DE2353179C2

DE2353179C2 - Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter aus Stahlbeton

Info

Publication number: DE2353179C2
Application number: DE2353179A
Authority: DE
Inventors: Franz Dr.-Ing. 4300 Essen Vaessen
Original assignee: Hochtief AG
Current assignee: Hochtief AG
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1973-10-24
Publication date: 1978-05-18
Also published as: GB1484315A; BE820837A; IT1025069B; SU638275A3; AR215570A1; FR2249404B3; NL7413963A; NL164988C; DE2353179B1; FR2249404A1; NL164988B; DD114157A5; US3991899A

Description

Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter aus Stahlbeton mit einer kalten Auskleidung aus metallischem Werkstoff, einer Wärmeisolierschicht auf der Innenseite dieser Auskleidung und einer dieser Wärmeisolierschicht vorgesetzten inneren Auskleidung aus metallischem Werkstolf, wobei die innere Auskleidung im kalten Zustand und ohne Innendruck einen Radius aufweist, der kleiner ist als der Innenradius der Isolierschicht im knlten Zustand, aber im Betriebszustand an der kalten Auskleidung unter Zwischenschaltung von Führungselementen und der Isolierschicht abgestützt ist.

Bei einem derartigen Kernreaktor-Druckbehälter läßt sich dann die Auslegung insgesamt so treffen, daß die Beanspruchungen, die der metallische Werkstoff der inneren Auskleidung aufzunehmen hat, vorzeitige Zerstörungen nicht mehr bewirken, weil die innere Auskleidung bei Aufnahme von Betriebsdruck und Betriebstemperatur nachteilige Stauchungen nicht mehr erfährt. Im allgemeinen besteht sowohl die innere Auskleidung als auch die kalte Auskleidung aus Stahl. Die Isolierschicht besteht aus einem geeigneten wannfesten Beton geringer Wärmeleitfähigkeit oder aus anderen geeigneten, z. B. keramischen Werkstoffen. Sie ist zumeist aus Formsteinen zusammengesetzt. Bei dem bekannten, gattungsgemäßen Kernreaktor-Druckbehälter (BE-PS 7 98 058) sind die Führungselemente, die die innere Auskleidung abstützen, Pendelstützen aus Metall, die mit geringem Abstand voneinander angeordnet und praktisch über den gesamten Mante! der inneren Auskleidung verteilt sind. Das bedingt beachtliche Nachteile. Ein Nachteil besteht darin, daß ein erheblicher Anteil der durch dk Isolierschicht zu dämmenden Wärme auf die kalte Auskleidung weitcrgeleitet wird, was zusätzliche Kühlung über Kühlmittel und Kühlrohre erforderlich macht. Außerdem sind für die Pendelstützen besondere Stützblcche erforderlich. Sie dienen der Führung der Pendelstützen und werden durch Lochbleche unterstützt, die ihrerseits gegen Federn gelagert sind. Das alles ist aufwendig. Nichtsdestoweniger ist die Abstützung der inneren Auskleidung nicht ohne weiteres definiert. Auch können Verklemmungen auftreten.
Bei einem anderen (aus der Praxis) bekannten Kernreaktor-Druckbehältcr liegt die innere Auskleidung im kalten Zustand an der Isolierauskleidung an. Das führt zu beachtlichen Nachteilen, wenn der Kernreaktor-Druckbehälter unter Betriebstemperaturen und Betriebsdruck gebracht wird. Die innere Auskleidung erfährt eine Stauchung, die zu Spannungen führt, welche die Streckgrenze beachtlich überschreiten. Das bedingt die eingangs schon erwähnten vorzeitigen Zerstörungen, insbesondere, wenn Wcchselbeanspruchungen aufzunehmen sind, wie sie vorkommen, wenn der Kernreaktor-Druckbehälter von Zeit zu Zeit außer Betrieb genommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor-Druckbehälter der beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, daß die innere Auskleidung bei Betriebsdruck und Betriebstemperatur ohne störende Wärmebrücken bei definierter Führung einwandfrei abgestützt ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kernreaktor-Druckbehälter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Führungselemente radiale Verankerungshülsen aufweisen, die in der Isolierauskleidung verankert sind, und daß in den Verankerungshülsen Haltebolzcn oder Haltehülscn verschiebbar eingesetzt sind, wobei die Verschiebebewegung durch Flansche der Haltebolzcn oder Haltehülsen begrenzt ist, welche die Verankerungshülsen unterfassen. Selbstverständlich ist für diese Bewegung entsprechender Spielraum in der Isolierschicht ν -«esehcn. Um zu erreichen, daß im kalten Zustand oei der Montage die innere Auskleidung sich konzentrisch zu der Isolierschicht und damit den Stahlbetonbehälter einstellt, empfiehlt es sich, die innere Auskleidung mit ihrer der Isolierschicht zugewandten Seite mit aufgesetzten Federn auszurüsten, die an der Isolierschicht abgestützt sind. Ohne weiteres läßt es sich einrichten, daß die innere Auskleidung auch in vertikaler Richtung störende Beanspruchungen nicht aufzunehmen hat. Dazu lehrt die Erfindung, daß die innere Auskleidung aus mehreren Schüssen besteht, die über Ausgleichsflansche gleichsam kompensatorbalgartig miteinander verbunden sind.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einem erfindungsgemäßen Kernreaktor-Druckbehälter die innere Auskleidung unter Betriebsdruck und Betriebstemperatur ohne störende Wärmebrücken und bei definierter Führung abgestützt ist, und zwar unter Zwischenschaltung der Isolierschicht an der kalten Auskleidung. Die Auslegung läßt sich bei

einem erfindungsgemäßen Kernreaktor-Druckbehälter ohne weiteres so treffen, daß die innere Auskleidung Beanspruchungen, welche die Streckgrenze des eingesetzten metallischen Werkstoffes überschreiten, nicht mehr aufzunehmen sind. Die innere Auskleidung erträgt daher ohne weiteres auch eine Vielzahl von Wechselbeanspruchungen, die z. B. durch Außerbetriebsetzung entstehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Z-ichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung und ausschnittsweise

Fig. 1 einen Horizontalabschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kernreaktor-Druckbehälter,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 1.

In den Figuren ist die vorgespannte Gefäßwand I des zylindrischen Kernreaktor-Druckbehälters nur ausschnittsweisc angedeutet worden. Die Gefäßwand I ist versehen mit einer inneren Isolierschicht 2, die im Ausführungsbeispiel aus einzelnen vorgefertigten Bausteinen zusammengesetzt ist. Zwischen der Gefäßwand I und der Isolierschicht 2 befindet sich eine sogenannte kalte metallische Auskleidung 3 mit zugeoidneten Kühlschlangen 4. Zum Innern 5 des Kernreaktor-Druckbehälters hin ist der Isolierschicht 2 eine innere Auskleidung aus metallischem Werkstoff vorgesetzt. Mit diesem beschäftigt jo sich die Erfindung näher. In der Fig. I ist angedeutet worden, daß die innere Auskleidung 6 im kalten Zustand und ohne Innendruck einen Radius r aufweist, der um daß Maß Ir kleiner ist als der Innenradius R der Isolierschicht 2 im kalten Zustand. Mit Hilfe von radial verschiebbaren Befestigungselementen 8 ist diese innere Auskleidung 6 an die Isolierschicht 2 verschiebbar angeschlossen, so daß sie sich durch den Innendruck an die Isolierschicht anlegen und dort abstützen kann. Das Maß Ir ist so gewählt, daß die bei der Aufnahme der Betriebstemperatur entstehende Wärmedehnung nur noch zu Druckspannungen führt, die unter der Streckgrenze des metallischen Werkstoffs liegen, aus dem die Auskleidung 6 aufgebaut ist. Das wird weiter unten noch erläutert. Zunächst entnimmt man aus den F i g. 1 und 2, daß die radialen Führungselemente 7, 8 aus einer Verankerungshülse 7 einerseits und einer darin eingesetzten Haltehülse 8 bestehen. Die Verankerungshülse 7 ist in der Isolierschicht 2 verankert und besitzt entsprechende Verankerungsmittel 9. Die Verankerung ist mit Spielraum in der Isolierschicht so ausgeführt, daß sich die Haltehülsen 8 in den Verankerungshülsen 7 verschieben können. Ihr Weg ist jedoch durch einen Flansch 10 begrenzt, der die Verankerungshülse 7 unterfaßt. Im übrigen ist die innere Auskleidung 6 an diese Haltehülse 8 angeschweißt, und zwar selbstverständlich vollkommen dicht gegen Gas bzw. Wasser. Die innere Auskleidung 6 besitzt auf ihrer der Isolierschicht 2 zugewandten Seite aufgesetzte Federn II, die an der Isolierschicht 2 abgestützt sind. In der F i g. 2 erkennt man, daß die innere Auskleidung 6 aus mehreren Schüssen 6a, 6 b besteht, die über Ausgleichslasche 12 gleichsam kompensatorartig miteinander verbunden sind. Auch hier ist eine Schweißverhindung IJ verwirklicht, um absolute Dichtheit sicherzustellen. In den F i g. 1 und .? ist außerdem ei läutert, wie die Isolierschicht 2 mit der kalten Auskleidung J veiiumden und an der Gefäßwand I abüesUil/t ist. Dazu sind /um Behälterinnern 5 hin auf der kalten Auskleidung J Bolzen 14 aufgeschweißt, du· ein aufgeschnittenes oder aufgewalztes Gewinde 15 De-.it/en und es /iis.iininen mit einer aufgesetzten Mutler 16 und ein;r Ankerplatte 17 erlauben, die Isolierschicht 2 gegen die kalte Auskleidung 3 zu verspannen. Die für diese Montage benötigten Hohlräume 18<f und 18/) werden nach der Montage mit Isoliermaterial ausgefüllt.

Die Isolierschicht 2 besteht im Auslührungsbeispiel aus den schon erwähnten Blöcken. Diese Blöcke haben zwei verschiedene Ausl'iiluungslormen In, lh. Beide Ausführungsformen haben im Grundriß den keilförmigen Querschnitt. Hierdurch wird erreicht, daß auch die Blöcke la, die die Hiiltciung der inneren Auskleidung 6 hew einteiligen, aeuenüher der Gefäßwand 1 in ihrer Lage gehalten werden.

Beim Auftreten ties inneren Überdruckes dehnt sich die Auskleidung 6 zunächst frei bis /um Ansehlag an die Außenflüche der Isolierblöcke la, lh. Dabei erweitert sie ihren Radius um die Breite Ir des freien Raumes 19 (s. Fig. I). Hierdurch erfährt sie eine Zugspannung

Das Maß Ir wird nun so angelegt, daß O₁ unterhalb der Streckgrenze der betreffenden Stahli|iialität liegt. Nach Überwindung des Maßes Ir kann .ι, nicht mehr anwachsen, da sieh nunmehr die Auskleidung 6 fest an die Außenfläche der Isolierblöcke und damit an den Beton der Gefäßwand anlegt. Tritt nun die Erwärmung iles Gefäßinnenraumes um /" Gnid auf, wird die Auskleidung 6 auf tangentialen Druck beansprucht, da er wegen seines festen Anschlusses an die Isolierschicht die entsprechende Wärmedehnung \,-T nicht ausführen kann. Die dadurch bedingte Zwangsspannung ist <·., \,· //·.'. Diese wird jedoch vermindert um ilen Betrag der durch die Maßnahme des freien Raumes 19 ci/ielte Zug-Vorspannung«,. Der Raum 19 könnte auch ganz oder teilweise durch eine Schicht ausgefüllt werden, deren Zusammendrückarbcit wohldeliniei t ist. ()hiie die Anordnung des Raumes 19, also z. B. wenn die Wärmeisolierung zwischen der kalten und der inneren Auskleidung monolithisch vergossen wird, würde die ganze Wärmedruckspannung π, auftreten. Diese überschreitet aber in den praktisch vorkommenden Killen bei weitem die Streckgrenze der in !"rage kommenden Stahle. Du", ist jedoch mit Rücksicht auf die mögliche Wechselbeanspruchung sowohl für die Dauerhaftigkeit des Stahlmaterials selbst als auch der Anschlußmitlel, die die innere Auskleidung mit der Isolierschicht verbinden, ein schwerwiegender Nachteil. Mit der Erfindung lassen sich auch für hohe Inneniemperaturen Stähle verhälltiismäHig niedriger Streckgrenze verwenden. Das wirkt sich nicht nur aui die Kosten, sondern auch auf die SchweiHluikeit aiiv

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

23 53 Ί79 Patentansprüche:

1. Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehäller aus Stahlbeton mit einer kalten Auskleidung aus metallischem Werkstoff, einer Wärmeisolierschicht auf der Innenseite dieser Auskleidung und einer dieser Würmeisolierschicht vorgesetzten inneren Auskleidung aus metallischem Werkstoff, wobei die innere Auskleidung im kalten Zustand und ohne Innendruck einen Radius aufweist, der kleiner ist als der Innenradius der Isolierschicht im kalten Zustand, aber im Betriebszustand an der kalten Auskleidung unter Zwischenschaltung von Führungselementen und der Isolierschicht abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente radiale Verankerungshülsen (7) aufweisen, die in der Isolierauskleidung (2) verankert sind, und daß in den Verankerungshülsen (7) Haltebolzen oder Haltehülsen (8) verschiebbar eingesetzt sind, wobei die Verschiebebewegung durch Flansche (10) der Haltebolzen oder Haltehülsen (8) begrenzt ist, weiche die Verankerungshülse (7) unterfassen.

2. Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Auskleidung (6) auf ihrer der Isolierauskleidung (2) zugewandten Seite aufgesetzte Federn (11) aufweist, die an der Isolierauskleidung (2) abgestützt sind.

3. Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Auskleidung (6) aus mehreren Schüssen (6 a, 6 b) besteht, die über Ausgleichsllansche (12) miteinander verbunden sind.