DE2717705A1 - Zylindrischer druckbehaelter fuer hohe innendruecke und hohe temperaturen - Google Patents
Zylindrischer druckbehaelter fuer hohe innendruecke und hohe temperaturenInfo
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Description
7 5 2 4
HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Hansaring 53 - 57
5000 Köln
Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen
Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme
von Kernkraftwerkskomponenten, mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten
Hülle aus Beton oder Gußmaterial zur Aufnahme des Innendruckes, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner
zum Abdichten des Druckbehälters, wobei der Liner nicht mit dem Druckbehälter verankert ist, und mit einer Wärmeisolierschicht.
Es ist bekannt, Druckbehälter, beispielsweise aus Spannbeton,
zur Abdichtung mit einer Auskleidung aus Stahlblech (Liner) zu versehen und auf der Innenseite des Liners eine Wärmeiso-
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lierschicht anzuordnen, um den Beton vor hohen Temperaturen
zu schützen. Auf der Außenseite des Liners, also betonsei, tig, ist zusätzlich noch ein Kühlsystem vorgesehen, und um die
WärmeisoLierschicht gegen das Eindringen des in dem Behälter
befindlichen Mediums, das z.B. ein lteak torkühlmi t tei sein
kann, zu schützen, ist der Wärmeisol!erschient eine weitere
metallische Auskleidung vorgesetzt. Hin derartiger Druckbehälter ist beispielsweise in der Auslegeschrift 2Λ 53 179 beschrieben.
Er ist mit dem Nachteil behaftet, daß sich Liner und Wärmeisolierschicht nur schwer inspizieren lassen.
Ein weiterer Druckbehälter aus Spannbeton für hohe Innendrükke
und hohe Temperaturen ist aus der Offenlegungsschrift
22 36 026 bekannt. Er weist ebenfalls einen den Spannbeto'.imantel
vollständig gegen das im Behälterinneren befindliche Medium abdichtenden Liner auf, der hier jedoch nicht durch
eine Wärmeisolierschicht geschützt wird und daher aus hochwarmfestem Material gefertigt ist. Zwischen dem Liner und dem
Spannbetonmantel ist eine Wärmedämmschicht angeordnet, die kraftschlüssig an dem Spannbetonmantel anliegt. Hier ist die
Wärmedämmschicht von dem Liner verdeckt und somit für eine
Inspektion nicht zugänglich. Der Liner stützt sich auf der druckübertragenden Wärmedämmschicht ab, in der er auch verankert
sein kann.
In der Offenlegungsschrift 25 Oi 123 ist ein Kernreaktordruckbehälter
beschrieben, dessen Liner aus verhältnismäßig dünnen Blechtafeln zusammengeschweißt und nicht mit dem Druck
behälter verankert ist. Die Wärmeisolierung wird durch eine aus Stahlprofilen mit offenen Profilkammern bestellende Stützkonstruktion
realisiert, die auf der Innenseite vor dem Liner angeordnet ist. Zwischen den Stahlprofilen befinden sich
Isolationselemente, die von oben in die Profilkammern einge-
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schoben sind und dort gehalten werden. Der Kernreaktordruckbehälter
kann z.B. aus Gußeisen- oder Gußstahlelementen zusammengespannt sein. Eine Inspektion des Liners ist
kaum möglich.
Stand der Technik ist ferner ein Reaktordruckbehälter aus
Gußeisen mit einem aus zylindrischen Einzelschüssen bestehenden
druckdichten Liner, der in dem Druckbehälter verankert ist. Hierzu sind an den Außenflächen der Einzelschüsse
des Liners parallel zu seiner Längsachse verlaufende I-förmige Anker angeordnet, die in entsprechend geformten Aussparungen
der Druckbehältersegnente eingelassen sind. Ein
soldier Reaktordruckbehälter ist in der Offenlegungsschrift
24 39 7OG dargestellt.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik, liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen zylindrischen Druckbehälter der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der sich
wirtschaftlich herstellen läßt und dessen Liner und Wärmeisolierschicht
jederzeit für Inspektionen zugänglich sind.
Dieser Druckbehälter ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierschicht
an der Außenseite des Behälters angeordnet ist und daß zur Vorspannung des Behälters waringehende Spannkabel
verwendet werden.
Eine zweite Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß die WärmeisoLierschicht an der Außenseite des
Behälters angeordnet ist, daß zur Einleitung der Vorspannkräfte in die Beton- oder Gußmaterialhülle eine wärmedämmende
Stützkonstruktion für die außen am Behälterumfang verLaufen-
den Spannkabel vorgesehen ist und daß die innerhalb der Beton- oder Gußmaterialhülle liegenden vertikalen Spannkabel
jeweils mit einer Wärmeisolierung, vorzugsweise in hohlzylindrischer
Form, umgeben sind.
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Hui dom erfindungsgemäßen Druckbehälter liegt also die Wärmeisolierschicht
an der Außenseite des Behälters und ist daher leicht zugänglich, inspizierbar und reparierbar, was insbesondere
bei Kernreaktordruckbehältern von großer Bedeutung ist. Die Wärmeisolierschicht läßt sich leicht demontieren, so daß
die Außenseite des Druckbehälters bei Bedarf besichtigt werden kann. Überdies ist die Wärmeisolierschicht nicht den an
der Behälterinnenwand herrschenden Bedingungen (hoher Druck, hohe Temperatur) ausgesetzt und kommt auch nicht mit dem in
dem Behälter befindlichen Medium in Berührung. Sie kann daher einfach aufgebaut sein, was sich auf die Herstellungskosten
günstig auswirkt.
Entweder werden bei dem erfindungsgemäßen Druckbehälter warmgehende
Spannkabel zur Behälterspannung verwendet, oder die (nicht warmgehenden) Spannkabel werden durch geeignete Isolierung
vor zu hohen Temperaturbelastungen geschützt. Dazu dient bei den außen am Behälterumfang verlaufenden Spannkabeln die
Wärmeisolierschicht um den Behälter, während die innerhalb der Behnlterhülle liegenden vertikalen Spannkabel über ein eigenes
Wärmeschutzsystem verfügen.
Der Liner ist unmittelbar der in dem Druckbehälter herrschenden Temperatur ausgesetzt; es handelt sich also um einen sogenannien
heißen Liner. Seine Inspektion bietet keinerlei Schwierigkeiten. Der Liner und die Hülle des Druckbehälters dehnen sich
infolge der hohen Temperaturen so aus, wie es den Steifigkeiten
des Spannsystems und der Behälterwandung entspricht. Durch eine entsprechende Wahl dieser Steifigkeiten läßt es sich erreichen,
daß bei allen Belastungszuständen die zulässigen Beanspruchungen des Liners, der Behälterwandung und des Spannsystems nicht
überschritten werden. Dadurch kann auf die sonst nötige Verankerung des Liners in der Hülle des Druckbehälters verzichtet
werden, und es ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger
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Aufbau für den Liner. Der Druckbehälter braucht nur auf jenen Druck vorgespannt zu werden, der dem Mediumdruck bei Raumtemperatur
entspricht. Die weitere Vorspannung erfolgt durch die Wärmedehnungen der Behälterwandung entsprechend dem Auslegungsdruck
und der Auslegungstemperatur.
Um bei den verschiedenen Belastungszuständen definierte Liner-Spannung
zu erzielen, kann in an sich bekannter Weise bei der Montage des Liners vorerst ein definierter Spalt zwischen
Liner und Druckbehälter offengelassen werden, der nach dem Vorspannen, z.B. mit Mörtel, ausgefüllt werden kann. Es ist
auch möglich, den Liner erst nach dem (Teil-) Verspannen des Druckbehälters endgültig zusammenzuschweißen.
Die wärmedämmende Stützkonstruktion zur Einleitung der Vorspannkräfte
in die Beton- oder Gußmaterialhülle gemäß des zweiten Lösungsvorschlages, besteht vorteilhafterweise aus
einer Vielzahl von über den Behälterumfang verteilt angeordneten metallischen Stützelementen, die die Wärmeisolierschicht
des Druckbehälters durchdringen. Sie sind gegebenenfalls mit einer Kühleinrichtung ausgestattet, um zu verhindern,
daß Wärme aus der Behälterwandung in das Spannsystem eingeführt wird.
Auf die metallischen Stützelemente kann auch verzichtet werden, wenn eine Vielzahl von Abschnitten der Wärmeisolierschicht
des Druckbehälters aus druckfestem Material hergestellt ist. Diese Abschnitte übernehmen dann zusätzlich zur
Wärmeisolierung die Funktion der Stützkonstruktion, d.h. die Vorspannkräfte der am Behälterumfang verlaufenden Spannkabel
werden über die druckfesten Abschnitte der Wärmeisolierschicht in den Druckbehälter eingeleitet.
Falls es erforderlich sein sollte, können die vertikalen Spannkabel zusätzlich zu der Wärmeisolierung jeweils mit ei-
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nem Kühlsystem ausgerüstet sein.
Zweckmäßigerweise befindet sich zwischen den vertikalen Spannkabeln
und der sie jeweils umgebenden Wärmeisolierung ein Ringspalt, der es gestattet, eine Inspizierung der Wärmeisolierung
und der Spannkabel vorzunehmen.
Um den Liner vor unzulässigen Verformungen zu bewahren, ist es vorteilhaft, den Liner mit Versteifungen zu versehen. Diese
können aus an dem Liner angeordneten Rippen bestehen, oder unmittelbar vor der Innenseite des Liners können in an sich bekannter
Weise Stahlgerüste angeordnet sein, an denen sich der Liner abstützt. Beide Maßnahmen verhindern ein Ausbeulen des
Liners. Ferner können Vorrichtungen vorgesehen sein, die ein Andrücken des Liners an die Behälterwand erlauben.
In manchen Anwendungsfällen der Erfindung kann es zweckmäßig sein, an der Außenseite des Druckbehälters ein Heiz- oder
Kühlsystem vorzusehen, um die Temperatur des Druckbehälters an dieser Seite auf einer bestimmten Höhe zu halten. Dieses
System ist leicht zugänglich und daher inspizierbar und reparierbar.
Falls erforderlich, ist auch an der Innenseite des Druckbehälters
in an sich bekannter Weise vor oder hinter dem Liner ein Heiz- oder Kühlsystem angeordnet, das die Druckbehälterwandung
und den Liner vor unerwünschten Temperaturgradienten und zu hohen Beanspruchungen schützt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Druckbehälters
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Druckbehälterwandung
gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II - II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere
Druckbehälterwandung mit Stützelementen
für die Wickelkabel,
Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV - IV der Fig. 3.
Die Figuren 1 und 2 lassen er'.nen Ausschnitt aus einem vorgespannten
zylindrischen Druckbehälter 1 erkennen, der aus Gußmaterial hergestellt ist. Der Druckbehälter 1 ist für die Aufnahme
eines Kernreaktors und seiner Primärkreislaufkomponenten vorgesehen. Er weist eine Anzahl von Hohlräumen 2 auf, die mit
Abschirmmaterial 3 gefüllt sind, um die Umgebung des Druckbehälters 1 vor radioaktiver Strahlung zu schützen.
Gegen das Primärkreislaufmedium ist der Druckbehälter 1 durch einen Stahlliner 4 abgedichtet, der nicht mit der Wandung des
Druckbehälters 1 verankert ist. Um ein Ausbeulen des Stahlliners 4 zu verhindern, ist an der Innenseite des StahLliners 4
eine Anzahl von Stahlgerüsten 5 angeordnet, die die nötige Steifigkeit besitzen. Zwischen dem Druckbehälter 1 und dem
Stahlliner 4 befindet sich ein Heiz- und Kühlsystem 6. Ein weiteres Kühlsystem 7 ist an der Außenseite der Wandung des
Druckbehälters 1 vorgesehen. Ebenfalls an dieser Außenseite
weist der Druckbehälter 1 eine Wärmeisolierschicht 8 auf.
Die Vorspannung des Druckbehälters 1 erfolgt in Achsenrichtung des Behälters durch (picht warmgehende) vertikale Spannkabel
9 und in Umfangsrichtung durch (nicht warmgehende) horizontale
Spannkabel 10, die außen um den Behälter 1 gewickelt sind. Die Bildung von Wärmebrücken zu den horizontalen Spann-
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kabeln 10 wird durch die Wärmeisolierschicht 8 verhindert. Damit die Vorspannkräfte der horizontalen Spannkabel 10 in
die Gußmaterialhülle des Druckbehälters 1 eingeleitet werden können, weist die Wärmeisolierschicht 8 eine Anzahl von
Abschnitten 14 auf, die aus druckfestem Material bestehen und über den Umfang des Behälters verteilt angeordnet sind.
Die vertikalen Spannkabel 9 werden jeweils durch eine hohlzylinderartig
ausgebildete Wärmeisolierung 11 vor unzulässigen thermischen Belastungen geschützt. Zwischen der Wärmeisolierung
11 und dem von ihr umschlossenen Spannkabel 9 ist ein Ringspalt 12 vorgesehen, der es möglich macht, daß Inspektionen
an dem Spannkabel 9 und an der Wärmeisolierung 11 vorgenommen werden können. Innerhalb des Ringspalts 12 ist
an der Wärmeisolierung 11 eine Kühleinrichtung 13 angebracht.
In den Figuren 3 und 4 ist ebenfalls ein zylindrischer Druckbehälter
15 dargestellt, der aus Spannbeton besteht. Auch er kann Hohlräume 2 aufweisen und ist mit einem Stahlliner 4 ausgekleidet,
der nicht in dem Druckkörper verankert ist. Zur Versteifung des Stahlliners 4 sind an diesem Rippen 16 angeschweißt,
die ein Ausbeulen verhindern. Dies erlaubt auch ein Andrücken des Stahlliners 4 an die Behälterwand. An der Außenseite
des Druckbehälters 15 ist eine Wärmeisolierschicht 17 vorgesehen.
Der Druckbehälter 15 ist in Achsenrichtung mittels vertikaler Spannkabel 9 und in Umfangsrichtung mittels horizontaler Spannkabel
10 vorgespannt. Wie bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Behälter, sind auch hier die vertikalen Spannkabel 9
jeweils von einer Wärmeisolierung 11 in hohlzylindrischer Form umgeben. Zwischen der Wärmeisolierung 11 und dem jeweiligen
Spannkabel 9 ist wieder ein Ringspalt 12 für Inspektionszwecke freigelassen. In diesem Ringspalt befindet sich eine Kühleinrichtung
13.
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Die Vorspannkräfte der horizontalen Spannkabel 10 werden
hier nicht über Abschnitte der Wärmeisolierschicht 17 in den Druckkörper eingeleitet. Zu diesem Zweck ist vielmehr
über den Behälterumfang verteilt eine Anzahl von metallischen Stützelementen 18 angeordnet, auf denen sich die horizontalen
Spannkabel 10 abstützen. Um den Übergang von Wärme von der Druckbehälterwandung über die Stützelemente
18 zu den Spannkabeln 10 zu verhindern, ist jedes Stützelement 18 mit einer Kühleinrichtung 19 ausgerüstet.
...10/
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Leerseite
Claims (11)
1))Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe
Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten,
mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Hülle aus Beton
oder Gußmaterial zur Aufnahme des Innendruckos, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des
Druckbehälters, wobei der Liner nicht mit dem Druckbehälter verankert ist, und mit einer Wärmeisolierschicht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeisolierschicht (8 bzw. 17) an der Außenseite des Behälters (1 bzw. 15) angeordnet
ist und daß zur Vorspannung des Behälters (1 bzw. 15) warmgehende Spannkabel verwendet werden.
2) Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten,
mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Hülle aus Beton
oder Gußmaterial zur Aufnahme des Innendruckes, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des
Druckbehälters, wobei der Liner nicht mit dem Druckbehälter verankert ist, und mit einer Wärmeisolierschicht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeisolierschicht (8 bzw.
17) an der Außenseite des Behälters (1 bzw. 15) angeordnet ist, daß zur Einleitung der Vorspannkräfte in die Betonoder
Gußhülle eine wärmedämmende Stützkonstruktion (14 bzw.
18) für die außen am Behälterumfang verlaufenden Spannkabel
...11/
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(10) vorgesehen ist und daß die innerhalb der Betonoder Gußhülle liegenden vertikalen Spannkabel (9) jeweils
mit einer Wärmeisolierung (11), vorzugsweise in hohlzylindrischer Form, umgeben sind.
3) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß die wärmedämmende Stützkonstruktion aus einer Vielzahl von über den Behälterumfang verteilt angeordneten
metallischen Stützelementen (18) besteht, die die Wärmeisolierschicht (17) des Druckbehälters (15) durchdringen
und gegebenenfalls mit einer Kühleinrichtung (19) versehen sind.
4) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß die wärmedämmende Stützkonstruktion durch eine Vielzahl von Abschnitten (14) der Wärmeisolierschicht
(8) gebildet wird, die aus druckfestem Isoliermaterial bestehen.
5) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß die vertikalen Spannkabel (9) jeweils mit einem Kühlsystem (13) versehen sind.
6) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den vertikalen Spannkabeln (9) und der sie jeweils umgebenden Wärmeisolierung
(11) ein Ringspalt (12) vorgesehen ist.
7) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Liner (4) des Druckbehälters (15) durch an dem Liner (4) angeschweißte Rippen (16) versteift
ist.
...12/
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8) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Liner (4) in an sich bekannter Weise durch an der Innenseite angeordnete Stahlgerüste
(5) abgestützt wird.
9) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß Vorrichtungen zum Anpressen des Liners (4) an die Druckbehälterwand vorgesehen sind.
10) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Außenseite des Druckbehälters (1) ein Heiz- oder Kühlsystem (7) vorgesehen ist.
11) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1, 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Druckbehälters
(1) in an sich bekannter Weise vor oder hinter dem Liner (4) ein Heiz- oder Kühlsystem (6) angeordnet
ist.
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