DE2749488C2

DE2749488C2 - Erdbebensichere Abstützung der Steuerstabantriebe eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE2749488C2
Application number: DE2749488A
Authority: DE
Inventors: Georg 8520 Erlangen Kohler; Konrad Dipl.-Ing. Schramm; Gert Uhlmann
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-11-04
Filing date: 1977-11-04
Publication date: 1982-12-16
Also published as: JPS5474098A; DE2749488A1; FR2408195B1; CH637496A5; US4278498A; SE7811093L; ES474799A1; FR2408195A1; JPS647354B2; BR7807236A

Description

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9. Abstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (g) jeweils geteilt und die beiden Stabhälften (g\ g ) mittels Spannschlössern (19) miteinander verbunden sind.

10. Abstützung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innengewindebüchse über ein Rechtsgewinde (1OaJ mit einem Gewindeschafl (20) der einen Stabhälfte (g") und über ein Linksgewinde (\9b) mit einem Gewindeschaft (20) der anderen Stabhälfte (g^r) in Eingriff steht

Die Erfindung bezieht sich auf eine erdbebensichere Abstützung der Steuerstabantriebe eines Kernreaktors, der einen Reaktor-Druckbehälter mit gewölbtem Behälterdeckel sov/ie Steuerstäbe und mit diesen gekuppelte Steuerstabantriebsstangen enthält, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die US-PS 35 19 535 ist ein Reaktor-Druckbehälter mit gewölbtem Behälterdeckel sowie Steuerstäben und mit diesen gekuppelten Steuerstabantriebsstangen bekannt, bei dem die Steuerstabantriebsstangen jeweils innerhalb eines druckdicht mit dem Druckbehälterdeckel verbundenen und nach außen abgedichteten rohrförmigen Antriebsgehäuses in ihrer Achsrichtung vertikal bewegbar gelagert sind. Dabei besteht jedes Antriebsgehäuse aus einem am Behälterdeckel befestigten Steuerstabantriebsstutzen und aus einem mit letzterem dichtend verbundenen Druckrohr. Weiterhin ragen die Steuerstabantriebsstutzen mit unterschiedlichen Stutzenlängen über die Behälterdeckel-Kontur nach oben hinaus. Die Druckrohre sind an ihren oberen, in einer horizontalen Ebene liegenden Enden durch Verbindungsmittel untereinander verbunden. Bei den dargestellten Verbindungsmitteln handelt es sich um eine Platte. Die dargestellte starre Verbindung ist jedenfalls insofern nachteilig, als Differenz-Wärmedehnungen der unterschiedlich langen Steuerstabantriebsgehäuse behindert sind.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Problem der erdbebensicheren Abstützung der Steuerstabantriebe, ohne daß deren Wärmedehnung behindert ist. Sie geht von der Überlegung aus, daß bei den durch ein Beben verursachten Fundament-Stößen bestimmte, im Eigenfrequenzbereich angestoßene Steuerstabantries-Gruppen mit gleicher Stutzenlänge besonders stark zum Schwingen angeregt werden können; andere, die außerhalb des Eigenfrequenzbereiches liegen, dagegen nicht. Es handelt sich dabei insbesondere um Transversalschwingungen; die Longitudinalschwingungen spielen eine untergeordnete Rolle. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erdbebensichere Abstützung der Steuerstabantriebe gemäß Gattungsbegriff so auszubilden, daß unerwünschte Erdbeben-Schwingungen der Steuerstabantriebe einschließlich ihrer Antriebsgehäuse mit Sicherheit vermieden sind, ohne daß deren Wärmedehnung in stabaxialer Richtung behindert ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer erdbebensicheren Abstützung der Steuerstabantriebe gemäß Gattungsbegriff durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß man durch die die Druckrohre gelenkig miteinander verbindenden Stäbe eine ungehinderte Wärmebewegung der Antriebsgehäuse in ihrer

Achsrichtung ohne gegenseitige Behinderung erreicht wogegen bei einer erdbebenbedingten Anregung in Querrichtung der Steuerstäbe die Schwingungsauslöschung infolge Kopplung erfolgt Es wird also ausgenutzt, daß die Steuerstabantriebe einzeln oder gruppenweise hinsichtlich Frequenz, Amplitude und Richtung im Erdbebenfall oder im Falle eines anderen eine Schwingung auslösenden Ereignisses an sich unterschiedlich schwingen. Durch die Erfindung wird jedoch eine gegenseitige Auslöschung der unerwünschten Schwingungen oder zumindest eine Reduzierung auf kleinere Amplitudenwerte durch gegenseitige Dämpfung erzielt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angegeben.

Danach sind insbesondere die Enden der Stäbe kugelig ausgebildet und an den oberen Druckrohrenden Kreuzköpfe befestigt, in denen die kugeligen E-den der Stäbe jeweils gelenkig gelagert sind.

Bevorzugt liegen die Stäbe in mindestens zwei, in geringem Absland zueinander sngeordneten Ebenen. Die Schwingungsunterdrückung ist hierdurch noch effektiver, die Steifigkeit der aus den Stäben gebildeten Gitter in Querrichtung verbessert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die in zwei verschiedenen Ebenen angeordneten Stäbe unterschiedliche Orientierungen auf. Das aus den Stäben gebildete Gitter der anderen Ebene verdreht angeordnet Unter Gitter wird verstanden, daß in einer Ebene mindestens zwei verschiedene Stabrichtungen vorhanden sind. Die Stäbe können mithin in einer Ebene in Rechteck-, Quadrat-, Rhombenoder Zick-Zack-Form angeordnet sein, wobei die vorerwähnte Verdrehung oder unterschiedliche Orientierung der Stäbe unterschiedlicher Ebenen im Sinne eines statisch bestimmten Fachwerkverbandes besonders günstig ist. Dieser Verband ist dann nicht nur in zwei Hauptrichtungen der einen Ebene steif, sondern auch in anderen, dazu einen Winkel bildenden Richtungen.

Ausgehend von einer Abstützung, bei der die Anordnung der Antriebsgehäuse ein im horizontalen Querschnitt rechteckiges Gitter bildet, isi es besonders vorteilhaft, wenn die Stäbe in der einen Ebene entlang der Rechteckseiten, dagegen die Stäbe in dsr zweiten Ebene entlang der Diagonalen der Rechtecke verlaufen. Der ,Quadrat-Rasten' für die eine Ebene ist eine bevorzugte Ausführungsform, weil in den meisten Fällen auch die Steuerstabantriebe bzw. ihre Druckrohre in Form eines solchen Rasters angeordnet sind.

Die Stäbe sind insbesondere geteilt und die beiden Stabhälften mittels Spannschlössern miteinander verbunden. Dadurch ist einerseits ein Toleranzausgleich bei der Montage ermöglicht, andererseits kann die schwingungsdämpfende Kopplung zwischen den jeweils einander benachbarten Druckrohren fest genug gemacht werden, ohne die gelenkige Verbindung für die relativen Wärmedehnungen zu beeinträchtigen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 scheniatisch und vereinfacht die Draufsicht auf den Deckel des Druckbehälters eines Druckwasser-Kernreaktors, der mit einer erdbebensicheren Abstützung seiner Steuerstabantriebe ist;

Fig. 2 das obere Ende eines Druckrohres mit Gelenkverbindung für die Gitterstäbe im Ausschnitt und vergrößert;

Fig.3 noch weiter vergrößert und zum Teil im Schnitt einen einzelnen Gitterstab mit Kugelköpfen an seinen Enden und einem Spannschloß in seiner Mitte;
F i g. 4a in Draufsicht eine Kreuzkopfplatine, die für eine Gelenkverbindung nach F i g. 2 verwendet wird;

Fig.4b die zu Fig.4a gehörige Seitenansicht zum Teil im Schnitt und

F i g. 5 die Seitenansicht des in F i g. 1 dargestellten ίο Kernreaktors, verkleinert und im Ausschnitt

Der in F i g. 1 als Ganzes mit 1 bezeichnete Reaktordruckbehälter weist einen nach außen gewölbten Deckel 2 mit Deckelkalotte 2a und Deckelflansch 26 auf. Mit dem Behälterdeckel 2 sind im Bereich seiner Kalotte 2a als Ganzes mit 3 bezeichnete Steuerstabantriebe über Steuerstabantriebs-Stutzen verbunden, die in F i g. 1 durch das noch zu erläuternde Stützgitter abgedeckt und nur durch entsprechende Rasterpunkte angedeutet sind. Sie sind aus F i g. 5 näher ersichtlich, wo aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich zwei solcher Steuerstabantriebe dargestellt sind, jeweils bestehend aus einem durch den Deckel 2 druckdicht hindurchgeführten Steuerstabantriebs-Stutzen 3.1 und einem gestrichelt dargestellten, und auf nicht näher ersichtliche Weise an die Flansche 3.1a der Stutzen 3.1 druckdicht angeflanschten Druckrohr 3.2. Im Inneren der Druckrohre 3.2 sind schematisch durch strichpunktierte Linien 3 J angedeutete Steuerstabantriebsstangen axial bewegbar und arretierbar gelagert, die an ihrem 3» Außenumfang mit einer Quernutung bzw. Querzahnung versehen sind. Mit letzterer sind Sperr- und Hubklinken eines elektromagnetischen Klinkenschritthebers 3.3 in Eingriff bringbar, wobei die Klinken von innerhalb des Druckrohres axial begrenzt gegen Anschläge bewegbaren Ankern gesteuert werden, deren Betätigungsspulen, und zwar eine Hubspule 3.31, eine Greifspule 3.32 und eine Haltespule 3.33, außen auf das Druckrohr 3.2 aufgeschoben und innerhalb eines das Druckrohr 3.2 koaxial umgebenden rohrförmigen Spulengehäuses 3.4 ⁴⁽> gehaltert sind. Druckrohr 3.2 und Stutzen 3.1 bilden jeweils das Antriebsgehäuse für die Steuerstabantriebsstangen 3.5. Mit den ebenfalls strichpunktiert dargestellten Steuerstäben 3.6 sind die Steuerstabantriebsstangen durch schematisch bei 3.7 angedeutete Kupplungen verbunden. Im übrigen sind die Kerneinbauten des Druckbehälters 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt, insbesondere auch nicht die Brennelemente, in deren Absorberkanäle die Steuerstäbe 3.6 mit Absorberfingern mehr oder weniger weit zwecks Reaktivitätsregelung eingefahren werden können. Mit 1.1 ist in Fig.5 der Unterteil des im wesentlichen hohlzylindrischen Druckbehälters 1 bezeichnet; mit 1.2 einer seiner in der achsnormalen Ebene Γ über den Behälterumfang verteilten Kühlmittelstutzen; mit 1.3 eine seiner über den Behälterumfang verteilten Tragpratzen, mit denen er auf entsprechenden an einem in der Betonkonstruktion 1.4 verankerten Ringkastenträger 13 sitzenden Stützkonsolen 1.6 aufgelagert sowie gegen Abheben und Verdrehen gesichert ist; mit 1.7 der Spannbeton-Hohlzylinder des biologischen Schildes, der mit der an dessen Innenumfang befestigten Isolierschicht 1.8 den Druckbehälter 1 mit Ringspalt umgibt; mit 1.9 die den Druckbehälterdeckel 2a druckdicht gegen den Unterteil 1.1 verspannenden und ^b5 in letzterem verankerten Deckelstiftschrauben mit Muttern.

Aufgrund der — im dargestellten Falle nach außen konvexen — Behälterdeckel-Kontiir Her

2a ergibt sich in Verbindung mit der Tatsache, daß die Flansche 3.1a der Stutzen 3.1 in einer horizontalen Anschlußebene liegen und alle Steuerstabantriebe mit ihren Druckrohren 3.2 bei der Höhenlinie 4 enden, daß die Steuerstabantriebsstutzen 3.1 unterschiedlich lang ' sind, d. h. die Gesamtlänge der in den Außenzonen der Deckelkalotte 2a angeordneten Steuerstabantriebe 3 mit Stutzen 3.1 ist größer als diejenige der in weiter innenliegenden Zonen angeordneten und letztere wiederum größer als diejenige der im Zentralbereich ic der Deckelkalotte angeordneten Steuerstabtriebe 3 mit Stutzen 3.1. Die Steuerstabantriebe 3 weisen damit je nach Länge ihrer zugehörigen Steuerst bantriebsstutzen 3.1 unterschiedliche Eigenfrequenzen auf.

Gemäß F i g. 1 und 2 und 5 sind nun die oberen Enden ι', 3' der Steuerstabantriebe 3 bzw. Druckrohre 3.2 durch Gitterstäbe 5 und 6 eines als Ganzes mit G bezeichneten Stützgitters gelenkig miteinander verbunden. Das Stützgitter G besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei im Abstand a 1 zueinander und in je einer unteren Ebene e 1 und oberen Ebene e 2 angeordneten Teilgittern G 5 und G 6. Das obere Teilgitter G 6 der Ebene el ist in Form eines Quadratrasters angeordnet; seine Stäbe 6 sind in F i g. 1 durch schwarz ausgezogene Linien verdeutlicht. Das andere Teilgitter G 5 der r> unteren Ebene e 1 ist von Diagonalstäben 5 gebildet, die m F1 g. 1 durch die Doppellinien verdeutlicht sind. Die Gelenke sind in F i g. 1 und F i g. 2 als Ganzes mit 7 bezeichnet. Die Gelenke der Stäbe 5 des unteren Teilgitters G 5 liegen, wie ersichtlich angenähert in der ω Projektion der Eckpunkte des oberen Teilgitters G 6 auf das untere Teilgitter G 5. Beide Teilgitter G 5 und G 6 liegen jeweils in Horizontalebenen und demgräß senkrecht zu den vertikal verlaufenden Druckrohren 3.1 der Steuerstabantriebe. Aufgrund des dem oberen Teilgitter G 6 zugrundeliegenden Quadratrasters weist diese in ^-Richtung verlaufende Stäbe 6a und in K-Richtung verlaufende Stäbe 6b auf. Die Rasterquadrate des oberen Teilgitters G 6 sind mit 6' bezeichnet. In F1 g. 1 ist das Achsenkreuz der beiden Hauptrichtungen χ und y für das Teilgitter G 6 zusammen mit dem Achsenkreuz der beiden ebenfalls aufeinander senkrecht stehenden Hauptrichtungen η und m des Teilgitters G 5 eingezeichnet, wobei die beiden Achsenkreuze um den Winkel « = 45" zueinander verdreht sind. Die in Richtung m verlaufenden Stäbe des Teilgitters G 5 sind mit 5a und die in Richtung η verlaufenden mit 5b bezeichnet. Es ist daraus ersichtlich daß die Stäbe des Teilgitters G 5 zick-zack-förmig verlaufen, d. h. in der Projektion der Rasterquadrate 6' auf das Teilgitter G 5 abwechselnd in Hauptrichtung m oder in Hauptrichtung n. Die dargestellte Gitterkonfiguration hat sich für ein Steuerstabfeld mit Quadratraster als besonders günstig erwiesen. Abhängig von der zu erwartenden Erdbebenstärke könnten auch mehr als zwei übereinander angeordnete Teilgitter verwendet werden.

Wie es F i g. 2 in Verbindung mit F i g. 3 bis 4b zeigt, sind die Enden der als Ganzes mit g· bezeichneten Stäbe kugelig ausgebildet und weisen hierzu aufgeschraubte Kugelköpfe 8 auf (Fig.3). Die als Kreuzköpfe ausgebildeten Gelenke 7 sind an den oberen Druckrohrenden 3' (siehe Fig. 2) befestigt, wobei die Stäbe g durch Schlitze 9 der Kreuzkopfplatinen 10 hindurchgreifen und mit ihren Kugelköpfen 8 innerhalb zylindrischer Bohrungen 11 als Kugelgelenkpfannen gelenkig gelagert sind. Fig. 2 zeigt, däßdie jeweiligen Gelenke 7 durch zwei übereinander angeordnete Kreuzkopfplatinen 10 gebildet ist, die jeweils mit Kugelkopf-Aufnahmebohrungen 11 und Durchgangsschlitzen 9 (F i g. 4a, 4b) für die Stäbe gsowie ferner mit einer zentralen Durchgangsbohrung 12 für eine Befestigungsschraube 13 versehen sind. Hierbei sind die Kreuzkopfplatinen 10 nach unten durch eine Bodenplatte 14 und nach oben durch einen Deckel 15 abgeschlossen. Das Druckrohrende 3' ist massiv ausgeführt und mit einer zentralen Gewindebohrung 16 für die Befestigungsschraube 13 sowie mit einer planen Stützfläche 17 versehen. AÜf diese Weise kann eine einfache und stabile Befestigung für die Gelenke 7 dadurch erreicht werden, daß die Kreuzkopfplatinen 10 mit Boden 14 und Deckel 15 von der Befestigungsschraube 13 in ihrer Zentralbohrung 12 durchdrungen und gegen die plane Stützfläche 17 verspannt sind, wobei zweckmäßigerweise noch eine Verdrehsicherung 18 an der Befestigungsschraube 13 angebracht wird, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Unterlegscheibe mit hochgebogenem gegen eine der Sechskantflächen der Schraube anliegenden Lappen besteht. F i g. 3 zeigt, daß die Stäbe g jeweils geteilt und die beiden Stabhälten g' und g" mittels eines Spannschlosses !9 miteinander verbunden sind. Letzteres besteht aus einer Innengewindebüchse, die z. B. über ein Rechtsgewinde 19a mit dem Gewindeschaft 20 der einen Stabhälfte g"und über ein Linksgewinde 196 mit dem Gewindeschaft 20 der anderen Stabhälfte g' in Eingriff gebracht ist. Am Außenumfang der Gewindebuchse 19 befindet sich ein Mehrkant 21, z. B. Sechskant, zum Angreifen von Schraubschlüsseln.

Hierzu 3 Blatt Zeichnunger.

Claims

Patentansprüche: 20 JO

1. Erdbebensichere Abstützung der Steuerstabantriebe eines Kernreaktors, der einen Reaktor-Druckbehälter mit gewölbtem Behälterdeckel sowie Steuerstäbe und mit diesen gekuppelte Steuerstabantriebsstangen enthält, die jeweils innerhalb eines druckdicht mit dem Druckbehälterdeckel verbundenen und nach außen abgedichteten rohrförmigen Antriebsgehäuses in ihrer Achsrichtung vertikal bewegbar gelagert sind, wobei jedes Antriebsgehäuse aus einem am Behälterdeckel befestigten Steuerstabantriebsstutzen und aus einem mit letzterem dichtend verbundenen Druck.-ohr besteht, wobei weiterhin die Steuerstabantriebsstutzen mit is unterschiedlichen Stutzenlängen über die Behälterdeckel-Kontur nach oben hinausragen und wobei schließlich die Druckrohre an ihren oberen, in einer horizontalen Ebene liegenden Enden durch Verbindungsmittel untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel aus Stäben (g) bestehen, die jeweils mit ihren beiden Enden an den oberen Enden (3') der Druckrohre (3.2) gelenkig befestigt sind.

2. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- -5 zeichnet, daß die Enden der Stäbe (g) kugelig ausgebildet und daß an den oberen Druckrohrenden (3') Kreuzköpfe befestigt sind, in denen die kugeligen Enden der Stäbe (g) jeweils gelenkig gelagert sind.

3. Abstützung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (g) in mindestens zwei, in geringem Abstand (a I) zueinander angeordneten Ebenen (e\,e2) liegen.

4. Abstützung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Druckrohrenden (3') mindestens zwei übereinander angeordnete Kreuzkopfplatinen (10) aufweisen, die jeweils mit Kugelkopf-Aufnahmebohrungen (11) und Durchgangsschlitzen (9) für die Enden der Stäbe (g) sowie ferner einer zentralen Durchgangsbohrung (12) für eine Befestigungsschraube (13) versehen sind.

5. Abstützung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten Kreuzplatinen (10) nach unten durch eine Bodenplatte (14) und nach oben durch einen Deckel (15) abgeschlossen sind, daß jedes Druckrohrende (3') mit einer zentralen Gewindebohrung (16) für die Befestigungsschraube (13) sowie einer planen Stützfläche (17) versehen ist und daß die Kreuzkopfplatinen (10) mit Boden (14) und Deckel (15) von der Befestigungsschraube (13) durchdrungen und gegen die plane Stützfläche (17) verspannt sind.

6. Abstützung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Befestigungsschrauben (13) jeweils Verdrehungssicherungen (18) zugeordnet sind.

7. Abstützung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in zwei verschiedenen Ebenen (ei, e2) angeordneten Stäbe (g) unterschiedliche Orientierungen aufweisen.

8. Abstützung nach Anspruch 7, wobei die Anordnung der Antriebsgehäuse ein im horizontalen Querschnitt rechteckiges Gitter bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (g)\n der einen Ebene (e 2) entlang der Rechteckseiten, dagegen die Stäbe (g) in der zweiten Ebene (e 1) entlang der Diagonalen der Rechtecke verlaufen.

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