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Die bekannten Druckbehälter der beschriebenen Gattung (vgl. DT-AS
23 06 947) bringen eine Mehrzahl von Vorteilen. Nicht gelöst ist jedoch das Problem,
den aus Abdichtungsgründen unverzichtbaren Liner einfach so an den Druckbehältermantel
anzuschließen, daß er alle Beanspruchungen aufnimmt Der Liner besteht aus verhältnismäßig
dünnem Stahlblech und ist als selbständiges Bauwerk nicht stabil. Er muß also an
den Druckbehältermantel angeschlossen werden, um von diesem getragen zu werden.
Um die Betriebsdrücke aufzunehmen, muß er in ganzer Fläche abgestützt sein und die
resultierenden Kräfte auf den Druckbehältermantel abstützen. Dazu soll nach (aus
der Praxis) bekannten Vorschlägen der Liner unmittelbar am Druckbehältermantt:l
anliegen. Er wird dort entsprechend fixiert und mit dem Druckbehältermantel gleichsam
zu einem einheitlichen Bauwerk vereinigt. Das geschieht, ehe die Manteldruckvorspannung
aufgebracht wird. Nachträgliche Montage des Liners ist nicht möglich. - Die beschriebene
Gestaltung läßt einerseits aus der Vorspannung, andererseits aus Spannungen, die
aus der Wärmedehnung bei Betriebstemperatur des Druckbehälters resultieren, störende
oder sogar zerstörende Beanspruchungen des Liners erwarten, die unter Umständen
die Fließgrenze überschreiten und jedenfalls die Lebensdauer des Liners herabsetzen.
Tatsächlich sind die Beanspruchungen des Liners aus Vorspannung und Temperatur wegen
der Wechselwirkung mit der Fixierung des Druckbehältermantels immer und nicht überall
überschaubar. Nachträgliche Reparatur des Liners ist bei der bekannten Ausführungsform
praktisch ausgeschlossen.
- Das gilt aber auch für eine andere.
gattungsfremde. bekannte Ausführtrigsform (CH-PS 438 503), die zwar mit einem L
Liner ausgekleidet ist. welscher mit Abstandzwischenraum vor dem Mantel angeordnet
ist und wobei der Abstantlzwischenraum mit Abstützbeton ausgefüllt ist, bei der
jedoch der Behälter-muntcl nicht aus einzelnen Segmenten zusammengespannt ist und
folglich eine Reparattirdes Liners von außen nicht vorgenommen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter der
beschriebenen Gattung ohne wesentlich erhöhten Aufwand zu gestalten, daß der Liner
bei eventuell auftretenden Fehlern ohne große Schwierigkeiten reparierbar ist und
alle Beti.iebsbeanspruchungen aufnimmt. ohne daß vorzeitige Zerstörung befürchtet
werden muß.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin. daß in an sich bekannter
Weise der Liner mit Abstandzwischenraum vor der Innenwand des Druckbehältermantels
angeordnet und der Abstandzwischenraum mit Abstützbeton ausgefüllt ist und daß der
Abstützbeton sowie der Liner in kaltem Zustand des Atomkernreaktors eine Abstützbetondruckvorspannung
bzw. Linerdruckvorspannung aufweisen, wobei sowohl die Abstützbetondruckvorspannung
als auch die L.inerdruckvorspannung kleiner als die Manteldruckvorspannung sind.
-Beton bezeichnet im Rahmen der Erfindung jeden aus körnigen Zuschlagstoffen und
einem Binder aufgebauten Werkstoff, gleichgültig, welche Zuschlagstoffe und welche
Binder eingesetzt sind. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Liner
nicht zu einem einheitlichen Bauwerk mit dem Druckbehältermantel vereinigt werden
darf, ehe die Manteldruckvorspannung aufgebracht wird. Das ergibt sich von selbst,
wenn mit dem beschriebenen Abstandzwischenraum und Abstützbeton gearbeitet und für
den Abstützbeton sowie für den Liner eine Druckvorspannung aufgebracht wird, die
kleiner ist als die Manteldruckvorspannung.
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Andererseits kann auf die Vorspannung von Abstützbeton und Liner nicht
verzichtet werden, wenn die aus der Betriebstemperatur resultierenden thermischen
Spannungen und Wärmedehnungen beherrscht werden sollen. Abstützbetondruckvorspannung
und Linerdruckvorspannung werden entsprechend eingerichtet.
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Ohne weiteres können dabei die Abstützbetondruckvorspannung und die
Linerdruckvorspannung aus der Manteldruckvorspannung abgeleitet werden. Wie das
im einzelnen geschieht, wird weiter unten m Zusammenhang mit einem Verfahren zur
Errichtung eines erfindungsgemäßen Druckbehälters erläutert.
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Auf anderen mechanischen Verbund als er über den Abstützbeton hergestellt
wird, kann zwischen Liner und Druckbehältermantel grundsätzlich verzichtet werden.
Die Tatsache, daß erfindungsgemäß mit einem Abstandzwischenraum und Abstützbeton
gearbeitet wird, bedeutet aber nicht, daß auf anderen mechanischen Verbund als über
den Abstandsbeton zwischen Liner und Druckbehältermantel verzichtet werden muß.
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Auch kann der Druckbehältermantel ohne Schwierigkeiten zur Montage
des Liners herangezogen werden.
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Es muß lediglich dafür gesorgt werden, daß bei der Vorspannung des
Druckbehältermantels Vorspannkräfte oder Beanspruchungen aus Durchmesserreduzierung
nicht unkontrolliert in den Liner einfließen. Dazu sind Anschlußelemente erforderlich.
die zwar zugkraftsschlüssig, nicht aber druckkraftschlüssig sind. Derartige Anschlußelemente
erlauben gleichsam das Aufhängen des Liners am Druckbehältermantel bei der Montage.
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würden jedoch Vorspannkräfte oder Beanspruchungen aus Durchmesserreduzierung
auf den Liner nicht übertragen. Nach Einbringen des Abstützbetons wirken diese Anschlußelemente
als Verankerungen für den Liner im Abstützbeton bzw. am Druckbehältermantel. In
diesem Zusammenhang lehrt die Erfindung zunächst, daß der Liner auf der den Gußsegmenten
zugewandten Seite aufgeschweißte Befestigungselemente aufweist, deren Länge größer
ist als es der radialen Tiefe des Abstandzwischenraumes entspricht, und daß die
Gußsegmente mit Auskammerungen versehen sind, in die die Befestigungselemente mit
Spielraum einfassen, während endlich auch der Spielraum mit Abstützbeton ausgefüllt
ist. Das ist montagetechnisch dann besonders einfach, wenn die Auskammerungen in
den Gußsegmenten und im Druckbehältermantel in vertikaler Richtung durchlaufen.
Diese Ausführungsform läßt sich bezüglich der Gußsegmente auch gießtechnisch einfach
verwirklichen.
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Zeigt bei einem erfindungsgemäßen Druckbehälter der Liner eine Undichtigkeit,
so läßt sich ohne großen Aufwand diese Undichtigkeit gleichsam von außen reparieren,
wenn im Bereich der Undichtigkeit ein Gußsegment oder deren mehrere entfernt werden.
Es versteht sich von selbst, daß dazu zumindest in diesem Bereich die Manteldruckvorspannung
des Druckbehältermantels aufgehoben werden muß, d. h. die entsprechenden Spannstähle
entfernt werden müssen. Im übrigen empfiehlt es sich, die Anordnung so zu treffen,
daß die Auskammerungen der Gußsegmente im Grundriß zum Liner hin keilförmig verbreitert
und die Gußsegmente folglich von dem in den Auskammerungen erhärteten Abstützbeton
radial abziehbar sind. Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt man auch dadurch, daß die
Auskammerungen der Gußsegmente vom Liner zu den Gußsegmenten hin stetige oder stufenförmige
Hinterschneidungen aufweisen und daß die Befestigungselemente mit Köpfen versehen
sind, auf die die Hinterschneidungen hinterfassende Verschlußprofile aufgeschoben
sind, die in vertikaler Richtung auch wieder abziehbar sind. Um die Gußsegmente
aus dem Verband herausnehmen zu können, den sie im Druckbehältermantel einnehmen,
müssen auf die Gußsegmente entsprechende Kräfte über Hilfsgeräte ausgeübt werden,
im allgemeinen genügt es, die Gußsegmente in radialer Richtung wegzuziehen. Immer
ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die mit dem Abstützbeton in Berührung kommenden
Flächen der Gußsegmente und gegebenenfalls der Verschlußprofile eine Trenrimittelauflage
aufweisen, die die Adhäsion aufhebt. Ist ein Gußsegment oder sind deren mehrere
im Bereich einer Undichtigkeit entfernt, so muß selbstverständlich auch noch der
Abstützbeton entfernt werden, was mit den Hilfsmitteln der Bautechnik ohne große
Schwierigkeiten möglich ist. Das gilt auch dann, wenn die Befestigungselemente Verankerungsausnehmungen
oder Verankerungsvorsprünge zur Formschlußverankerung im Abstützbeton besitzen.
Tatsächlich empfehlen sich solche Maßnahmen, um den Liner und den Abstützbeton zu
einem einheitlichen Bauwerk zu machen, welches dem Liner die erforderliche Stabilität
und Standfestigkeit verleiht. - Die Entfernung der Gußsegmente ist bei einem Druckbehältermantel
des beschriebenen Aufbaus stets möglich, gleichgültig, wie die einzelnen Gußsegmente
im Verband angeordnet sind. Besonders einfach sind die Dinge wegen der aufzuhebenden
Manteldruckvorspannung dann, wenn die Ringlagen der Gußsegmente mit selbständig
spannbaren Spannstählen
versehen und diese ringlagenweise - ebenso
wie die vertikalen Spannstähle - einzeln entfernbar sind.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren für die Errichtung
eines erfindungsgemäßen Druckbehälters, welches besonders dazu eingerichtet ist,
die Abstützbetondruckvorspannung und die Linerdruckvorspannung aus der Manteldruckvorspannung
abzuleiten.
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Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß nach Zusammenstellen
des Druckbehältermantels der Liner mit Hilfe der Befestigungselemente und der Auskammerungen
mit Abstandzwischenraum sowie zugkraftschlüssig und druckkraftfrei vor dem Druckbehältermantel
angeordnet und danach in seiner ersten Vorspannstufe ein Teil der Manteldruckvorspannung
auf den Druckbehältermantel aufgebracht wird, daß im Anschluß daran der Abstützbeton
eingebracht und nach Erhärten des Abstützbetons in einer zweiten Vorspannstufe der
Rest der Manteldruckvorspannung aufgebracht und dadurch auch die Abstützbetondruckvorspannung
sowie die Linerdruckvorspannung erzeugt wird. Der in den Vorspannkräften liegende
Schnitt zwischen der ersten Vorspannstufe und der zweiten Vorspannstufe läßt sich
ohne weiteres so einrichten, daß Abstützbeton und Liner die Druckvorspannungen erreichen,
die für den einwandfreien Betrieb mit großer Lebensdauer erforderlich sind. Die
aufzunehmenden Wärmedehnungen können ohne Schwierigkeiten berücksichtigt werden.
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Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einem erfindungsgemäßen
Druckbehälter der Liner die Betriebsbeanspruchungen aufnimmt, ohne daß vorzeitige
Zerstörungen befürchtet werden müssen. Dabei können nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung durch Entfernung von Gußsegmenten auch Reparaturarbeiten am Liner
ausgeführt werden. Die Druckvorspannung von Vergußbeton und Liner ist in weiten
Grenzen variierbar und läßt sich den speziellen Verhältnissen und Beanspruchungen
anpassen. Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung
F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckbehälter für Atomkernreaktoren
-ohne Boden und Deckel, F i g. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand
nach F i g. 1, F i g. 3 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand nach F
i g. 2, F i g. 4 entsprechend der F i g. 3 eine andere Ausführungsform der Liner-Halterung
bei einem erfindungsgemäßen Druckbehälter.
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Der in den Figuren dargestellte Druckbehälter ist für Atomkernreaktoren
bestimmt. Er besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus Druckbehältermantel 1,
Boden, Deckel und zumindest an den Druckbehältermantel 1 innenseitig angeschlossenem
Liner 2 aus Stahlblech, wobei Boden und Deckel im Ausführungsbeispiel nicht gezeichnet
sind. Der Druckbehältermantel 1 ist in Ringlagen aus Gußsegmenten 3 zusammengesetzt
und mit Spannstählen 4 unter Manteldruckvorspannung gesetzt.
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Insbesondere aus den F i g. 3 und 4 entnimmt man, daß der Liner 2
mit Abstandzwischenraum 5 vor den Gußsegmenten 3 angeordnet und der Abstandzwischenraum
5 durch Abstützbeton 6 ausgefüllt ist. Der Abstützbeton 6 besitzt eine zur Übertragung
der aufzunehmenden Druckkräfte ausrcichendc Druckfestigkeit.
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Im übrigen ist die Anordnung so getroffen, daß auch der Abstützbeton
6 sowie der Liner 2 (im kalten Zustand des Atomkernrcaktors) eine Vorspannung aufweisen,
nämlich die Abstützbetondruckvol spannung bzw. die Linerdruckvorspannung, wobei
die Abstützbetondruckvorspannung und die l,inerdruckvorspannung kleiner sind als
die Manteldruckvorspannung. Wcitcr unten wird erläutert, daß und wie die Abstützdruckvorspannung
und die Linerdruckvonspannung aus der Manteldruckvorspannung abgeleitet sind.
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Der Liner 2 ist im Ausführungsbeispiel an den Druckbehältermantel
1 über besonders mechanische Befestigungselemente 7 angeschlossen, die eine Befestigung
auch schon bewirken, cheder Abstützbeton 6 eingebracht ist. Sie sind insoweit Montagehilfsmittel
und funktionieren zugkraftschlüssig, sind aber nicht druckkraftschlüssig. Das bedeutet,
daß zwar der Liner 2 gleichsam an dem Druckbehältermantel 1 aufgehängt werden kann,
ehe der Abstützbeton 6 eingebracht ist, umgekehrt jedoch auf den Druckbehältermantel
1 aufgebrachte Vorspannkräfte, die den Radius des Druckbehältermantels 1 reduzieren,
nicht in den Liner 2 einfließen. Dazu besitzt der Liner 2 auf der den Gußsegmenten
3 zugewandten Seitc aufgeschweißte Befestigungselemente 7. Die Länge L dieser Befestigungselemente
7 ist größer als der radialen Tiefe T des Abstandzwischenraumes 5 entspricht. In
F i g. 1 rechts ist angedeutet worden, daß an die Befestigungselemente 7 über die
Höhe des Druckbehälters durchlaufende Stege 7a angeschlossen werden können. Im übrigen
sind die Gußsegmente 3 mit Auskammerungen 8 versehen, in die die Befestigungselemente
7 mit Spielraum 9 einfassen, wobei dann später auch der Spielraum 9 mit Abstützbeton
6 in Form von Vergußbeton ausgefüllt ist.
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Der Spielraum 9 bringt das Spiel, das erforderlich ist, damit die
Befestigungselemente 7 zugkraftschlüssig, aber druckkraftfrei funktionieren. Im
Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung verlaufen
die Auskammerungen 8 in den Gußsegmenten 3 und dem Druckbehältermantel 1 in vertikaler
Richtung durch, Das ist montagetechnisch aber auch gießtechnisch in bezug auf die
einzelnen Gußsegmente 3 einfach. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 sind die
Auskammerungen 8 der Gußsegmente 3 im Grundriß zum Liner 2 hin keilförmig verbreitert.
Folglich können die Gußsegmente 3 von dem in den Auskammerungen 8 erhärteten Abstützbeton
6 radial abgezogen werden. Voraussetzung ist selbstverständlich, daß vorher die
Manteldruckvorspannung zumindest in dem Bereich aufgehoben wird, in dem ein Gußsegment
3 zu entfernen ist. Dazu werden die entsprechenden Spannstähle 4 entfernt. Bei der
Ausführungsform nach F i g. 4 weisen die Auskammerungen 8 der Gußsegmente 3 vom
Liner 2 zu den Gußsegmenten 3 Hinterschneidungen 10 auf. Die Befestigungselemente
7 sind mit Köpfen 11 versehen, die in die Auskammerungen 8 einfassen und auf die
Verschlußprofile 12 aufgeschoben sind und die in vertikaler Richtung auch wieder
abziehbar sind. Sind sie aufgebracht, bevor der Abstützbeton 6 eingebracht ist,
so ist der Liner 2 am Druckbehältermantel 1 aufgehängt. Sind sie abgezogen, so können
auch die Gußsegmente 3 in radialer Richtung entfernt werden, weil der Abstützbeton
6 an der Kerbe 13, die durch die Hinterschneidungen 10 gebildet ist, ohne weiteres
abreißt oder bricht. Selbstverständlich wird man, erforderlichenfalls, dafür sorgen.
daß durch adhäsive
Haftung der Gußsegmente 3 bzw. der Verschlußprofile
12 am Abstützbeton 6 das Entfernen von Gußsegmenten 3 bzw. der Verschlußprofile
12 nicht beeinträchtigt wird. Also wird man die mit dem Abstützbeton 6 in Berührung
kommenden Flächen 14 der Gußsegmente 3 und gegebenenfalls der Verschlußprofile 12
mit einer Trennmittelauflage versehen.
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Wie bereits erwähnt, bildet bei dem erfindungsgemäßen Druckbehälter
der Liner 2 mit dem Abstützbeton 6 - und dem angeschlossenen Druckbehältermantel
1 -ein standfähiges Bauwerk. Um diesen Effekt zu verbessern, können die Befestigungselemente
7 Verankerungsausnehmungen oder Verankerungsvorsprünge 15 zur Formschlußverankerung
des Liners 2 im Abstützbeton 6 besitzen. Man kann aber auch zusätzliche Verankerungsmittel
am Liner 2 vorsehen, die in den Abstützbeton 6 hineinragen. Es liegt im Rahmen der
Erfindung, im Abstützbeton 6 auch Bewehrungen anzuordnen.
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Nur angedeutet ist in den Figuren, daß die Ringlagen 16 der Gußsegmente
3 mit selbständig spannbaren Spannstählen 4 versehen sind, so daß diese Spannstähle
4 auch ringlagenweise entfernt werden können. Entsprechend lassen sich einzeln oder
abschnittsweise die vertikalen Spannstähle 17 entfernen und folglich Gußsegmente
3 freisetzen, um sie aus dem Verband herauszunehmen, den sie im Druckbehältermantel
1 einnehmen. Das geschieht für die beschriebenen Reparaturzwecke. Es versteht sich
von selbst, daß entsprechende Leckanzeigeeinrichtungen vorgesehen werden müssen,
die sich zweckmäßigerweise, über Höhe und Umfang des Liners 2 verteilt, im Abstützbeton
6 befinden und eine entsprechende Lokalisierung einer Undichtigkeit
zulassen.
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In F i g. 1, unterer Teil, machen die strichpunktierten Linien deutlich,
wie bei der Errichtung eines Druckbehälters des beschriebenen Aufbaus zweckmäßigerweise
verfahren wird, damit die Abstützbetondruckvorspannung und die Linerdruckvorspannung,
die erfindungsgemäß kleiner sein müssen als die Manteldruckvorspannung, aus der
Manteldruckvorspannung abgeleitet werden können. Es wird nämlich zunächst der Druckbehältermantel
1 errichtet, und es wird der Liner 2 mit Hilfe der Befestigungselemente 7 und der
Auskammerungen 8 zugkraftschlüssig und druckkraftfrei mit Abstandzwischenraum 5
vor dem Druckbehältermantel 1 angeordnet. Dann ergeben sich Durchmesserveränderungen,
wie sie im unteren Teil der F i g. 1 übertrieben durch die strichpunktierten Linien
dargestellt worden sind. Danach wird in einer ersten Vorspannstufe ein Teil der
Manteldruckvorspannung auf den Druckbehältermantel 1 aufgebracht. Das reduziert
den Durchmesser des Druckbehältermantels 1 bis zum Ende der Pfeilspitze 18, die
hier diese Vorspannung aus der ersten Vorspannstufe andeuten soll. Nach Erhärten
des Abstützbetons 6 wird dann in einer zweiten Vorspannstufe der Rest der Manteldruckvorspannung
aufgebracht, was die in Fig 1 ausgezogen gezeichneten Durchmesserverhältnisse einstellt
und gleichzeitig die Abstützbetondruckvorspannung im Abstützbeton 6 und die Linerdruckvorspannung
im Liner 2 erzeugt. - In Abweichung von der dargestellten Ausführungsform kann man
an die Befestigungselemente 7 auch radiale Bolzen anschließen und diese bis nach
außen führen, wo sie verspannt werden können.