DE2551595B1 - Aus stahl bestehender sicherheitsbehaelter fuer kernreaktoranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Stahl bestehenden geschlossenen Sicherheitsbehälter für Kernreaktoranlagen, der teilweise auf einem Betonfundament aufliegt und teilweise freistehend ausgeführt ist, Einbauten enthält und von Leitungen durchdrungen wird.

Der Sicherheitsbehälter hat bei solchen Anlagen, zu denen auch Einrichtungen zur Aufbereitung von Kernreaktor-Brennelementen und Anlagen für radiologische Untersuchungen und Behandlungen gehören können, die Aufgabe, jedes Entweichen von Radioaktivität mit Sicherheit zu verhindern. Er ist häufig als Kugel ausgebildet, deren Durchmesser sich z.B. nach der Leistungsgröße des Kernkraftwerkes richtet Der Durchmesser kann dort 20 bis 50 m oder mehr betragen. Der Sicherheitsbehälter kann aber auch mindestens in großen Bereichen eine zylindrische Form aufweisen.

Der Sicherheitsbehälter kann selbst die äußere, der Witterung ausgesetzte Hülle darstellen. Die Erfindung betrifft aber auch Fälle, in denen der Sicherheitsbehälter seinerseits von einer sogenannten Sekundärabschirmung umgeben ist, die als massiver Betonbau zugleich den erforderlichen Schutz gegen äußere mechanische Einwirkungen, z. B. Flugzeugabsturz, gewährleisten soll.

Eine solche Anlage ist z.B. in der Zeitschrift »Atomwirtschaft«, Mai 1973, Seite 227 beschrieben. Ihr Sicherheitsbehälter enthält Einbauten, mit denen die zur Kernreaktoranlage gehörenden Komponenten abgestützt sind. Die Komponenten selbst haben Gewichte, die einige hundert Tonnen erreichen können. Die Einbauten, die üblicherweise aus Beton bestehen und im Hinblick auf die Strahlenabschirmung bestimmte Wandstärken aufweisen müssen, wiegen noch einmal ein Vielfaches der Komponenten. Diese Gewichte drücken zusammen mit dem Eigengewicht der Kugel auf das Betonfundament Deshalb hat man sich bisher darauf verlassen, daß Sicherheitsbehälter, Einbauten und Betonfundament durch die Gewichtskräfte unverrückbar zusammengefügt sind. Man hat also angenommen, daß die durch den Sicherheitsbehälter führenden Leitungen nicht durch äußere Kräfte beansprucht sind, wie sie aus Bewegungen des Sicherheitsbehälters herrühren könnten.

Die Erfindung geht dagegen von der Aufgabe aus, unter allen Umständen, d. h. auch in Extremfällen, die Unversehrtheit der genannten Leitungen sicherzustellen, damit die Dichtigkeit des Sicherheitsbehälters nicht durch Leitungsbruch gefährdet ist Mithin soll ein Versatz zwischen Sicherheitsbehälter und Betonfundament auch dann ausgeschlossen werden, wenn z. B. Erdbebenkräfte wirksam werden, wie sie in Europa bisher nicht beobachtet worden sind.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Sicherheitsbehälter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einbauten des Sicherheitsbehälters über eine Vielzahl linien- oder flächenhaft verteilter Spannschrauben mit dem Betonfundament verbunden sind, die rechtwinklig zur Oberfläche des Sicherheitsbehälters orientiert und durch eine nachgiebige Packung, die kürzer als die Spannschrauben ist, gegenüber dem Beton distanziert sind. Mit Spannschrauben sind dabei besondere, von den vorher genannten Leitungen unabhängige Elemente gemeint, die nennenswerte

Kräfte übertragen können. Die erforderlichen Kräfte sind nach den Massen zu bestimmen, die im Inneren der Sicherheitshülle vorhanden sind und von dieser selbst gebildet werden, und nach den größten anzunehmenden Beschleunigungen. Beispielsweise kann man bei einem Druckwasserreaktor für 1 000 MWe oder mehr zur Verbindung zwischen den Einbauten der kugelförmigen Sicherheitshülle und dem Betonfundament vierzig Spannschrauben vorsehen, die zweckmäßig kreisförmig verteilt sind. Jede dieser Spannschrauben wirkt mit einer Vorspannkraft von 500 Mp als Befestigungskraft. Die gesamte erfindungsgemäße Krafteinleitung beträgt dann 20 000Mp, die möglichst großflächig wirksam werden soll, um die lokalen Beanspruchungen klein zu halten.

Die Spannschrauben können unter Verwendung von Dichtungsmitteln mit seitlichem Abstand durch Bohrungen der Sicherheitshülle führen. Sie können z. B. vorteilhaft in Stutzenrohren liegen, die mit der Sicherheitshülle fest und dicht verbunden sind. Ziel dieser Anordnung ist eine Anpassungsmöglichkeit an in der Kugelfläche verlaufende, geringfügige Relativbewegungen des Sicherheitsbehälters gegenüber dem Beton bei Innendruckbelastung. Hierbei sollen in den Stutzenrohren keine unzulässigen Spannungen entstehen. Die Stutzenrohre haben zweckmäßig eine solche Länge, daß ihre dem Sicherheitsbehälter abgekehrten Enden um mindestens das Dreifache des Rohrdurchmessers vom Sicherheitsbehälter entfernt liegen. Die Anordnung kann weitgehend symmetrisch sein, so daß die Stutzenrohre etwa in ihrem mittleren Bereich mit dem Sicherheitsbehälter verbunden sind.

Jedes Stutzenrohr kann an beiden Enden mit Druckplatten verschweißt sein, die auf dem Beton des Fundaments aufliegen. Damit sind großflächige Gebilde gemeint, die die schon erwähnte gleichmäßige Einleitung der gewünschten Haltekraft ermöglichen.

Die Stutzenrohre können über einen Zwischenflansch an dem Sicherheitsbehälter befestigt sein, der den 1,4-fachen Durchmesser des Stutzenrohres oder mehr aufweist Auf diese Weise ist eine nachträgliche Schweißbefestigung der Stutzenrohre an dem Sicherheitsbehälter möglich, die bei mechanischen Beanspruchungen nicht aufreißen kann, weil die spezifischen Beanspruchungen durch den vergrößerten Durchmesser verringert sind. Wegen der geringen Beanspruchung kann bei dieser Naht auf eine Prüfung von der Rückseite (Innenseite) her verzichtet werden, ebenso ist keine Wiederholungsprüfung erforderlich. Die gleiche Erleichterung gilt für die Hohlnaht zwischen dem Stutzenrohr und der Druckplatte, die ebenfalls nur einseitig geschweißt und geprüft werden kann.

Für die Wiederholungsprüfung der übrigen Schweißnähte, die in der Werkstatt gefertigt werden können, sollte ein einseitiger Zugang vorhanden sein, der z. B. durch einen der Anordnung der Spannschrauben folgenden Gang gebildet werden kann. Die Größe des Ganges wird zweckmäßig so gewählt, daß die für die Montage und Überwachung erforderlichen Hilfsmittel, z. B. hydraulische Spannschraubenvorrichtungen, ohne weiteres eingesetzt werden können.

Die Stutzenrohre können einen absaugbaren Raum einschließen. Damit erreicht man, daß die Dichtigkeit an der Einspannstelle jederzeit überprüft werden kann, denn die mit der Sicherheitshülle bezweckte Einschließung radioaktivitätsführender Bestandteile darf durch die Spannschrauben nicht unkontrollierbar verringert werden.

Wie schon eingangs gesagt, werden die Spannschrauben über einen möglichst großen Bereich des Sicherheitsbehälters verteilt angeordnet, um die zulässigen Belastungen des Betons nicht zu überschreiten und dennoch große Kräfte zu erreichen, die auch Erdbebenbeschleunigungen gewachsen sind. Bei einer vorteilhaften Verteilung der Spannschrauben liegen diese auf einem Kreis am Rand des Betonfundaments. Hier lassen sie sich nicht nur relativ günstig anbringen, sondern sie ergeben auch noch eine günstige Hebelwirkung bezüglich der bei Erdbeben denkbaren Verschiebungen. Dabei kann der Kreis an einem Schnittpunkt einer den Sicherheitsbehälter tragenden Betonkalotte mit einem Stützzylinder mit Abstand von dem freien Rand der Betonkalotte verlaufen. Der Stützzylinder ergibt dann eine vorteilhafte Versteifung der Betonkalotte. Andererseits ist durch den Abstand dafür gesorgt, daß eine nachgiebige Unterfütterung am Rand der Betonkalotte möglich ist, die unzulässige Spannungen, z. B. bei erhöhten Innendrücken, in diesem besonders gefährdeten Bereich des Sicherheitsbehälters verhindert.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigen die F i g. 1 und 2 in einem Vertikalschnitt und einem horizontalen Teilschnitt den für die Erfindung wesentlichen Teil eines Kernkraftwerkes mit einem Druckwasserreaktor. In Fig.3 ist in einem Schnitt durch die Anbringungsstelle einer Spannschraube in größerem Maßstab die Befestigung des Sicherheitsbehälters am Betonfundament gezeichnet. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Fig.4, in der eine der Spannschrauben in nochmals größerem Maßstab dargestellt ist

Die Kernreaktoranlage risen F i g. 1 besitzt als Sicherheitsbehälter eine Stahlkugel 1, die einen Durchmesser von 45 m aufweist und von einer aus Beton bestehenden Sekundärabschirmung 2 umgeben ist. Die Stahlkugel 1 ruht über etwa ein Drittel ihres Umfanges auf einem Betonfundament 3, das mit dem Fundament 6 der Sekundärabschirmung über einen zentralen Bereich 7 und ringförmige Wände 16 baulich vereinigt ist. Zwischen dem Betonfundament 3 und den horizontalen Wänden 4 der Sekundärabschirmung liegt ein im Querschnitt annähernd dreieckiger Zwischenraum 5, der zur Unterbringung von Hilfsanlagen genutzt wird.

In der Sicherheitshülle 1 sind als wesentliche Komponenten der Druckwasserreaktoranlage mit z. B. 3 000 MW thermischer Leistung ein Reaktordruckbehälter 8 und mehrere Dampferzeuger 9 angeordnet, die mit dem Reaktordruckbehälter 8 über Leitungen 10 verbunden sind. Im Zuge der Leitungen 10 liegen Hauptkühlmittelpumpen, die in der F i g. 1 nicht gezeichnet sind.

Die genannten Primärkomponenten sind von dicken Betonwänden eingeschlossen. Die äußere Begrenzung dieser Einschließung ist ein sogenannter Trümmerschutzzylinder 11, der die bei einem Unfall evtl. umhergeschleuderten Bruchstücke auffangen und so die Sicherheitshülle 1 schützen soll.

Auf dem Trümmerschutzzylinder 11 ist ein Rundlaufkran 12 angeordnet der eine Lademaschine tragen kann. Die Räume 13 zwischen dem Trümmerschutzzylinder 11 und der diesen einschließenden Kugel 1 sind zur Unterbringung von weiteren Hilfsanlagen genutzt. Dort führen in der Nähe des Kugeläquators von den Dampferzeugern 9 ausgehende Dampfleitungen 15 durch den Sicherheitsbehälter 1 und geradlinig weiter

durch die Sekundärabschirmung 2.

Die Fig.2 zeigt die zylindrische Ausbildung des unteren Bereichs 4 der Sekundärabschirmung 2 und die Unterbringung von Hilfsanlagen im Zwischenraum 5 zwischen der Sekundärabschirmung 2 und der Kugel 1. Die in Fig.2 sichtbare innere Wand 16 gehört ebenso wie der zentrale Bereich 7 zum Betonfundament 3, mit dem der Sicherheitsbehälter 1 abgestützt ist

'Mit 20 sind Spannschrauben bezeichnet, die, wie F i g. 1 schemalisch und F i g. 3 genauer zeigt, rechtwinklig zur Oberfläche der Kugel 1 im Bereich der Wand 16 vorgesehen sind, die eine die Kugel tragende Betonkalotte 18 in der Nähe ihres äußeren Randes stützt. Die Wand 16 bildet die innere Begrenzung eines umlaufenden Ringkanals 19, der zur Montage der Spannschrauben 20 vorgesehen ist Die Spannschrauben 20 sind in einer horizontalen Ebene kreisförmig angeordnet (F i g. 2\ Sie sind dabei gleichmäßig verteilt und zwar üegen auf dem in F i g. 2 sichtbaren Kreis, der etwa mit der Wand 16 zusammenfällt vierzig solcher Schrauben 20 in einem Abstand von etwa 2 m voneinander.

In F i g. 3 ist zu sehen, daß das Betonfundament 3 im Bereich der Mauer 16 mit einer Ausnehmung 22 versehen ist Eine entsprechende Ausnehmung ist auch im Beton 23 auf der Innenseite der Kugel 1 vorgesehen. Durch die Ausnehmung 22, die über den größeren Teil ihrer Länge eine nachgiebige Packung 21, z. B. aus Styropor, enthalten kann, führt ein Stutzenrohr 24, das auf der Innenseite der Kugel 1 mit einer Druckplatte 25 verschweißt ist Eine ähnliche Druckplatte 26 sitzt auch am äußeren Ende des Rohres 24. Zwischen dem Rohr 24 und dem Sicherheitsbehälter 1, der im Bereich der Spannschrauben eine Bohrung 27 aufweist erstreckt sich eine Schweißkonstruktion 28, die aus einem Rohrstück 29 und einem Flansch 30 besteht. Die Schweißkonstruktion 28 besitzt an der Verbindungsstelle mit dem Sicherheitsbehälter 1 einen mindestens 1,4-mal so großen Durchmesser wie das Rohr 24, das die Spannschraube 20 umschließt Eine ähnliche Durchmesservergrößerung, die mit einer Platte 32 und einem Rohrstück 33 erreicht wird, ist zwischen dem Rohr 24 und der Druckplatte 26 vorgesehen.

Die F i g. 3 läßt noch erkennen, daß zum Anbringen der Spannschraube 20 ein Transportwagen 34 im Ringkanal 19 vorgesehen ist der einen Schlitten 35 für das untere Ende der Spannschraube aufweist Mit diesem Schlitten, der mit Hilfe einer motorgetriebenen Kette 36 bewegt werden kann, läßt sich die Spannschraube 20 so weit in das Stutzenrohr 24 einfahren, daß auf der Innenseite der Kugel 1 eine strichpunktiert angedeutete Hutmutter 37 aufsetzbar ist

In montiertem Zustand ergibt sich die aus der F i g. 4 ersichtliche Befestigung, mit der im Bereich einer Spannschraube 20 großflächig eine Kraft von 500 Mp aufgebracht werden kann. Die Hutmutter 37 besitzt einen durch eine Nut 38 gebildeten vorspringenden Rand 39, der für die Herstellung einer Dichtschweißung 40 genutzt wird. An dem anderen Ende der Spannschraube 20 ist eine Mutter 42 aufgeschraubt die mit einem konischen Kopf 43 auf der Druckplatte 26 aufliegt Hier ist die Abdichtung des Inneren 44 des Stutzenrohres 24 durch eine Kappe 45 vervollständigt Das Innere 44 ist daher ein absaugbarer Zwischenraum, denn für die Absaugung ist ein Anschluß 46 vorgesehen.

Mit den Spannschrauben 20 sind der Sicherheitsbehälter 1 und das Betonfundament 3, das mit der Sekundärabschirmung 2 als einstückiger Baukörper angesehen werden kann, so fest verbunden, daß bei den größten zu erwartenden Erdbebenkräften keine Verlagerungen entstehen, die die durch den Sicherheitsbehälter 1 führenden Leitungen, vor allem die Dampfleitungen 15, gefährden.

In den Fig.3 und 4 ist die Spannschraube 20 als massiver Bolzen gezeichnet Sie kann aber auch so ausgeführt werden, daß gegebenenfalls in einem dünnen Rohr eine Vielzahl dünner Spanndrähte angeordnet ist, wie an sich bekannt ist Eine solche Spannschraube zeichnet sich durch eine besonders große Zugfestigkeit und Elastizität aus.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Aus Stahl bestehender geschlossener Sicherheitsbehälter für Kernreaktoranlagen, der teilweise auf einem Betonfundament aufliegt und teilweise freistehend ausgeführt ist, Einbauten enthält und von Leitungen durchdrungen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten des Sicherheitsbehälters (1) über eine Vielzahl linien- oder flächenhaft verteilter Spannschrauben (20) mit dem Betonfundament (3) verbunden sind, die rechtwinklig zur Oberfläche des Sicherheitsbehälters (1) orientiert und durch eine nachgiebige Packung (21), die kürzer als die Spannschrauben (20) ist, gegenüber dem Beton (3) distanziert sind.

2. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (20) mit seitlichem Abstand durch Bohrungen (27) des Sicherheitsbehälters (1) führen, die unter Verwendung von Dichtungsmitteln (28) verschlossen sind.

3. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (20) in Stutzenrohren (24) liegen, die mit dem Sicherheitsbehälter (1) fest und dicht verbunden sind.

4. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzenrohre (24) mit ihrem dem Sicherheitsbehälter (1) abgekehrten Ende um mindestens das 3-fache des Durchmessers von dem Sicherheitsbehälter (1) entfernt liegen.

5. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzenrohre (24) etwa in ihrem mittleren Bereich mit dem Sicherheitsbehälter (1) verbunden sind.

6. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzenrohre (24) über einen Zwischenflansch (30) an dem Sicherheitsbehälter (1) befestigt sind, der den 1,4-fachen Durchmesser des Stutzenrohres (24) oder mehr aufweist.

7. Sicherheitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stutzenrohr (24) an beiden Enden mit Druckplatten (25, 26) verschweißt ist, die auf dem Beton des Fundaments aufliegen.

8. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzenrohre (24) einen absaugbaren Raum (44) einschließen.

9. Sicherheitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (20) auf einem Kreis am Rand des Betonfundaments (3) liegen.

10. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis an einem Schnittpunkt einer den Sicherheitsbehälter tragenden Betonkalotte mit einem Stützzylinder (16) mit Abstand von dem freien Rand der Betonkalotte verläuft

11. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Inneren des Sicherheitsbehälters (1) abgekehrte Seite der Spannschrauben (20) in einem umlaufenden Ringkanal (19) liegt, der Montagearbeiten gestattet

IZ Sicherheitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Spannschrauben (20), die mindestens teilweise aus einer Vielzahl dünner Spanndrähte bestehen.

13. Sicherheitsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Spannschraube (20) zugeordnete Hutmutter (37) mit einer Druckplatte (25) fest und dicht verbunden, vorzugsweise verschweißt, ist (39).