit demontiert, wobei Bolzen gelöst werden müssen, mit welchen die Dampftrocknereinheit an Konsolen der Reaktorgefäßwand befestigt ist. 3. Es müssen die Schrauben des Moderatorgefäßdeckels gelöst werden und dieser Deckel dann zusammen mit dem Wasserabscheider herausgehoben werden. Entsprechend umständlich gestaltet sich der Wiederzusammenbau des Reaktors navh dem Brenn-Stoffwechsel. Der Grund dafür, daß die Dampftrocknereinheit und der Moderatorbehälterdeckel getrennt montierbar angeordnet sind, besteht in dem Wunsch, die Wasserabscheider in regelmäßigen Abständen kontrollieren zu können.

Aus der DE-OS 16 39 183 ist es für sich bekannt, daß die Dampftrocknereinheit auf dem Moderatorbehälterdeckel ruht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Montage bei einem Brennstoffwechsel wesentlich einfacher und zeitsparender durchführbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß nach Abnähme des Reaktorgefäßdeckels die oben beschriebenen Arbeitsvorgänge 2 und 3 gleichzeitig ausgeführt werden können. Wegen des Wegfalls der mechanischen Schraubverbindungen erreicht man bei den Arbeitsvorgängen 2 und 3 gegenüber der bekannten Anordnung eine Zeitersparnis von 97%. Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht außerdem ein getrenntes Abheben der Dampftrocknereinheit von der Dampfbehandlungseinheit.

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

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 den oberen Tei! eines Reaktorgefäßes, teilweise im Schnitt, mit der mittels einer Anordnung gemäß der Erfindung eingespannten Dampfbehandlungseinlieit, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie B-B in F i g. 3,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in F i g. 2, F i g. 4 ein Detail Caus F i g. 3,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie D-D in F i g. 4,

F i g. 6. eine vorteilhafte Ausführungsform der in das Balkenpoiygon der .Anordnung eingehenden Balken,

F i g. 7 ein Diagramm, in dem die Einspannu.-.gskratt der Dampfbehandlungseinheit und die Beanspruchung auf die Balken als Funktion der Temperatur eingetragen ist,

F i g. 8 eine alternative Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung in einem Reaktorgefäß und

Fig.9 bis 12 Details der alternativen Ausführungsform nach F i g. 8.

F i g. 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 Ring^tativ 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 Il (s. Fig.6) übertragen, die mit der Dampftrocknereinheit 8 zusammengebaut sind. Die oberen Enden der Pfeiler 11 sind durch einen Ring 112 miteinander verbunden. Auf dem Ring 112 sind Gabeln 113 vorhanden. Bei einer eventuellen Beschädigung der Dampfleitung 15 wird die Dampftrocknereinheit 8 an der Bruchstelle einem Unterdruck ausgesetzt. Dieser Unterdruck verursacht eine radiale Kraft, die auf die Dampftrocknereinheit 8, den Moderatorbehälterdeckel 5 und den Moderatorbehälter 3 wirkt. Diese radiale Kraft soll im wesentlichen von der Reaktionskraft der Balken 10, multipliziert mit dem vorliegenden Reibungskoeffizicnl, 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 iii,^-cn Enden an dem Reaktorgefäßdeckel 2 fixiert. Die Dampftrocknereinheit 8 kann mittels einer Bolzenverbindung an der Stelle 12 in F i g. I 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 F i g, 2 bis 5 ist gezeigt, wie die Balken in zweckmäßiger Weise an dem Reaktorgefäßdeckel 2 befestigt sind.

Die Balkenenden 101 liegen auf Konsolen 13, die in dem Reaktorgefäßdeckel 2 eingeschweißt sind und deren Form aus den F i g. 2, 3, 4 und 5 hervorgeht. Die Stirnfront 131 ist zweckmäßigerweise an den Konsolen 13 festgeschraubt, um eine eventuelle Demontage sowie die Wartung der Balken 10 und ihrer Enden 101 zu ermöglichen. Um den spezifischen Oberflächendruck 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 '-siden balkencndcn 101 ruhen auf jeder Konsole J3 \<nd sind durch einen Anschlag 133 voneinander getrennt, der das jeweilige Balkenende 101 in seiner richtigen Lage fixiert.

Fig.6 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform iies 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.

F i g. 7 zeigt ein Diagramm, das die Fesisparinkraft A (Mp) für die Dampfbehandlungseinheit und die Beanspruchung B (kp/mm²) 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 Bolzenverbindung bei 12) werden »lose« auf den Moderatorbehälter 3 gestellt. Der Rr-aktorgefäßdeckel 2 ist hierbei demontiert. Diese Dampfbehandlungseinheit (Moderatorbehälterdeckel 5 mit Ringsv.ttiv 6 und Wasserabscheidern 7 sowie Dampftrocknereinheit 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 Damptrocknereinheit 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 übenragen und bildet zusammen mit dem Eigengewicht die Einspannungskraft Ai für dieselbe, wobei Ai » 2A\ und eine Beanspruchung Bi auf die Balken 10 ausgeübt wird. Diese beiden Arbeitsvorgänge werden meistens bei Zimmertemperatur T= + 20°C ausgeführt.

Hierbei kann der Ueaktorbetrieb aufgenommen werden, d, h, die Temperatur Γ nimmt zu, wobei sich die Teile der Dampfbehandlungseinhei! und auch das Reaktorgefäß 1 ausdehnen. Da das Reaktorgefäß aus sogenanntem »schwarzem« Material, Kohlenstoffstahl, besteht und die inneren Teile zweckmäßigerweise aus rostfreiem Material bestehen, dessen thermischer Liingenausdehnungskoeffizient größer ist als der des Reaktorgefäßes, dehnen sich die inneren Teile des Reaktorgefäßes stärker aus als das Reaktorgefäß selbst. Dies

führt dazu, daß die Einspanmingskraft A mit der Temperatur This bis zu einem Wert A\ steigt. /Ii * 4 l· 4/\i bei einer maximalen Betriebstemperatur 7"max, die etwas unter + 3OCT C liegt. Die Beanspruchung Π auf die Balken 10 erreicht dabei einen Wert von /Ji * Mh. Die Finspannungskraft Ai und die Beanspruchung lh sind hierbei größer als die größte Kraft bzw. Beanspruchung, die bei zugelassenen möglichen Schaden, z. H. Dampfleitungsbruch, vorkommt.

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

Bei einem Brennstoffwechsel wird der Reaklorgefäßdeckel 2 demontiert und auf den Reaktorhallenboden gestellt. Dadurch sind die Balken 10 zwecks Kontr^'lc und eventuell Wartung leicht zugänglich.

In F i g. 8 wird eine alternative Lösung zu der obigen Lösung gezeigt. Die Dampftrocknereinheit 8 hat hier solche vertikalen Ausmaße, daß sie nach oben über die Trennfuge 9 zwischen ReaktorgefäD 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 8 befestigt. Die Dampftrocknereinneit 8 kann mittels einer Bolzenverbindung an der Stelle 12 in F i g. I mit dem Modetatorbehälterdekkcl 5 verbunden sein oder auch ohne irgendeine feste Verbindung auf demselben angeordnet sein.

F i g. 9 zeigt von oben, ohne den Reaktorgcfäßdeckcl 2. wie die Balken 10 auf der Dampftrockncrcinhcit 8 angeordnet sind.

I· ig. 10 zeigt durch einen Schnitt längs der Linie Il in F i g. 9. wie die Verbindung zwischen einem Balken 10 und der Dampfirocknercinheit 8 ausgeführt «erden

ίο kann. Hierbei ruht das F.nde des Balkens 10 in einer an der Dampftrocknereinheit 8 fixierten U-förmigen Befestigung 13, deren Bodenfläehc 14 vorzugsweise sphärisch ist, wie durch die gestrichelte Linie in der Figur etwas übertrieben angedeutet.

F- i g. 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 BaI

F i g. 11 zeigt einen Begrenzungsanschlag 11 in dem Reaktorgefäßdeckel 2. Bei Betrieb des Reaktors sollen die Begrenzungsanschläge 11 Verformungskräfte aufnehmen können. Um einen zufriedenstellenden Sicher heitsfaktor zu erhalten, werden die genannten Begren zungsanschläge zweckmäßigerweise nach der Bruch grenze der Balken 10 bemessen.

Hinsichtlich der letzten Alternative der Erfindung kann im A Schluß an F i g. 7 eine analoge Betrachtung angestellt werden, wie bei der zuerst beschriebener Ausführungsform mit dem Unterschied, daß die An fangs- oder Vorspannung im letzteren Falle von den-Druck der Begrenzungsanschläge Ii auf die Balken 10 beim Anbringen des Reaktorgefäßdeckels 2 verursach! wird.

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

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

Hierzu 9 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung in einem wassergekühlten Kernreaktor, dessen Reaktorgefäß einen abnehmbaren Deckel aufweist, zum Festspannen der Dampfbehandlungseinheit des Reaktors, die im wesentlichen aus einem Moderatorbehälterdeckel mit daran fixierten Wasserabscheidern und einer oberhalb der letzteren angeordneten Dampftrocknereinheit besteht, welche mit Hilfe von Bauteilen in ihrer Lage in bezug auf den Reaktorgefäßdeckel festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampftrocknereinheit (8) auf dem Moderatorbehälterdeckel (5) ruht und daß die Bauteile im Reaktorgefäßdeckel (2) beim Aufsetzen desselben auf das Reaktorgefäß (1) eine die Dampfbehandlungseinheit gegen den Moderatorbehälter (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 als an ihren Eindabschr^:uen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drükkende Kraft ausreichend groß ist um auch den Moderatorbehälter an dem Moderatorbehälterstativ festzuspannen.

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

7. 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 auf Grund von Betriebsstörungen in zulässigen Grenzen, wie z. B. Dampfleitungsbruch, auftreten können.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über der Dampftrocknereinheit (8) 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 (8) befestigt sind.

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

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken so angeordnet sind, daß sie zusammen zumindest einen Polygon/.ug bilden.

IZ Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken in ihren mittleren Abschnitten größere Querschnittsflächen haben als an ihren Endabschnitten.

13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Organe so bemessen sind, daß die Einspannungskraft auf die Dampfbehandlungseinheit bei Normalbetrieb des Reaktors größer ist als die Kräfte, die auf Grund von zultssi-

,o gen Betriebsstörungen, z. B. Dampfleitungsbruch, auftreten können.