DE2341489A1

DE2341489A1 - Kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE2341489A1
Application number: DE19732341489
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Kraupa
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE2341489B2; DE2341489C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einem Reaktordruckbehälter und einem mit diesem über eine Rohrleitung verbundenen Primärkühlkreisteil, der große Abmessungen quer zu der Rohrleitung aufweist (Längsachse) und quer zu dieser Längsachse in zwei weit auseinander liegenden Ebenen abgestützt ist, von denen die eine von der Rohrleitung entfernt ist. Die Erfindung ist insbesondere für Druckwasserreaktoren gedacht, bei denen der Primärkühlkreis unter hohem Druck stehendes Wasser enthält und Dampferzeuger als besonders große (lange) und schwere Teile umfaßt. Die Erfindung kommt aber auch für andere, zum Beispiel gasgekühlte Reaktoren in Frage, die einen externen, d.h. außerhalb des Reaktordruokbehälters liegenden Primärkühlkreis mit großen Komponenten, zum Beispiel Pumpen, aufweisen.

Bei Kernreaktoranlagen der vorgenannten Art hat man sich bisher bemüht, Wärmedehnungen nachzugeben, die wegen der großen Temperaturdifferenz zwischen kaltem und warmen Zustand (einige 100⁰C) und wegen der großen Abmessungen (Rohrleitungslängen von 10 und mehr Metern) beträchtliche Werte erreichen. Zu diesem Zweck hat man die Anlage nur an einer Stelle, nämlich am Reaktordruckbehälter, festgelegt und die anderen Primärkühlkreisteile am Ende der Rohrleitungen beweglich abgestützt. S¹Ur längliche Teile, insbesondere die Dampferzeuger, werden dabei die Abstützungen beider Ebenen beweglich ausgeführt, so daß eine Parallelverschiebung quer zur Längsachse möglich ist. Diese Ausführung, die Wärmespannungen verhindert, ist aber im Hinblick auf eine sichere Festlegung der Primärkühlkreisteile der Kernreaktoranlage, wie sie für den Fall des größten anzu-

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nehmenden Unfalls wesentlich ist, unbefriedigend, da sichere Abstützungen, die gewisse Bewegungen gestatten, nur sehr kostspielig herzustellen sind. Me Erfindung sucht deshalb eine andere Lösung für den Aufbau einer Kernreaktoranlage der oben genannten Art.

Gemäß der Erfindung ist die τοπ der Rohrleitung entfernte Abstützung in Richtung der Rohrleitung starr ausgeführt. Hierbei wird bewußt davon abgegangen, den Wärmedehnungen frei nachzugeben. Die feste Abstützung soll vielmehr als Schwenk— punkt wirken, um den herum der Primärkreisteil, zum Beispiel der Dampferzeuger, durch die Dehnung der Rohrleitung geschwenkt wird. Dabei erfährt die Rohrleitung selbst eine Yerbiegung entsprechend der Schrägstellung des Dampferzeugers.

Die Erfindung erscheint zunächst als nachteilig, weil die Rohrleitung sich nicht mehr frei dehnen kann, sondern sogar auf Biegung beansprucht wird. Tatsächlich hat sich jedoch gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Abstützung die zu beherrschenden GaU-Kräfte mit so viel geringerem Aufwand aufgenommen werden können, daß eine wesentliche Einsparung erreicht wird, weil erstaunlicherweise gleichzeitig die Ausbildung der Rohrleitung trotz der in Kauf zu nehmenden Durchbiegung nicht verstärkt oder sonst wie verteuert werden muß. Genaue Prüfungen haben nämlich gezeigt, daß bei geeigneten Abmessungen, wie sie etwa später anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung noch näher erläutert werden, in der Rohrleitung bei der Biegung praktisch nur die Längsspannung in der Zug— zone erhöht wird. Hierfür ist die Rohrleitung aber auf Grund des Innendruckes ohnehin ausreichend bemessen.

Bisher war bei der Anwendung der Erfindung in erster Linie von Dampferzeugern die Rede. Daneben kommt die Erfindung aber auch für die Abstützung anderer Primärkühlkreis teile in !Präge, die über nennenswert umfangreiche Rohrleitungen mit dem Reaktordruckbehälter oder ähnlichen festzulegenden Teilen einer Kernreaktoranlage verbunden sind. Zum Beispiel kann es sich

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hierbei tun die Hauptkühlmittelpumpen eines Druckwasserreaktors handeln, die zusammen mit den zugehörigen Antriebsmotoren ebenfalls beträchtliche Abmessungen quer zur Längsrichtung der Rohrleitung aufweisen können. Andere abzustützende Komponenten sind Druckhalter, Druckspeicher usw.

Die starre Abstützung sollte bei der Erfindung möglichst um das 10-fache des Durchmessers der Rohrleitung oder mehr von dieser entfernt sein, damit die Kräfte in der starren Abstützung und die Spannungen bei der Durchbiegung genügend klein sind. Hierbei sind die üblichen Proportionen von Reaktordruckgefäß, Rohrleitung und Dampferzeuger zugrunde gelegt. Bei sehr langen Rohrleitungen kann die Abstützung wegen der größeren Flexibilität an sich auch näher am Rohrleitungsanschluß liegen. Andererseits ergibt die größere Rohrleitungslänge wieder eine noch stärkere temperaturbedingte Veränderung der Rohrleitungslänge. Im allgemeinen wird man jedoch die Abstützung im Hinblick auf möglichst kleine Kräfte an das dem Rohrleitungsanschluß abgekehrte Ende des Dampferzeugers legen, zum Beispiel einem dort vorgesehenen Frischdampfstutζen zuordnen.

Da die Starrheit der Abstützung im Verhältnis zu den sonst durch Wärmedehnung verursachten Bewegungen zu sehen ist, wird der erfindungsgemäße Effekt schon mit einer einseitigen, der Wärmedehnung entgegenwirkenden starren Abstützung erreicht. Die starre Abstützung kann den Primärkühlkreisteil aber auch allseitig festlegen und zu diesem Zweck zum Beispiel um den Umfang des Primärkühlkreisteiles verteilt an diesem angreifen.

Eine bewährte Ausführungsform einer starren Abstützung gemäß der Erfindung ist mit Lenkern versehen. Dies sind an sich zweiseitig gelenkig befestigte Laschen. Als Lenker sollen aber auch die bei Druckkräften gleichwertigen Pendelstützen angesehen werden. Mit solchen Lenkern gelingt es nämlich, auch die Wärmedehnungen der Primärkühlkreisteile selbst spielfrei in der starren Abstützung aufzufangen.

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Die Abstützung umfaßt gemäß der weiteren Erfindung Dämpfungselemente. Damit sind Vorrichtungen gemeint, die die auf sie
einwirkenden Kräfte auf einem relativ kleinen Weg in Abstützungsrichtung abbauen, um Stoßbeanspruchungen zu vermeiden, die sonst zu Zerstörungen führen müßten. Solche Vorrichtungen können zum Beispiel hydraulische Stoßdämpfer sein. Es kann sich auch um gasgefüllte Stoßdämpfer handeln. Vorteilhaft kann man auch Stoßdämpfer verwenden, bei denen Leichtmetall
oder reines Eisen durch Verformungsarbeit eine Dämpfungswirkung ausübt.In jedem Fall können die Dämpfungselemente wegen der starren Abstützung einfacher ausgebildet und billiger hergestellt und montiert werden als das bei den bisher üblichen beweglichen Abstützungen möglich war.

Die starre Abstützung sollte den Primärkühlkreisteil, wie erwähnt, vorzugsweise'allseitig umfassen, weil auf diese Weise die Bewegungen, die unter dem Einfluß der Rohrleitung entstehen, am besten kontrolliert werden können. Außerdem ist eine allseitige Umfassung auch im Hinblick auf die Festlegung mit den vorgenannten Dämpfungselementen günstig. Hierbei zählt
als allseitige Umfassung auch die Anordnung von mehreren,
einzeln um den Umfang verteilten Abstützungselementen. Die
allseitige starre Festlegung kann auch mit drei vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang verteilten Lenkern erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Lenker so bemessen sind, daß sie bei GaU-Kräften zerbrechen, so daß dann zusätzliche Dämpfungselemente, die den Lenkern mit geringem Spiel nachgeordnet sind, die starre Abstützung übernehmen. Kachgeordnet bedeutet in diesem Fall nur, daß die Dämpfungselemente später, d.h. bei größeren Kräften, wirksam werden. In bezug auf die Kräfte sind Lenker und Dämpfungselemente dagegen parallel angeordnet, so daß die Kräfte nicht etwa vom einen
auf das andere übertragen werden.

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

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In der Figur ist in einer Schnittdarstellung, bei der die Schnittebenen in einzelnen Bereichen gegeneinander versetzt sind, der wesentliche Teil einer Kernreaktoranlage mit einem Druckwasserreaktor gezeichnet. Die Reaktorleistung beträgt 1200 MWe. Der Durchmesser des Reaktordruckbehälters 1 ist .5,50 m in seinem mittleren zylindrischen Bereich. Daraus lassen sich die Abmessungen der weiteren, maßstäblich gezeichneten Anlagenteile entnehmen.

Der Reaktordruckbehälter 1 ist in einem erweiterten oberen Befreien mit insgesamt acht Rohrstutzen 2 versehen, die um den Umfang des Druckbehälters verteilt sind. Dort sind Rohrleitungen angeschlossen, die zum Primärkühlkreis 3 gehören und das als Reaktorkühlmittel verwendete leichte Wasser aus dem nicht gezeichneten Reaktorkern, wo es Wärme aufnimmt, zu Wärmeverbrauchern außerhalb des Reaktordruckbehälters 1 führen. So ist über eine Rohrleitung 4, die rechtwinklig zu der strichpunktiert angedeuteten vertikalen Längsachse 5 des Reaktordruckbehälters 1 verläuft^ ein Dampferzeuger 6 angeschlossen. Von dem Dampferzeuger 6 ist nur das äußere, im wesentlichen zylindrische Gehäuse mit seiner ebenfalls vertikalen Längsachse 9 zu sehen. Das Gehäuse ist quer zur Richtung der Rohrleitung 4 sehr groß, denn seine Höhe beträgt mehr als das 20—fache des Rohrdurchmessers. Die Rohrleitung 4 mündet in einen Kugelboden 7 am unteren Ende des Dampferzeugers. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kugelbodens 7 ist ein weiterer Rohrleitungszug 8 angeschlossen, der als sogenannter Pumpenbogen mit einer Umlenkung um 180° zum Saugrohr einer Hauptkühlmittelpumpe 10 führt.

Die Hauptkühlmittelpumpe 10 liegt an sich in Blickrichtung hinter dem Dampferzeuger 6. Einzelheiten ihrer Konstruktion sind jedoch genauer auf der rechten Seite der Figur zu sehen. Dabei handelt es sich um eine Pumpe, die einem anderen, in der Figur nicht sichtbaren Dampferzeuger zugeordnet ist, weil um den Reaktordruckbehälter 1 vier Dampferzeuger 6 und vier

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Pumpen 10 in annähernd gleichmäßiger Verteilung gruppiert sind. Man erkennt, daß der Pumpenbogen 8 in das Pumpengehäuse 11 senkrecht von unten führt. Der Druckstutzen der Pumpe 10 mündet in eine Rohrleitung 12, die unmittelbar in den Reaktor druckbehält er 1 zurückführt. Auf dem Pumpengehäuse 11 ist ein Elektromotor 13 mit Hilfe eines als Laterne 14 bezeichneten Stahlblechgehäuses befestigt, das die Enden von Motor- und Pumpenwelle und die dazwischen liegende Kupplung umgibt. Dadurch ergibt sich wiederum eine große Höhe quer zur Rohrleitung 12 von mehr als dem 10-fachen des Rohrdurchmessers.

Die bisher genannten Komponenten der Kernreaktoranlage (Primärkühlkre is teile) bestehen aus Stahl, wobei eine nichtrostende Auskleidung vorgesehen ist, sofern die Teile nicht im ganzen aus nichtrostendem, zum Beispiel austenitischem Stahl hergestellt sind. Die Lagerung der Teile erfolgt in Betonwänden 15, die zum Teil einen den Reaktordruckbehälter 1 abschirmenden biologischen Schild 16 und insgesamt das Reaktorgebäude bilden. Die Betonwände 15 sind nur soweit, wie sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlich sind, im einzelnen gezeichnet.

Auf der linken Seite der Figur ist angedeutet, daß der Dampferzeuger 6 an seinem unteren Ende mit zwei Tragpratzen 18 versehen ist, deren Verbindungslinie senkrecht zur Wärmedehnungsrichtung der Rohrleitung 4 verläuft. An diesen Tragpratzen 18 greifen Zugstangen 19 an, die ihrerseits über Hülsen an Kastenträgern 21 befestigt sind, die in den Beton 15 des Reaktorgebäudes eingelassen sind. Die Zugstangen 19 sind am oberen und unteren Ende mit einem Gewinde versehen, auf das Muttern 22 aufgeschraubt sind. Damit wird das Gewicht des Dampfexzeugers 6 einschließlich der Rohrleitungen 4 und 8 aufgefangen, sowie diese auf dem Dampferzeuger 6 lasten.

Senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Tragpratzen 18, also ±n Richtung der Rohrleitung 4, ist am Dampferzeuger 6 eine

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Führungspratze 17 angebracht, der ebenfalls mit dem an den Tragpratzen angreifenden Traganker mit Zugstange 19 usw. versehen ist. Der Traganker der Führungspratze 17 dient aber nur zur Montage und als Reserve. Im Normalbetrieb weist er ein Spiel auf, so daß keine Tragkräfte übernommen werden. Die Traganker können auch keine seitlichen Kräfte, d.h. Kräfte in Richtung der Rohrleitung 4» aufnehmen, da zwischen den Zugstangen 19 und den Hülsen 20, sowie zum Rand von Bohrungen 23 im Kastenträger 21 hin ein großer Abstand vorgesehen ist. Somit kann sich die Rohrleitung 4 bei Erwärmung frei dehnen, weil in der Ebene der Tragpratzen 18, d.h. praktisch in der Ebene der Rohrleitung 4»nur eine seitliche Führung der Führungspratze 19 durch Dämpfungselemente 28 vorgesehen ist. Ähnliche Abstützungen können an sechs seitlichen Pollern 32 angreifen.

Zur Festlegung gegen seitliche Kräfte ist eine starre Abstützung 24 in einer zweiten Ebene im oberen Bereich des Dampferzeugers 6 vorgesehen. Dort sind um den Umfang acht Dämpfungselemente 26 verteilt, die insbesondere die Kräfte beim Bruch einer Frischdampfleitung 27 aufnehmen sollen, aber auch für den Fall wirksam werden können, daß eine andere an den Dampferzeuger 6 angeschlossene Leitung, etwa die Speisewasserleitung 25 bricht und das austretende Medium Reaktionskräfte ausübt.

Man erkennt, daß die Dämpfungselemente 26 den Dampferzeuger an seinem Umfang eng umschließen. Insgesamt ist dabei nur so viel Spiel vorgesehen, daß die bei Erwärmung auftretende radiale Dehnung von etwa 2 χ 10 /⁰C, insgesamt also etwa 3 - 6 χ 10~4 des Durchmessers des Dampferzeugers 6 an dieser Stelle aufgenommen werden kann. Dies ist wesentlich weniger als die Wärmedehnung der Rohrleitung 4, die normalerweise das 3 bis 10-fache der radialen Dehnung beträgt.

Mit Lenkern 29 oder Pendelstützen ist der Dampferzeuger 6 darüber hinaus im Bereich der Abstützung 24, die um etwa das 12 bi» 15-fache des Durchmessers der Leitung 4 neben dem Leitungsanschluß liegen, im Normalbetrieb praktisch vollständig

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starr festgelegt. Die Lenker 29 folgen nämlich den Wärmedehnungen des Dampferzeugers 6, so daß dieser auch im kalten Zustand zum Beispiel gegen Pumpenschwingungen festgelegt ist. Die Lenker 29, die zu dritt um den Umfang verteilt sind, haben jedoch eine nur für Betriebskräfte bemessene Festigkeit. Bei den wesentlich größeren Kräften bei dem "größten anzunehmenden Unfall" (GaU) zerbrechen sie, so daß solche Kräfte in der Ebene der Abstützung 24 mithin unmittelbar von den Dämpfwigselementen 26 aufgenommen werden.

Erwärmt sich die Kernreaktoranlage beim Anfahren aus dem kalten Zustand, also von etwa 2O⁰C auf Betriebstemperatur von mehr als 300⁰C, so wird der Dampferzeuger 6 in Richtung der Rohrleitung 4 durch deren Dehnung um zum Beispiel 50 mm verschoben. Auf Grund der starren Abstützung 24 wird der Dampferzeuger um diese als Lagerpunkt geschwenkt, wobei die Rohrleitung 4 in Anpassung zu der Schwenkbewegung verbogen wird. Dabei ist der Dampferzeuger 6 in der Abstützung 24 stets sicher festgelegt. Dennoch bleibt die das Gewicht aufnehmende Aufhängung 18 bis 21 relativ einfach, wie das Ausführungsbeispiel zeigt.

An der Hauptkühlmittelpumpe 10 wird das Gewicht mit einer Abstützung 30 aufgefangen, die ähnlich wie die Aufhängung bis 21 des Dampferzeugers 6 ausgebildet ist. Betriebsmäßige seitliche Kräfte, zum Beispiel Pumpenschwingungen, werden von Dämpfungselementen 31 aufgenommen, mit denen die Pumpe hydraulisch starr festgelegt ist. Die Dehnung der Rohrleitung 12 wird aber durch die Dämpfungselemente 31 nicht beeinflußt, weil die Laterne 14 ohnehin nicht für größere Kräfte, zum Beispiel GaU-Kräfte bemessen ist. Im Prinzip läßt sich die Erfindung aber auch hier anwenden, indem in ausreichender Entfernung von der Rohrleitung 12, zum Beispiel am oberen Ende des Motors 13 eine starre seitliche Abstützung angebracht und die Pumpen-Motor-Einheit entsprechend mechanisch fest ausgeführt wird.

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Claims

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Patentansprüche:

(l·) Kernreaktoranlage mit einem Reaktordruckbehälter und einem mit diesem über eine Rohrleitung verbundenen Primärkühlkreisteil, insbesondere einem Dampferzeuger, der große Abmessungen quer zu der Rohrleitung aufweist (Längsachse) und quer zu dieser Längsachse in zwei weit auseinander liegenden Ebenen abgestützt ist, von denen die eine von der Rohrleitung entfernt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Rohrleitung (4) entfernte Abstützung (24) in Richtung der Rohrleitung (4) starr ausgeführt ist.
2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Abstützung (24) um das 10-fache des Durchmessers der Rohrleitung (4) oder mehr von dieser entfernt ist.
3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Abstützung (24) den Primärkühlkreisteil (6) allseitig festlegt.
4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die starre Abstützung (24) um den Umfang des Primärkühlkreisteils (6) verteilt an diesem angreift.
5. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4» da-

. durch gekennzeichnet, daß der Primärkühlkreisteil (6) mit Lenkern (29) festgelegt ist.
6. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die starre Abstützung (24) Dämpfungselemente (26) umfaßt.
7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung Lenker (29) aufweist, die bei GaU-Kräften zerbrechen, und daß zusätzliche Dämpfungselemente (26) vorhanden sind, die den Lenkern (29) mit geringem Spiel nachgeordnet sind.

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8. Kernreaktoranlage nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine in bezug auf die Kräfte parallele Anordnung von Lenkern (29) und Dämpfungselementen (26).

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