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Berstgeschützte Kernreaktoranlage
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Die Erfindung bezieht sich auf eine berstgeschützte Kernreaktorsnlag?,
mit einem Kernreaktordruckbehälter und einer auf einem Fundament abgestützten Berstschutzumhüllung,
die den Reaktordruckbehälter in seinem warmen Betriebszustand axial verspannt und
radial zumindest mit engem Spalt umschließt, bestehend aus Berstschutzmantel, -boden
und -deckel.
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Eine solche Kernreaktoranlage ist bekannt (DT-OS 2 334 773).
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Hierbei besteht die Eerstschutzumhüllung aus einem nach unten geschlossenen
und nach oben offenen zylindrischen Spannbetongefäß und einem auf den Deckel des
Reaktordruckgefäßes aufgesetzten Fangdeckel mit Fangring, die im eingebauten Zustand
des Reaktordruckbehälters von hydraulisch schwenkbaren Haken, die im oberen Bereich
des Spannbetongefäßes gelagert sind, übergriffen werden. Im warmen Betriebszustand
wird dann der Reaktordruckbehälter zwischen diesen hydraulisch schwenkbaren Haken
und seiner bodenseitigen Auflagerung axial verspannt. In radialer Richtung erfolgt
der Berstschutz bzw. die Berst.
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sicherung dadurch, a der Ringspalt zwischen Spannbetongefäß und Reaktordruckbehälter
mittels einer druckfesten Isolier-und Kühl-Schicht ausgefüllt ist, wobei auch hier
die Spalte so eingestellt werden können, daß im betriebswarmen Zustand radial einwärts
gerichtete Entlastungskräfte von der Berstschutzumhüllung über die Isolier- und
Kühlschicht auf die Wandung des Druckbehälters ausgeübt werden können. Auf diese
Weise tritt eine Entlastung des Reaktordruckbehälters von
Umfansspannungsanie
lurch die Berstschutzumhullung ein.
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An sich unterscheidet Man zwischen Berstschutz (keine Beeinflussung
des Sp3nnungszustandes des Reaktordruckbehälters, sondern nur Einschränkung cter
Auswirkungen bzw. Folgeschäden eines Berstfalles) und Berstsicherung (Beeinflussung
des Spannungszustandes des Reaktordruckbehälters bzw. der Komponente und dadurch
Reduzierung des Versagensrisikos). Hier wie auch im folgenden soll jedoch der Begriff
"Berstscnutz" auch den Begriff "Berstsicherung" umfassen, d.h. nicht ausschließen,
und umgekehrt, sofern nicht ausdrücklich zwischen Berstschutz und Berstsicherung
unterschieden wird.
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Bei der vorgenannten bekannten Kernreaktoranlage weist das als Teil
der Berstschutzumhullung dienende Spannbetongefäß entsprechende Durchbrüche in seiner
Zylinderwand für die an den Reaktordruckbehälter angeschlossenen Rohrleitungen auf.
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Hieraus folgt - da das Spannbetongefäß nach unten geschlossen ist
- daß nach der Montage des Reaktordruckbehälters und dem Anschweißen der Rohrleitungen
der untere Bereich des Druckbehälters sowie seine Standzarge und deren Auflagerelement
nicht mehr zugänglich sind. Es ist jedoch erwünscht, daß der Reaktordruckbehälter
nicht nur in seinem Umfangbereich von außen inspizierbar ist (was bei der bekannten
Anlage durch zumindest partielle Entfernung der Isolier- und Kühlschicht von oben
gewährleistet ist), sondern daß auch die Standzarge mit ihren Auflagerelementen
und der Bodenbereich des Reaktordruckbehälters inspizierbar sein sollen, wobei hier
insbesondere eine visuelle Inspektion und die sogenannte Wiederholungsprüfung mit
Ultraschall in Frage kommt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kernreaktoranlage
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Reaktordruckbehälter bodenseitig
von außen inspizierbar ist, d.h. insbesondere mit seiner Bodenkalotte, seiner Standzarge
und den am Berstschutzboden befestigten Auflagerelementen für die Druckbehälter-Standzarge.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer berstgescbiitztei
Kernreaktoranlage der eingangs genannten Art dadurch gel(5st, daf3 der Berstschutzmantel
separat vom Berstschutzboden am Fundament abgestützt ist und daß der Berstschutzboden
mit dem
Berstschutzmantel lösbar verbunden und derart mit Abstand
zum Fundament und absenkbar angeordnet ist, daß im abgesenkten Zustand des Berstschutzbodens
die unteren Bereiche des Reaktordruckbehälters über einen Inspektionsspalt zugänglich
sind.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß einerseits eine den Reaktordruckbehälter boden-, -deckel und mantelseitig
fest umschließende Berstschutzumhilllung verwirklichbar ist, bei der der Berstschutzboden
fest und dichtend gegen den Berstschutzboden preßbar ist, so daß Mantel und Boden
ein insbesondere für langfristige Kernnotkühlung vorteilhaftes geschlossenes Gefäß
bilden. Andererseits ist aber durch die Absenkung des Berstschutzbodens ein für
die Inspektion des unteren Bereiches des Reaktordruckbehälters genügend großer Inseel.tionsspalt
erzielbar. Dieser Spalt ermöglicht auch ein eventuell erforderlich werdendes Auswechseln
der Auflager des Reaktordruckbehälters.
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Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
die Erfindung noch näher erläutert. Darin zeigen in schematischer, vereinfachter
Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen
Teile: Fig. 1 in einem Axialschnitt (vgl. Schnittlinie I-I in Fig. 2) eine berstgeschützte
Kernreaktoranlage nach der Erfindung; Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II
aus Fig. 1.
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Der in sich druckfeste, im wesentlichen hohlzylindrische und aus Stahl
bestehende Reaktordruckbehälter 1 für etwa 1000 MWe ist von einer als Ganzes mit
B bezeichneten Berstschutzumhüllung umschlossen, bestehend aus Berstschutzmantel
B1, Berstschutzboden B2 und Berstschutzdeckel B3 (im folgenden z.T. vereinfacht
als Mantel, Boden und Deckel bezeichnet). Die Berstschutzumhüllung B ist über vier
kreuzförmig angeordnete Stützen 2 auf der als Fundament dienenden Betonkalotte F
des nur ausschnittsweise dargestellten Sicherheitsbehälters abgestützt. In Fig.
1 ist nur eine solche Stütze 2 ersichtlich, in Fig. 2 dagegen alle vier. Durch die
Berstschutzumhüllung B ist der Reaktordruckbehälter
1 in seinem
dargestellten eingebauten Zustand dann, wenn er sich auf Betriebstemperatur befindet,
axial verspannt, so daß Längspannungsanteile des Behälters 1 von der Bertschutzumhllung
B übernommen werden. Entsprechend kann der Reaktordruckbehälter 1 durch die Berstschutzumhüllung
B auch in radialer Richtung verspannt sein; zumindest wird er Jedoch durch den Mantel
B1 mit engem Spalt umschlossen. Vorzugsweise ist dieser Spalt im warmen Betriebszustand
des Druckbehälters 1 Null (Nullweg-Berstschutz) oder ist negativ (radiale Berstsicherung
im eigentlichen Sinne mit Ubernahme von Umfangsspannungsanteilen). Im Sinne von
Berstschutz oder -Sicherung gehören auch Isolier- und Kühlschicht 10, 11 zum Mantel
B1 und Boden B2.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden Mantel B1 und Boden B2
ein Spannbetondruckgefäß, welches aus einem Spannbeton-Zylinder b11, einem auf diesen
oben aufgesetzten Spannbeton-Ab.tUtzring b12 und dem gleichfalls in Spannbeton ausgeführten
Boden B2 besteht. Abstützring b12, Zylinder bll und Boden B2 sind durch axiale Spannglieder
3, die in nicht näher dargestellten Hüllrohren im Spannbeton geführt sind, miteinander
verspannt (siehe rechte Hälfte der Fig. 1). Obere und untere, von außen zugängliche
Spannmuttern fUr die axialen Spannglieder 3, die als Zuganker, Spannkabel o.dgl.
ausgeführt sein können, sind bei 4 angedeutet. Radial- und Umfangsspannglieder der
Spannbetonkörper ball, b12, B2 sind nicht dargestellt. Der Druckbehälter 1 stützt
sich mit seiner Standzarge 1a über die Auflager-Ringplatte 5 auf dem Boden B2 ab.
Auf seiner Deckelkalotte 1b (die Steuerstabdurchführungen sind nicht dargestellt)
liegt ein entsprechend gewölbter Fangdeckel b31 und auf diesem wiederum ein sich
zugleich am Deckelflansch 1c abstützender Fangrlng b32, wobei Fangdeckel b31 und
Fangring b32 den Berstschutzdeckel B3 bilden. Zur Erzeugung der axialen Verspannkräfte
dienen Pendelstützen 6, die sich mit ihrem oberen Ende über Pendelstützenlager 7
an einwärts unter etwa 450 geneigten Stützflächen 8 des Abstutzringes b12 abstützen
und mit ihrem unteren Ende an entsprechenden Lagerflächen des Fangringes b32 angreifen.
Die Pendelstützen 6 sind mittels Drehachsen 6a aus der gezeigten Eingriffstellung
außer Eingriff schwenkbar gelagert und umgekehrt, und zwar mittels nicht dargestellter
Lagerböcke und hydraulischer Antriebe. Sie weisen zu diesem Zweck zylindrisch geformte
Eingriffsflächen 6b mit entsprechend
geformten Gegenflächen an
den Teilen 7 und b32 auf.
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Im Ringraum 9 zwischen Zylinder b11 und Druckbehälterwand 1d befindet
sich auf der Seite des Druckbehälters 1 eine Isolierschicht 10, bestehend aus druckfesten,
stapelbaren Isolierbetonkörpern 10a. Der verbleibende Ringraum 9' zwischen Isolierschicht
10 und Zylinder b11 dient als Kühlspalt und ist beispielsweise mit einer kühlgasdurchlässigen
Schüttung 11 aus körnigem Material 11, wie Stahlkugeln oder Kies, ausgefüllt. Dementsprechend
sind auch auf der Außenseite der Bodenkalotte 1e des Druckbehälters 1 eine Isolierschicht
10 mit Isolierbetonkörpern 10a und eine Schüttung 11 vorgesehen. Die Kühlschicht
11 ist an einen nicht dargestellten Kühlluftkreislauf angeschlossen; sie ist insbesondere
verdichtet, damit sie die Berstkräfte spielfrei auf die Berstschutzumhüllung B übertragen
kann. Der Ringraum 9 ist an seiner Oberseite durch eine Dichtmembran 12, die zwischen
Druckbehälter 1 und Zylinder bil eingespannt ist, abgedichtet.
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13 ist eine Hauptkühlmittelleitung des Druckbehälters 1, welche durch
eine entsprechende Durchführungsöffnung 14 im Zylinder bil hindurchgeführt ist,
wobei diese Leitung 13 von einem Berstschutzrohr 13a und letzteres wiederum von
einem Isolierrohr 13b ummantelt ist und wobei zwischen Isolierrohr 13b und dem die
Durchführungsöffnung 14 auskleidenden Mauerrohr 15 ein Kühlluftspalt 16 vorgesehen
ist. Bei 17 sind Durchführungskanäle für nicht dargestellte Notkühlleitungen im
Zylinder b11 angedeutet.
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Erfindungsgemäß ist nun der Berstschutzmantel B1 und mit ihm der Zylinder
b11 separat vom Berstschutzboden B2 am Fundament F über die Stützen 2 abgestützt,
der Berstschutzboden B2 ist mit dem Berstschutzmantel B1 lösbar verbunden (siehe
untere Muttern 4 der axialen Spannglieder 3 und ferner Muttern 4' der zusätzlichen
axialen Spannglieder 3') und weiterhin ist der Berstschutzboden B2 derart mit Abstand
a zum Fundament F und absenkbar angeordnet, daß im abgesenkten Zustand des Bodens
B2 die unteren Bereiche des Druckbehälters 1 über einen Inspektionsspalt a' zugänglich
sind. Zur Erläuterung dessen ist bei i die abgesenkte Inspektionsanlage des Bodens
B2 durch gestrichelte Konturen angedeutet. Damit ist eine Zugänglichkeit
zur
Bodenkalotte le von außen sowie auch zur Standzarge 1a und zum Auflager 5 für das
Bedienungspersonal bzw. für Manipulatoren gegeben.
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Im einzelnen ist hierzu der Boden B2 von den schon erwähnten Stützen
2 durchdrungen und an diesen in Achsrichtung geführt (siehe Aussparungen 18 in Fig.
2). Die Achsrichtung ist durch die Mittelachse m des Druckbehälters 1 definiert.
Die - vorzugsweise achsnormale - Teilfuge 19 zwischen Mantel B1 bzw. Zylinder b11
einerseits und dem Boden B2 andererseits ist durch ein dichtendes Fugenband 20 abgedichtet,
welches in den Ringraum 21 eingelegt ist, wobei der Ringraum 21 durch gleichachsige
axial zueinander in Flucht angeordnete Ringnuten 21a,21b gebildet wird, die in entsprechende
Paßflächen 22a, 2Sa des Mantels B1 bzw. des Bodens B2 eingebracht sind. Wie es Fig.
2 zeigt, sind die Stützen 2 in denJenigen Umfangswinkelbereichen u des Mantels 31
angeordnet, die in der von durchgehenden axialen Spanngliedern 3 freien ProJektion
der Kühlmittelleitungen 13 bzw. 17 des Druckbehälters 1 liegen. In diesen Bereichen
u sind Boden B2 und Mantel B1 über die schon erwähnten zusätzlichen axialen Spannglieder
3' miteinander verspannbar. Fig. 1 zeigt, daß diese zusätzlichen Spannglieder 3'
nur auf einem Teilstück 11 der gesamten axialen Länge des Mantels B1 verlegt sind
und in diesem mittels Ankerplatten 3a' verankert sind.
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Zum Absenken und Anheben des Bodens B2 sind hydraulische Hubzylinder
23 einfügbar (siehe Fig. 1), und zwar unter Zwischenschaltung von Auflageplatten
24. Diese Hubzylinder 23 sind, wie es Fig. 2 verdeutlicht, vorzugsweise gleichmäßig
über den Umfang des Bodens verteilt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei
Hubzylinder 23 verwendet.
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Wie es Fig. 1 verdeutlicht, wird der Boden B2 über die axialen Spannglieder
3, 3' fest gegen den Zylinder bll gepreßt und bildet mit diesem ein insbesondere
für die langfristige Kernnotkühlung vorteilhaftes, geschlossenes Gefäß. Die Abdichtung
der Teilfuge 19 verhindert gleichzeitig einen Druckaufbau durch den unteren Bereich
der Berstschutzumhüllung hindurch. Zur Erzielung
des Inspektionsspaltes
a', der dem Abstandzwischenraum a zwischen Boden B2 und Fundament F entspricht,
ist eine zusätzliche Gebäudehöhe nicht erforderlich, da das Absenken in den ohnehin
vorhandenen Abstandzwischenraum a, der zugleich als Inspektionsraum für die Spannglieder
3, 3' dient, erfolgt. Soll der Raum unterhalb des Druckbehälters 1 zu Inspektionszwecken
freigelegt werden, so ergibt sich der Arbeitsablauf wie folgt: Nach dem Abfahren
und Abkühlen der Kernreaktoranlage können die Pendel stützen 6 außer Eingriff gebracht
werden, Fangring b32 und Fangdeckel b31 werden abgehoben, der Druckbehälterdeckel
ib wird geöffnet und die nicht dargestellten Einbauten des Druckbehälters 1 werden
herausgenommen. Der Druckbehälter 1 wird nun an den Reaktorgebäudekran angeschlagen,
der dessen Gewicht übernimmt. Die Hubzylinder 23 werden unterhalb des Bodens B2
in ihre aus Fig. 1 ersichtliche Position gebracht an den drei vorgesehenen Umfangsstellen
(Fig. 2), ihre Kolben 23a werden auf Maximalhub ausgefahren, so daß die Hubzylinder
das Gewicht des Bodens B2 übernehmen. Die unteren Muttern 4, 4' der Spannglieder
3 bzw. 3' können nunmehr entfernt werden, worauf der Boden B2 in seine Inspektionsstellung
i hydraulisch abgesenkt wird. Eine am Innenumfang des Zylinders bll im Beton verankerte
Ringplatte 25 sorgt dafür, daß die im Ringraum 9 vorgesehene Isolier- und Kühlschicht
10, 11 in Position bleibt.
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Für die Inspektionsarbeiten genügt eine Inspektionsspalt a' von ca.
700 bis 1000 mm. Nach Durchführung der Inspektionsarbeiten an der Kalotte le bzw.
der Standzarge la und dem Auflager 5 erfolgt das Wiederinpositionbringen des Bodens
B2 sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge.
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7 Patentansprüche 2 Figuren