DE2258226B2 - Kernkraftwerk - Google Patents

Description

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Primärrohrleitungen und Dampferzeuger sowie Haupt-

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derSpannbeton-Druckbehältertechmk ist es

bekannt bei Kernkraftanlagen Komponenten Druckmantel aus koaxial überemander

Tange tial Sutg -gespannten R.ngen besteht. dis dem koaxialen übereinandersetzen m axialer

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/. Kernkraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Spannkabel (22) etwa so lang sind wie die axiale Länge der Komponenten in kaltem Zustand, so daß eine Vorspannung durch die Dehnung bei Erwärmung auf Betriebstemperatur eintritt

8. Kernkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß an den Enden der Komponenten (9) Deckel (20,21) angeordnet sind, an denen die Spannkabel (22) angreifen.

9. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Komponenten (9) gleitend auf ebenen horizontalen Bühnen (34) gelagert sind.

10. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9. gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gehäuse für Dampferzeuger (9).

11. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß etwa von der Zylinderform abweichende Komponenten (8) mit an die Form angepaßten Schalen (36, 37) aus Stahlguß umgeben sind.

40 Behälter-Innenhaut von einem Mantel aus Beton-Segmenten umschlossen wird und die Betonsegmente durch Ξ in Umfangsrichtung und in Sehnennchtung verlaufende Spannkabel zusammengehalten werden. Darüber hinaus ergibt sich bei den vorerwähnten Spannbeton Druckbehältern, daß die Zugänghchkeit zur inneren Dichthaut mit Schwierigkeiten verbunden fst da nach Lösen der axialen Spannkabel die gesamten fet" ringe abgehoben werden müssen oder aber - bei « der Segmente aufweisenden Reaktoranlage -auch uci JtB . , —_:__u .-erlaufenden und auf

gelöst werden müs-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernkraftwerk, in lessen Sicherheitshülle ein Reaktordruckbehälter mit :iner Berstsicherung und mit einem Kühlmittelkreis, der Componenten außerhalb des Reaktordruckbehälters imfaßt, enthalten ist, wobei die Komponenten überwie- »end zylindrisch gestaltet sind.

Ein solches Kernkraftwerk ist bekannt (DT-OS JO 13 985, DT-OS 20 29 100). Hierbei ist das Reaktordruckgefäß von einem als biologischer Schild dienenden Betonmantel mit Spalt umgeben, und auch die ⁵⁶Fs ist ferner ein Kernkraftwerk der eingangs genannten Art bekannt (GB-PS 10 34 866), bei dem darüber hinaus die Komponenten mit einer druckfesten, wärmeisolierenden Umhüllung umgeben sind. Es handelt sich um ein COrgekühltes Kernkraftwerk be. dem das Reaktordruckgefäß und die angeschlossenen « DamDferzeuger von einem Magnesiumoxid-Mantel größtenteils umgeben sind, der jedoch allein keinen Berstschutz bietet. Zwar sind die Dampferzeuger und Primärkreisleitungen auf einem Teil ihrer Lange im biologischen Schild angeordnet, d.es beeinträchtig! jedoch nur die Zugänglichkeit und ist - da nur eir Teilbereich erfaßt wird - für den Berstschutz praktiscr wertlos, der bei der bekannten Anordnung offensteht lieh auch gar nicht beabsichtigt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eir

65 berstgesichertes Kernkraftwerk der eingangs genann

ten Art zu schaffen, bei dem - ohne daß von der relatr

aufwendigen Spannbetonbehälter-Technik Gebraucl

gemacht weiden müßte - ein wirksamer Berstschut:

ler Komponenten und auch eine gute Zugänglichkeit lerselben zwecks Wiederholungsprüfungen gegeben iind, was insbesondere im Hinblick auf die Verwendung ,on Kernkraftwerken in dichter besiedelten Gebieten vcn Bedeutung ist

Gegenstand der Erfindung ist nunmehr ein Kernkraftwerk, in dessen Sicherheitshülle ein Reaktordruckbehälter mit einer Berstsicherung und mit einem Kühlmittelkreis, der Komponenten außerhalb des Reaktordruckbehälters umfaßt, enthalten ist, wobei die Komponenten überwiegend zylindrisch gestaltet und von einer druckfesten, wärmeisolierendtn Umhüllung umgeben sind.

Die gestellte Aufgabe wird hierbei erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die druckfeste, wärmeisolierende Umhüllung aus Ringsegmenten besteht und von äußeren Zylindern aus zugfestem Material umgeben ist. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß durch diese zusammengesetzte Umhüllung sich die Betriebssicherheit eines Kernkraftwerkes erheblich erhöhen läßt, ohne daß ein unwirtschaftlicher Aufwand getrieben werden müßte. Die Verwendung eines wärmeisolierenden Materials ist bei Kühlmittelleitungen von Kernkraftwerken ohnehin notwendig. Nutzt man dieses wärmeisolierende Material mit Hilfe der druckfesten Ausbildung gemäß der Erfindung zum Auffangen von Bruchstücken und zum Begrenzen eventuell auftretender Berstrisse, so wird diese Funktion ohne große zusätzliche Kosten zu erreichen sein. Die äußeren Zylinder aus zugigstem Material brauchen dabei nur noch den radialen Halt für die Wärmeisolierung zu geben, wobei die entstehenden mechanischen Spannungen relativ klein sind, weil die Ringsegmente die Kräfte großflächig in die Zylinder einleiten.

Die Ringsegmente können vorteilhaft aus Isolierbeton bestehen, wodurch ohne weiteres neben der Wärmeisolierung die gewünschte Druckfestigkeit erhalten wird. Sie sind zweckmäßig einzeln mit Blech unkleidet, damit die Hantierbarkeit verbessert wird. Günstig kann es sein, die Ringsegmente in Stufen überlappend anzuordnen, weil dadurch die Bildung von Spalten vermieden werden kann, die z.B. eine Strahlungsabschirmung beeinträchtigen. Für die mechanische Schutzwirkung kann es aber auch schon ausreichen, wenn die Ringsegmente stumpf gegeneinanderstoßen.

Die zugfesten Zylinder bestehen vorzugsweise aus Stahl. Wesentlich für eine einfache Montage und leichte Demontierbarkeit, z. B. für die sogenannten Wiederholungsprüfungen ist, daß die Zylinder zusammengenommen eine kleinere axiale Länge aufweisen als die Komponenten. Man kann die Zylinder dann zusammenschieben, so daß der Ausbau einzelner Ringsegmente für Wiederholungsprüfungen ohne den AbHau der Berstsicherung als Ganzes möglich wird.

Die Umhüllung kann vorteilhaft axial verlaufende Spannkabel aufweisen, die gleichmäßig um den Umfang der Umhüllung verteilt sind. Mit diesen Spannkabeln können auch Berstkräfte aufgenommen werden, die von den zylindrisch geformten Komponenten nicht in radialer, sondern in axialer Richtung ausgeübt werden. Besonders günstig ist es dabei, die Spannkabel etwa so lang wie die axiale Länge der Komponenten im kalten Zustand zu bemessen, so daß eine Vorspannung durch die Dehnung bei Erwärmung auf Betriebstemperatur eintritt. Auf diese Weise kann man die Montage ohne großen Kraftaufwand ausführen und erhält trotzdem eine entlastende Vorspannung der Komponenten. Dur-jh eine ähnlich günstige Vorbeanspruchung der druckfesten Ringsegmente läßt sich unter Umständen auch die radiale Festigkeit erhöhen. Zweckmäßig sind an den Enden der Komponenten Deckel angeordnet, an denen die Spannkabel angreifen. Die Deckel können die Kraft gleichmäßig auf die Stirnseiten der Komponenten und gegebenenfalls der Ringsegmente übertragen.

Im Hinblick auf die erwähnten Wärmedehnungen ίο empfiehlt es sich, die Komponenten gleitend auf ebenen horizontalen Bühnen zu lagern. Dabei kann man die Stützkräfte über die druckfeste Umhüllung übertragen. Zur Verringerung der Reibung kann man Wälzlager, schwenkbare Stützkörper od. dgl. vorsehen. Für den Fall, daß nicht alle Komponenten zylindrisch gestaltet und mit der vorstehend beschriebenen Berstsicherung versehen werden können, lassen sich von der Zylinderform abweichende Komponenten, wie z. B. Rohrverzweigungen, mit angepaßten Schalen aus Stahlguß als zugfeste Umhüllung umgeben. Hierdurch kann man alle druckführenden Teile des Primärkreises von Kernreaktoren, insbesondere von Druckwasserreaktoren, so einschließen, daß auch bei dem größten anzunehmenden Unfall keine Radioaktivität nach außen gelangen kann, weil die Komponenten bei einem Bruch in der Umhüllung so festgelegt sind, daß eine Beschädigung der Schutzhülle, die das Kernkraftwerk einschließt, mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

In den F i g. I und 2 ist in zwei zueinander senkrechten Vertikalschnitten etwas vereinfacht die kugelförmige, aus Stahl bestehende Sicherheitshülle 1 eines Druck wasser-Leistungsreaktors zu sehen. Die Sicherheitshülle t umschließt den stählernen Reaktordruckbehälter 2, der in der Reaktorgrube 3 eines Betonzylinders 4 untergebracht ist. Vom Reaktordruckbehälter 2 führen Hauptkühlmittelleitungen 5 und 6 zu einer von einem Elektromotor 7 angetriebenen Hauptkühlmittelpumpe 8 einerseits und einem Dampferzeuger 9 andererseits.

Hauptl'.tihimittelpumpe und Dampferzeuger, Reaktordruckbehälter und Hauptkühlmittelleitungen, die zusammen den Kühlmittelkreis des Reaktors bilden, sind von einem größeren Betonzylinder 10 umschlossen, der die Aufgabe hat, bei einem Bruch des Reaktordruckbehälters oder anderer Komponenten des Kühlmittelkreises umherfliegende Teile aufzufangen, damit die Sicherheitshülle t nicht beschädigt werden kann. Zu dem gleichen Zweck ist die erfindungsgemäße Umhüllung 11 der Komponenten vorgesehen, die in den F i g. und 4 in größerem Maßstab am Beispiel des Dampferzeugers näher dargestellt ist.

Der Dampferzeuger 9, von dem im wesentlichen nur das äußere im wesentlichen zylindrische Gehäuse gezeichnet ist, ist mit Ringen 14 aus wärmeisolierendem, druckfestem Material umgeben, die mit Stufen 16 in Längsrichtung des Dampferzeugers ineinandergeschachtelt sind.
Die Ringe 14 sind mit ihrer Innenseite der Oberfläche

6o Die runge it muu um im ... .....

des Dampferzeugers 9 angepaßt, während die Außenseite über die ganze Höhe des Dampferzeugers gleichmäßig zylindrisch gestaltet ist. Jeder Ring besteht aus fünf Ringsegmenten, die zusammen um den

65 Umfang des Dampferzeugers 9 reichen. Das wärmeisolierende Material der Ringsegmente 15 ist Beton, der durch Gaseinschlüsse besonders wärmeisolierend gestalte ist, aber dennoch eine hohe Druckfestigkeit

aufweist. Auf der Außenseite der Ringsegmente 15, die eine als Gießform dienende Blechhülle 12 aufweisen, sind äußere Zylinder 17 aus zugfestem Material angebracht. Beim Ausführungsbeispiel sind dies Stahlringe 18, die in Form einer Drahtbandage über die Außenseite der druckfesten Ringsegmente 15 reichen, obwohl sie der Übersichtlichkeit halber nur im Bereich einer Fuge zwischen zwei benachbarten Ringen gezeichnet sind. Die Ringe haben beim Ausführungsbeispiel einen quadratischen Querschnitt und sind im Abstand einer Kantenlänge voneinander angeordnet.

Am oberen und unteren Ende des Dampferzeugers 9 ist je eine Stahlplatte 20 und 21 aufgesetzt, die der Form der Stirnseiten des Dampferzeugergehäuses weitgehend angepaßt ist. Die beiden Stahlplatten 20 und 21 sind mit Hilfe von Spannseilen 22 und Muttern 23 miteinander verbunden. Die Länge der Stahlseile 22 ist so bemessen, daß der sich bei Erwärmung ausdehnende Dampferzeuger die Stahlseile unter eine geeignete Zugvorspannung setzt. Mit geeignet ist vorzugsweise der Bereich gemeint, in dem die Druckspannungen, die als Reaktionskräfte im Gehäuse des Dampferzeugers entstehen, den Spannungen gleichen, die vom Innendruck des Dampferzeugers ausgeübt werden. Auf diese Weise kompensiert die von den Stahlseilen 22 aufgebrachte Haltekraft den Innendruck im Dampferzeuger.

Der Schnitt nach der Fig.4 verläuft im Bereich der Hauptkühlmittelleitungen und zeigt, daß die Anschlüsse an dem Dampferzeuger zwischen den wärmeisolierenden Ringsegmenten liegen, damit auch die Anschlußleitungen abgedeckt sind. Die Stoßflächen der Ringsegmente sind den Konturen der Anschlußleitungen angepaßt, auf denen Stahlringe 24 zur Anbringung von Spanngliedern sitzen.

Aus Fi g. 3 wird ersichtlich, daß ein Mannloch 25, das den Zutritt zu dem Primäreinlaß und -auslaß des Dampferzeugers S ermöglicht, mit einem Stutzen 26 durch eine Bohrung der Stahlplatte 21 geführt und unterhalb dieser mit einem Deckel 27 verschlossen ist. Mithin ist dieser Teil des Dampferzeugers zugänglich, ohne daß die erfindungsgemäße Berstsicherung gelöst werden muß.

In F i g. 5 ist in einem Schnitt durch den oberen Teil des Dampferzeugers gezeigt, daß die Spannkabel 22 gleichmäßig um den Umfang des Dampferzeugers 9 verteilt sind. Sie liegen in der dem Dampferzeuger zugekehrten Hälfte innerhalb der Ringsegmente 15 aus wärmeisolierendem Material. Beim Ausführungsbeispiel sind sie in zwei Reihen angeordnet. Sie können aber auch in anderer Gruppierung vorgesehen werden. Zweckmäßig ist jedoch die Anordnung in der Nähe des Dampferzeugers, damit die von diesem ausgehende Vorspannung ohne große Biegemomente in den

:o Deckelplatten 20, 21 auf die Spannkabel 22 übertragen wird.

In Fig.6 ist in einem Ausschnitt die Umhüllung der Leitung 6 zwischen dem Reaktordruckbehälter 2, der vom Beton 4 umgeben ist, und dem Dampferzeuger 9 zu sehen. Man erkennt, daß die Leitung 6 ebenfalls .mit Ringsegmenten 30 aus Isolierbeton, also einem wärmeisolierenden, druckfesten Material umgeben ist, die mit einer äußeren zugfesten Ringbewehrung 31 umschlossen sind. Durch äußere Zugelemente 32 werden Reaktordruckbehälter und Dampferzeuger in Längsrichtung der Rohrleitung 6 miteinander verbunden, so daß große Verlagerungen ausgeschlossen sind. Zulässig sind nur Wärmedehnungen, die wegen einer Gleitschicht 33 zwischen der Deckelplatte 21 des Dampferzeugers 9 und dessen Stützbühne 34 ohne nennenswerte Kräfte erfolgen.

Für den Fall komplizierter Verzweigungen oder anderer stark vom Zylindrischen abweichender Formen der Komponenten des Primärkühlkreises werden die nach der Erfindung ausgebildeten Umhüllungen durch geteilte Abdeckungen 35 aus Metall, insbesondere in Form von Gußstücken ergänzt. Die Gußstückhälften 36 und 37, die beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 und 8 die Pumpe 8 einschließen, sind mit Hilfe von Flanschen 41 und Schrauben 42 zusammengepreßt. An den Enden sind weitere Flansche 45 vorgesehen, die mit den Teilen 36 und 37 aus einem Stück bestehen können. An diesen Flanschen 45 können die Spannglieder für die Aufbringung der Zugspannung auf benachbarten Teilen der Umhüllung angreifen, die wieder in der vorstehend geschilderten Weise aus wärmeisolierendem, druckfestem Material und aus einer äußeren zylindrischen zugfesten Umhüllung hergestellt sind. Unter Umständen kann auch eine der Schalenhälften durch eine Stützfläche im Beton der Zylinder 4 oder 10 ersetzt sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: .5

1. Kernkraftwerk, in dessen Sicherheitshülle ein Reaktordruckbehälter mit einer Berstsicherung und mit einem Kühlmittelkreis, der Komponenten außerhalb des Reaktordruckbehälters umfaßt, enthalten ist, wobei die Komponenten überwiegend zylindrisch gestaltet und mit einer druckfesten, wärmeisolierenden Umhüllung umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die druckfeste, wärmeisolierende Umhüllung (U) aus Ringsegmenten (15) besteht und von äußeren Zyindern (17) aus zugfestem Material umgeben ist

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadarch gekennzeichnet daß die Ringsegmente (15) aus Isolierbeton bestehen.

3. Kernkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (15) mit Blech (12) umkleidet sind.

4. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ringsegmente (15) in Stufen (16) überlappen.

5. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die zugfesten Zylinder (17) aus Stahl bestehen und zusammengenommen eine kleinere axiale Länge aufweisen als die Komponenten.

6. Kernkraftwerk nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Umhüllung (11) axial verlaufende Spannkabel (22) aufweist, die gleichmäßig um den Umfang der Umhüllung verteilt