DE2404171A1

DE2404171A1 - Druckbehaelter fuer kernreaktoren mit betonhuelle

Info

Publication number: DE2404171A1
Application number: DE2404171A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Kumpf; Gottfried Molz
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-01-29
Filing date: 1974-01-29
Publication date: 1975-07-31
Also published as: US4011132A

Description

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Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen: VPA 74/9303 C/Di

Drucktehälter für Kernreaktoren mit Betonhülle

1. Zusatz zu Patent (Anmeldung P 22 19 4-12.3

= VPA 72/9303)

Kernreaktoren müssen mit großen temperaturfesten Druckbehältern ausgerüstet werden. Stahlbehälter müssen ab einer gewissen Leistung dazu mit sehr großen Wandstärken ausgeführt werden und sind wegen ihrer Größe auch schwer zu transportieren. Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, Druckbehälter für Kernreaktoren aus Beton herzustellen.

Dabei kann die Isolation zwischen der Betoninnenwand und dem Behälterinneren angeordnet sein. Hierbei kann die Wärmeisolierschicht außen an der Dichthaut liegen. Dies bietet den Vorteil, daß das im Innern des Behälters befindliche Primärmedium die Wärmeisolierschicht nicht durchdringt, so daß hierfür eine gewisse Freizügigkeit in der Wahl des Isoliermittels besteht. Dafür ergeben sich jedoch Probleme mit der "heißen" Dichthaut, die - wenn sie aus mehrschichtigem Blech besteht - wegen der hohen Temperaturen unter einer Druckbeanspruchung steht, die die Fließgrenze des Materials bei weitem überschreitet. Dies kann besonders beim Wiederabkühlen zu Rissen und damit zu Undichtigkeiten führen.

In der Hauptpatentanmeldung ist ein Druckbehälter beschrieben,

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"bei dem die Wärmeisolierschicht außerhalb der Schicht zum Abdichten des Druckbehälters (Dichthaut) liegt und bei dem trotzdem die Beanspruchung der Dichthaut unterhalb der Streckgrenze gehalten wird. Dies wird im wesentlichen erreicht durch die Anwendung eines Stahlbehälters, der in einer Betonhülle angeordnet ist und sich im Betriebszustand also bei entsprechend erhöhter Temperatur und erhöhtem Innendruck an die Betonhülle anlegt. Ein derartiger, im Hauptpatent beschriebener Druckbehälter ist im Prinzip in Figur 1 dargestellt.

Ein Stahlbehälter 1 ist hier im Innern einer Betonhülle 2 angeordnet. Die Wandstärke des Stahlbehälters 1 ist dabei so gewählt,daß er einen Teil des sich später einstellenden Betriebsdruckes aushalten kann. Er ist mit einem Zwischenraum 3 in radialer Richtung und einem Ausdehnungsspiel 4 in axialer Richtung in dem durch einen Betondeckel 7 verschlossenen Spannbetonbehälter 2 gehalten. Der Betondeckel¹ 7 besitzt Deckeldurchbrüche 13, z.B. für Regelstabantriebe oder Kerninstrumentierung und Stützschrauben 14 zum Vorspannen eines Mehrfachknochenverschlusses 8, der zur Übertragung der Druckkräfte vom Betondeckel 7 auf die Betonhülle 2 dient. Der Deckel 6 des Stahlbehälters 1 ist mit dem Betondeckel verbunden und mit diesem gemeinsam abhebbar. Bei nicht zu vielen Deckeldurchbrüchen ist auch eine montagemäßige Trennung von Stahldeckel 6 und Betondeckel 7 ausführbar.

Der Stahlbehälter 1 wird von einer Wärmeisolierschicht 9 umgeben, die sich über eine Schicht Füllbeton 10, in die Kühlrohre 11 eingelassen sind, an der Betonhülle 2 abstützt. Ein seitlicher Rohranschluß 12 ist in dem Schnitt nach Figur 1 ebenfalls dargestellt.

Bei dieser Anordnung kann bei Inbetriebnahme des Druckbehälters sofort oder stufenweise zunächst ein Druck bis zur Größenordnung von einem Drittel des Nenndruckes in dem Behälter ein-

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gestellt werden.Hierdurch weitet sich der Stahl "behälter 1 auf. Wenn anschließend das Innere des Druckbehälters augeeheizt wird, legt sich die Wandung des Stahrbehälters 1 an die Wärmeisolierschicht 9 an und stützt sich über diese und über die Schicht Füllbeton 10 an der Betonhülle 2 ab. Die Wärmeisolierschicht wirkt also gleichzeitig als Schutzschicht für die Abstützung des Stahlbehälters an der Betonwand. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wand des Stahlbehälters 1 noch auf Zug beansprucht. Bei weiterer Steigerung des Druckes und der Temperatur im Innern des Druckbehälters versucht sich der Stahlbehälter vergebens weiter aufzuweiten.Dies hat zur Folge, daß die Zugbeanspruchung in der Wand des Stahlbehälters 1 fortlaufend geringer wird und sich - bei entsprechender Wahl der Zwischenräume 3 und 4 - in eine Druckbeanspruchung umwandelt. Durch Wahl der Zwischenräume 3 und 4 hat man es also in der Hand, die Beanspruchung des Stahlbehälters 1 im Betriebszustand des Druckbehälters zu wählen.

Bei der Temperatursteigerung im Kessel wird sich jedoch der Stahlbehälter nicht nur an die Wärmeisolierschicht anlegen, sondern - von unten nach oben in steigendem Maße - an der Wärmeisolierschicht 9 verschieben.Es muß daher neben genauer Einhaltung des Zwischenraumes 3 in radialer und des Zwischenraumes 4 in axialer Richtung gewährleistet sein, daß möglichst geringe Reibungskräfte zwischen der Wärmeisolierschicht 9 und dem Stahlbehälter 1 vorhanden sind.

Die Erfindung betrifft damit einen zylindrischen Druckbehälter für Kernreaktoren mit einer am Einsatzort herstellbaren vorgespannten Betonhülle zur Aufnahme des Innendruckes und einer zwischen der Betonhülle und einer Schicht zum Abdichten des Druckbehälters angeordneten Wärmeisolierung, bei dem als Schicht zum Abdichten des Druckbehälters ein Stahlbehälter vorgesehen ist, bei dem der Stahlbehälter nur für einen Teil des Innendruckes ausgelegt ist und bei dem dessen Abmessungen so gewählt sind, daß er sich im Betriebszustand über eine

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Stütz- und Isolierschicht an der Betonhülle abstützt, während bei kaltem und drucklosem Druckbehälter zwischen Stahlbehälter und Betonhülle radiale und axiale Ausdehnungsmöglichkeiten vorhanden sind und bei dem ferner zur Herstellung des Druckbehälters die Stütz- und Isolierschicht in einem dem vorzusehenden Zwischenraum in radialer Richtung entsprechenden Abstand am Stahlbehälter befestigt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und betriebssichere Stütz- und Isolieranordnung zu schaffen, mit der eine genaue Einstellung des zwischen Stahlbehälter und Betonhülle vorzusehenden Zwischenraumes in radialer Richtung möglich ist.

Das Neue besteht dabei erfindungsgemäß darin, daß die Stütz- und Isolierschicht auf ihrer der Wand des Stahlbehälters benachbarten Seite Stützplatten besitzt, daß mit den Stützplatten Abstandsteile verbunden sind, daß die Abstandsteile in Richtung zum Stahlbehälter über die Oberfläche der Stützplatten hinausragen und daß die Abstandsteile gegen eine Kraft, die größer ist als die beim Einbetonieren der Isolier- und Stützschicht auftretende Kraft, um eine Strecke verform- oder verschiebbar sind, die dem vorzusehenden Zwischenraum zum Stahlbehälter entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel ist in einem Ausschnitt in den Figuren 2 und 3 in zwei zueinander senkrechten Schnitten dargestellt. Ausschnitte für eine weitere Stützkonstruktion zeigen die Figuren 4 und 5 ebenfalls in zwei zueinander senkrechten Schnitten. In Figur 6 ist die Anordnung nach Figur 5 bei an der Betonhülle anliegendem warmem Stahlbehälter dargestellt. Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei kaltem Stahlbehälter. In den Figuren 2 und 3 ist die Wärmeisolierschicht 9 im fertig betonierten Zustand bei noch nicht aufgeweitetem Stahlbehälter 1 - also vor der ersten Inbetrieb-

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nähme - dargestellt. Die Wärmeisolierschicht 9 besteht hier aus Isolierbeton 39, dessen innere Begrenzung eine Stützplatte 40 bildet. Am Umfang der Betonhülle sind mehrere dieser Stützplatten mit Abstand voneinander vorgesehen. Stifte 41 halten die Stützplatten zusammen und Abdeckstreifen 42 verhindern das Eindringen von Beton in die Zwischenräume der Stützplatten 40. TJm sicherzustellen, daß sich ein radialer Zwischenraum 3 zwischen der Wärmeisolierschicht, der Betonhülle und dem Stahlbehälter ergibt, sind mit den Stützplatten 40 Blechstreifen 43 verbunden.Die Blechstreifen 43 besitzen Vorsprünge 44- Außerdem sind die Blechstreifen 43 so dimensioniert, daß beim Einfüllen des Isolierbetons 39 sich die Vorsprünge 44 nicht verformen, während bei Inbetriebnahme des Stahlbehälters durch den im Innern des Stahlbehälters bestehenden Druck und durch die Innentemperatur diese Vorsprünge zusammengedrückt werden. Nach der ersten Inbetriebnahme ist also im kalten, drucklosen Zustand ein definierter Zwischenraum 3 in radialer Richtung vorhanden. Um Verschiebungen des Stahlbehälters gegenüber den Stützplatten 40 in senkrechter Richtung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, die Blechstreifen 43 mit einer Auflage, z.B. mit einer Chromschicht oder einem Schmiermittel zu versehen.

In den Figuren 4 und 5 besteht die Wärmeisolierschicht 9 wiederum aus Isolierbeton 39 und enthält Stützplatten 40. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 sind hier zwischen den Stützplatten 40 senkrecht und radial verlaufende Abstandsteile 45 vorgesehen, die nach innen aus dem Zwischenraum zweier benachbarter Stützplatten herausragen und in U-förmig gebogenen Halteblechen 49 gehalten sind. Sie sind außerdem mit Langlächern versehen, so daß ihre Verschiebung in radialer Richtung auch bei vorhandenem Stift 41 ohne weiteres möglich ist. Die Haltebleche 49 verhindern die Verschiebung nach außen relativ zu den Stützplatten 40 bei Kräften, die den Betonierdruck nicht erheblich überschreiten. Sie sind aber so dimensioniert, daß sie durch den sehr hohen Druck des Stahlbehälters 1

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auf die Stützplatten 40 bei Druck- und Temperatursteigerung in den Zwischenraum zwischen zwei Stützplatten 40 gepreßt werden (Figur 6).

Im Ausführungsbeispiel nach Pigur 7 sind zwischen dem Stahlbehälter 1 und den Stützplatten 40 Abstandsformstücke 50 Torgesehen . Diese Abstandsformstücke 50 sind in Ausnehmungen 51 befestigt und ragen vor Inbetriebnahme des Stahlbehälters 1 nach innen aus den Abstandsformstücken heraus, werden jedoch bei der ersten Inbetriebnahme des Stahlbehälters 1 unter plastischer Verformung in die Nuten 51 gedrückt. TJm Thermo spannungen in dem Isolierbeton 39 zu verhindern, können hier an Stelle der Blechstreifen 42 mit Abstand voneinander angeordnete Winkelbleche 52 vorgesehen sein - zweckmäßigerweise an sämtlichen Kanten der Stützplatten 40 in lOrm eines offenen Schachteldeckels. Diese verhindern, daß Beton in die Zwischenräume zweier Stützplatten 40 eindringt. Da diese Winkelbleche 52 um ihr Spiel gegenüber den Uachbarblechen zusammendrückbar sind, werden auf diese Weise Thermospannungen im Beton wesentlich vermindert. Die Trennlinie 53 läßt erkennen, daß beim Ausführungsbeispiel nach Pigur 7 zunächst eine Betonsohicht auf die Außenseite der Stützplatten 40 aufgebracht wird, während die darauffolgende Betonschicht nach Einbau des Stahlbehälters mit den am Umfang befestigten Stützplatten zwischen diese und die Betonhülle 2 eingegossen wird. In der Betonhülle 2 sind zur Abführung der durch die Wärmeisolierschicht 9 gelangenden Wärmemenge Kühlrohre 11 vorgesehen, die ebenso gut auch in der Außenzone der Isolierbetonschicht 39 liegen könnten.

5 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Zylindrischer Druckbehälter für Kernreaktoren mit einer am Einsatzort herstellbaren Betonhülle zur Aufnahme des Innendruckes und einer zwischen der Betonhülle und einer Schicht zum Abdichten des Druckbehälters angeordneten Wärmeisolierung, bei dem als Schicht zum Abdichten des Druckbehälters ein Stahlbehälter vorgesehen ist, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß er sich im Betriebszustand über eine Stütz- und Isolierschicht an der Betonhülle abstützt, während bei kaltem und drucklosem Druckbehälter zwischen Stahlbehälter und Betonhülle radiale und axiale Ausdehnungsmöglichkeiten vorhanden sind und bei dem ferner zur Herstellung des Druckbehälters die Stütz- und Isolierschicht in einem dem vorzusehenden Zwischenraum in radialer Richtung entsprechenden Abstand im Stahlbehälter befestigt

ist, nach Patent (Anmeldung P 22 19 412.3), dadurch

gekennzeichnet, daß die Stütz- und Isolierschicht (9) auf ihrer der Wand des Stahlbehälters (1) benachbarten Seite Stützplatten (40) besitzt, daß mit den Stützplatten Abstandsteile (43,44*45·50) verbunden sind, daß die Abstandsteile in Richtung zum Stahlbehälter über die' Oberfläche der Stützplatten hinausragen und daß die Abstandsteile gegen eine Kraft, die größer ist, als die beim Einbetonieren der Isolier- und Stützschicht (9) auftretenden Kraft, um eine Strecke verform- oder verschiebbar sind, die dem vorzusehenden Zwischenraum (3) zum Stahlbehälter (1) entspricht.
2. Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Stützplatten (40) gegeneinander über Stifte (41) verbunden sind.
3. Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandsteile Blechstreifen (43) mit eingedrückten Vorsprüngen (44) vorgesehen sind.
4. Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß Abstandsteile (45) zwischen den Stützblechen vorgesehen sind, die die Stützplatten (40) in radialer Richtung zum Stahlbehälter (1) überragen und daß die Abstandsteile mit Hilfe von U-förmigen Halteblechen (49) im Zwischenraum benachbarter Stützplatten gehalten sind (Fig. 5 und 6).

Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stützplatte Ausnehmungen (51) vorgesehen sind, in denen Abstandsformteile (50) liegen (Pig. 8).

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