DE2447803C2

DE2447803C2 - Tragvorrichtung für den Kern eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors

Info

Publication number: DE2447803C2
Application number: DE2447803A
Authority: DE
Inventors: Jean St. Ismier Lleres; Jean-Paul Ste. Genevieve des Bois Marin; Maurice Varces Allieres et Risset Perona; Robert Fontenay-aux-Roses Vendt
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-10-08
Publication date: 1983-08-04
Also published as: GB1445664A; IT1020957B; FR2246941B1; JPS5721076B2; ES430833A1; SU673204A3; FR2246941A1; JPS5082497A; US3992256A; DE2447803A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragvorrichtung für den Kern eines mit schnellen Neutronen arbeitenden natriumgekühlten Kernreaktors.

Bekanntlich wird zur Herstellung der Tragvorrichtung des Kerns eines Kernreaktors im allgemeinen ein

starres Bodengerust benutzt, das am Hauptbehälter des Reaktorraums befestigt und als eine widerstandsfähige mechanische Schweißkonstruktion in Form einer Scheibe ausgebildet ist, die an ihrem Umfang am Hauptbehälter angehängt ist. Auf diesem Bodengerüst ruht der Reaktorkern mittels eines Traggerustes. Dieses ist eine mechanische Konstruktion in Form eines hohlen zylindrischen Sammlers oder Verteilers, von der gewöhnlich "keine Biegefestigkeit verlangt wird Das Traggerüst stützt sich auf dem Bodeng'uüst an zahlreichen, gleichmäßig über seine gesamte Oberfläche verteilten Punkten ab. Die wesentliche Aufgabe des Traggerüstes ist, die Brennelementanordnungen in bestimmten, genau festgelegten Stellungen zu halten ,und das voh den Primärpumpen unter Druck zugeführte Natrium aufzunehmen und durch dafür in seinem Innenraum vorgesehene hohle Stützpfosten in den Brennelementbündeln zu-yerteilen.

Ober dem Bodengerüst sind im allgemeinen an seinem Rand Stützen für ein rings um das Traggerüst angeordnetes Außengerüst vorgesehen, auf dem sich die Bauteile zum seitlichen Neutronenschutz abstützen. Die Tj^nnung der verschiedenen Druckzonen des Natriums stromaufwärts und stromabwärts von den Pumpen erfolgt in der Höhe des Traggerüstes durch Balgen von großem Durchmesser.

Wie aus der F i g. 1 klarer ersichtlich, die weiter unten beschrieben ist und eine übliche Tragvorrichtung für den Kern eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, wie der Reaktor Phenix, zeigt, gestatten die bisherigen Vorrichtungen kaum den Ausbau und das Auswechseln des Traggerüstes. Andererseits ist die Herstellung von Balgen mit Durchmessern gleich dem Außendurchmesser des Traggerüsts technisch schwierig. Außerdem wird die Ebenheit des Bodengerüstes, welches das Traggerüst stützt, durch Verformungen im Betrieb beeinträchtigt, wodurch die Ebene der zahlreichen Abstützpunkte durch das Kriechen des Bodengerüstes zu einer irgendwie geformten Oberfläche umgewandelt wird.

Bei Schäden an gewissen, im Kern des Reaktors angeordneten Brennelementen faJien die abspringenden Stücke durch das Bodengerüst und sammeln sich am Boden des Innenraums des Hauptbehälters, wo sie nur schwer herauszuholen sind.

Gleiches gilt für Konstruktionsvorschläge für einen großen Leistungsreaktor, welche auf den am Reaktor Phenix gesammelten Erfahrungen aufbauen (Artikel »Reaktorblock und Handhabung« von R.Abramson u. a. in Commissariat ä !'Energie Atomique Bulletin d'Informations scientifiques et techniques, 182 (Juni 1973) S. 29—38, besonders S. 32, rechte Spalte, und S. 36, l^:nke Spalte, sowie Fig. 3).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten durch eine neuartige Konstruktion des Traggerüstes zu beheben, welche problemlos einen Ausbau und eine Auswechslung des Traggerüstes und die Entfernung herabgefallener Stücke von Brennelementen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Tragvorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles ues Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Da bei der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung das Traggerüst nur längs einer Ringfläche auf dem Bodengerüst ruht, muß es eine größere Biegesteifheit als die bisherigen Traggerüste aufweisen, welche sich

über der ganzen Flache des Bodengerüstes abstützen. Bei der erfindungsgemäßeri Tragvorrichtung ist daher das Traggerüst vorzugsweise mitunter seiner unteren Platte oder sowohl unter seiner unteren als auch seiner oberen Platte angfeoVäneten Versteifungsrippen versehen. Auf diese Weise erhält es eine genügende .Biegesteifheit, daß es selbsttragend ist und nicht mehr über seine ganze Fläche sondern nur an seinem Rand gestützt werden muß.

Bei einer vorteilhaften Abwandlung des Traggerüstes bedient man sich der im Inneren des Traggerüstes angeordneten Stützpfosten, weiche die untere und obere Platte des Traggerüstes verbinden und als Führungen für die Brenrijiiateriaibündel dienen, um das Traggerüst, welches den Kern trägt, noch weiter zu versteifen. Gemäß dieser Abwandlung sind die Stützpfosten mit ihren oberen und unteren Enden am Traggerüst angeschweißt und bilden so eine starre Verbindung. Das Anschweißen der Stützpfosten kann beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen erfolgen.

Die Starrheit der Bodengerüstkonstruktion wird noch dadurch erhöht, daß man sie mit dem Bauteil verbindet, der bei den bisherigen Tiaggerüsten den Träger des Außengerüsts bildete, d· h. eines ringförmigen Bauteils, der auf seiner oberen Platte die den Kern umgebende seitliche Neutronenabschirmung aufnimmt

Erfindungsgemäß ist das Bodengerüst als Ring statt als Scheibe ausgebildet, also ohne einen nun nicht mehr benötigten Mittelteil; und man kann den so freigewordenen Platz benutzen, um in der Mitte des Bodengerüstes unter dem Traggerüst einen Auffangbehälter für Abfallstücke des Kerns einzurichten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist also die erfindungsgemäße Tragvorrichtung mit einem unterhalb des Traggerüstes angeordneten Auffangbehälter für Abfallstücke des Kerns des Reaktors versehen. Der Auffangbehälter ist entweder am Traggerüst oder am Bodengerüst befestigt Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Auffangbehälter aus nebeneinander angeordneten ringförmig gebogenen Winkelblechen gebildet, um die Materialien und Abfälle gleichmäßig über seine Bodenfläche zu verteilen.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer Ausführungsform. Die Beschreibung bezieht sich auf die Figuren. Hierin zeigt

— F i g. 1 schematisch einen Schnitt eines Teils einer Ausführungsform einer bekannten Tragvorrichtung;

— F i g. 2 schematisch im Schnitt die erfindungsgemäße Ausführungsform der Tragvorrichtung für den Kern eines mit schnellen Neutronen arbeitenden natriumgekühlten Kernreaktors.

Wie bereits gesagt, bietet die erfindungsgemäße Tragvorrichtung die Möglichkeit, das Traggerüst viel bequemer als bei den bisherigen Vorrichtungen auszubauen und gegebenenfalls auszuwechseln. Dadurch kann man das Traggerüst nach einem schweren Unfall am Kern des Reaktors wieder herstellen. Die erfindungsgemäße Ausbildung verbessert die Demontierbarkeit des Traggerüstes, das mit feststehenden Teilen (Bodengerüst und Innenbehälter) nurmehr durch die Rohrleitungen der Pumpen fest verbunden ist, so daß man zur Loslösung des Traggerüstes nur seine Verbindungen mit devi Rohren in einer Schnittlinie durchschneiden muß.. Anders gesagt, dienen die Dichtungsbalgen auch als Dehnungsverbindungen, welche für die Demontage kein Hindernis bilden. Bei der bisherigen Tragvorrichtung war das Einsetzen eines neuen Traggerüstes eine ziemlich unmögliche oder mindestens hinsichtlich der Ergebnisse von großen Gefahren und Ungewißheiten begleitete Maßnahme. Beim erfmdiingsgemäßen Traggerüst ist eine solche Maßnahme ohne weiteres realisierbar.

Fig. j zeigt eine übliche Tragvorrichtung für den Kern bestehend aus einem Traggerüst 2,. d.h. einer mechanischen Konstruktion, für die keine Biegefestigkeit gefordert wird, da sie sich an zahlreichen; über die gesamte untere Platte 5 des Traggerüstes gleichmäßig verteilten Punkten 4 auf dem Bodengerüst abstützt Das Bodengerüst 6 ist. am Hauptbehälter 8 am Punkt 7 befestigt Die Trennung der verschiedenen ,Druckzonen des Natriums erfolgt in der Höhej des Traggerüstes durch zwei. Balgen 10 und 12 von großem Durchmesser, welche des Traggerüst, auf dem der Kern ruht, umgeben. Am Rand des Bodengerür.c« sind auf diesem die Stützen 14 angeordnet, weiche das Außengerüst 15 tragen, das sich rings um das Traggerüst erstreckt Die Balgen 10 und 12 trennen das den Reaktor bei 16 umgebende Natrium von dem Natrium, in dem sich das Bodeni?erüst im Raum 18 befindet

F i g.*2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Traggerüst 20, das zur Erhöhung seiner Steifheit an seiner unteren Platte 22 mit Versteifungsrippen 21 versehen ist Das Traggerüst ruht mit der ringförmigen Auflage 23 auf dem Bodengerüst 24, das ebenfalls eine ringförmige Auflage 26 aufweist Der Auffangbehälter 28 ist mit dem Traggerüst am Punkt 30 fest verbunden. Das Zuleitungsrohr für das von der Pumpe 32 kommende flüssige Natrium ist mit dem Traggerüst durch die Leitung 34 über eine Dehnungsverbindung 36 verbunden, welche das Zuleitungsrohr umgibt Das im Raum 38 befindliche Natrium ist von dem im Raum 40 befindlichen Natrium durch die Dichtung 42 getrennt, wo das Traggerüst auf dem Bodengerüst aufliegt Die Außengerüste 44 sind nur mit dem Traggerüst fest verbunden und verbessern dessen Steifheit Zum Ausbau des Traggerüstes ist es nur erforderlich, die Natriumzuleitungsrohre durchzuschneiden, beispielsweise längs der Ebene A. Ein Ausbau des Traggerüstes von oben her ermöglicht das Herausheben des mit ihm verbundenen Auffangbehälters, wodurch die dort aufgefangenen Abfallstücke herausgeholt werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung kann man auf Dichtungsbalgen von großem Durchmesser verzichten (beispielsweise waren zwei solche Balgen von 7 m Durchmesser im Fall eines Kernreaktors von 120P MW erforderlich, die durch vier Balgen von geringem Durchmesser (13 m für den gleichen Reaktor) ersetzt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist nur die untere Platte des Traggerüsts durch unten angeschweißte Rippen verstärkt. Die durchgehende kreisförmigs Auflagefläche 26 ist in Umfangsrichtung außerhalb der mit Rippen versteiften Zone und in der Höhe ihrer neutralen Biegefläche angeordnet, um Gleitbewegungen auf dieser Auflagefläche zu begrenzen. Der Auffangbehälter ist mit dem Traggerüst fest verbunden.

Von den Vorteilen dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung-Seien erwähnt:

— Es ist nicht mehr erforderlich, die Stützpfosten 50

anzuschweißen, da sie mit den Platten 20 und 22 nur mechanisch verbunden sind. Die Genauigkeit ihres Einsatzes kann daher ohne erneute Bearbeitung der Anordnung nach dem Zusammenbau erhalten werden; ί

das Traggerüst wird selbsttragend mit den Vorteilen der erwähnten Ausbaumöglichkeit ausgebildet, ohne den Hauptvorteil des üblichen Traggerüsts, seine leichte Herstellbarkeit, zu verlieren; da die Rippen unter dem Gehäuse angeordnet sind, in tragen ihre Dicke und die Genauigkeit ihres Ansatzes kaum zum Abstand der Stützpfosten bei. Diese Rippen behindern nicht den Durchfluß des Natriums im Traggerüst wie Innenrippen. Es sei jedoch erwähnt, daß unter der Oberplatte ange- η brachte Innenrippen die Starrheit des Traggerüstes wesentlich erhöhen und notwendig sein können, wenn schwere Reaktorblöcke abgestützt werden müssen;

— die Stützpfosten tragen nicht zur mechanischen Festigkeit bei, und ihr Querschnitt kann daher verringert werden, so daß die geringeren Druckverluste für das strömende Natrium eine Verringerung der Höhe des Traggerüstes ermöglichen;

— das Traggerüst kann nach üblichen Methoden hergestellt werden, besonders lassen sich die Schweißverbindungen auf übliche Weise herstellen.

Die Leichtigkeit der Demontage und Möglichkeit des Herausholens von Abfall in einem dafür vorgesehenen Auffangbehälter im Fall eines Unfalls sind ein erheblicher Vorteil für einen natriumgekühlten Reaktor, der während sehr langer Perioden »blind« betrieben wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Tragvorrichtung für den Kern eines mif schnellen Neutronen arbeitenden natriumgekühlten Kernreaktors mit einem Reaktorbehälter, wobei die Tragvorrichtung ein am Behälter befestigtes Bodengerüst und ein Traggerüst in Form eines hohlen zylindrischen Sammlers, der mit Stützpfosten mit Durchlaß zum Einsetzen der Brennstoffelemente versehen und durch das Bodengerüst gehalten ist, und eine Mehrzahl von das Traggerüst mit dem wärmeübertragenden flüssigen Natriuni versorgenden Rohrleitungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodengerüst (24) aus einer starren Ringkonstruktion mit einer ebenen ringförmigen Auflagefläche (26) besteht und das Traggerüst

(20) eine ebene ringförmige Auflagefläche (23) und Vorrichtungen zur Erhöhung seiner Biegefestigkeit aufweist und die Auflage des Traggerüsts auf dem Bodengerüst durch Auflage seiner ringförmigen AuflageflfcJje auf der ringförmigen Auflagefläche des Bodengerüstes gewährleiste ist und daß die im Traggerüst mündenden, ihm das wärmeübertragende flüssige Natrium zuführenden Rohrleitungen (34) jede durch einen Ausdehnungsbalgen (36) mit einem mit dem Bodengerüst fest verbundenen Bauteil verbunden sind.

2. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Versteifungsvorrichtung für das Traggerüst unter der Unterplatte (22) des Traggerüstes (20) angebrachte Versteifungsrippen

(21) vorgeset'sn sind.

3. Tragvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Versteifungseinrichtung für das Traggerüst (35) unter der unteren und oberen Platte desselben angebrachte Versteifungsrippen vorgesehen sind.

4. Tragvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versteifung des Traggerüstes (20) die Stützpfosten (50) mit ihren w unteren und oberen Enden am Traggerüst angeschweißt sind.

5. Tragvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Traggerüstes (20) ein Auffangbehälter (28) zur Aufnahme von vom Reaktor herabfallenden Materialien angeordnet ist

6. Tragvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter (28) nur mit dem Traggerüst (20) fest verbunden ist. so

7. Tragvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter (28) nur am Bodengerüst (24) befestigt ist

8. Tragvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter (28) aus nebeneinander angeordneten Kränzen von Winkelblechen besteht, welche die herabfallenden Materialien gleichmäßig über die Bodenfläche des Auffangbehälters verteilen.

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