DE2754462B2 - Atomkernreaktor mit einem Druckbehälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Atomkernreaktor mit einem Druckbehälter, der einen Innenflansch aufweist, an dem ein Coreträger hängt, und mit einem Behälterverschluß, mittels dem der Coreträger auf dem Flansch gehalten ist Ein solcher Reaktor ist aus der GB-PS 12 71 594 bekannt.

Das Core eines Atomkernreaktors ist eine kompakte Baugruppe aus Kernbrennstoffstäben, über die ein z. B. flüssiges Kühlmittel, das dabei erhitzt wird, strömt. Die hydraulischen Kräfte des flüssigen Kühlmittels sind erheblich. Während des normalen Reaktorbetriebes sind diese Kräfte so gerichtet, daß sie die Innenstruktur innerhalb des Reaktorbehälters zu versetzen tendieren, einschließlich des Cores selbst Zusätzlich zu dieser Gefahr der Versetzung können Vibrationen, hervorgerufen durch diese Kräfte, zu Verschleiß und sogar zum Versagen der Bauelemente führen.

Bei bekannten Kernreaktoren hängt der Coreträger oder die Coreträgertrommel von einem Innenflansch des Reaktorkessels. Eine Ringstruktur wurde zwischen dem oberen Führungsaufbauflansch und dem Verschluß oder Verschlußkopf des Reaktorbehälters angeordnet, um die Niederhaltekräfte des Reaktorbehälters angeordnet, um die Niederhaltekräfte von dem Verschluß auf die Coreträgertrommel zu übertragen. Diese Niederhalteanordnung war jedoch nur begrenzt in der Lage, die erforderlichen Niederhaltekräfte aufzubringen.

Darüber hinaus ist die Niederhalteanordnung vom Ringtyp für die Coreträgertrommel prinzipiell bereits hinsichtlich der Kraftübertragungsfähigkeiten begrenzt. Das gesamte Konzept ist nur schlecht einstellbar hinsichtlich der Niederhaltekräfte, die auf die Coreträgertrommel übertragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mechanisches Verbindungsglied zwischen dem Druckbehälterverschluß und der Coreträgertrommel zu schaffen, mit einer Gesamtfederkonstante, die leicht modifizierbar ist, um eine Anpassung an spezifizierte Niederhaltekraftgrößen zu ermöglichen. Darüber hinaus soll die interne Reaktorstruktur so ausgebildet, bemessen und angeordnet werden, daß man eine hohe Klemm- und Niederhaltekraft auf die Coreträgertrommel übertragen kann, ohne die Struktur vom Ringtyp nach dem Stand der Technik, wobei ermöglicht werden soll, daß die Coreträgertrommel aus mehr als einem Stück gefertigt werden kann.

ίο Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Atomkernreaktor erfindungsgsmäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs gelöst

Bei der Erfindung ergibt sich mit der Coreträgertrommel unter Zugspannung zwischen dem Behälterflansch und dem Sitz und mit dem Niederhalter oder Zylinder unter Kompression zwischen dem Verschlußkopf und dem Sitz, eine hochfeste elastische Federstruktur, die mit der gewünschten Niederhaltekraft belastet wird durch einen Paßsitz zwischen dem Flanschspalt an dem Behälterverschlußkopf und der erwähnten Federstruktur.

Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Coreträgertrommel bereits in einem erheblichen Abstand unterhalb des Innenflansches des Reaktordruckbehälters endet und daß ihr oberer Flansch eingeklemmt ist zwischen dem unteren Ende des Niederhalters oder Zylinders als Kompressionsglied und einem unteren Flansch eines zwischengeschalteten Tragzylinders, der herunterhängt von dem Innenflansch des Reaktorbehälters mittels eines oberen äußeren Flansches.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert

F i g. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Kernreaktordruckbehälters gemäß der Erfindung, und

F i g. 2 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 eine abgewandelte Ausführungsform.

F i g. 1 läßt einen Kernreaktor 1 erkennen. Der Reaktordruckbehälter 2 weist eine Core- oder Brennstoffregion 3 auf.

Die Brennstoffregion 3 besteht aus einer Mehrzahl von Kernbrennstoffelementen und wird von diesen definiert Diese Brennstoffstäbe sind in Baugruppen angeordnet, die hier nicht im einzelnen erläutert zu werden brauchen. Nur ihre allgemeine Positionierung ist von Bedeutung. Jede Baugruppe umlaßt vertikale, hohle Führungsrohre, die an oberen und unteren Endplatten befestigt sind, mittels denen die Baugruppe starr abgestützt wird. Die Baugruppen werden dann an Ort und Stelle abgestützt durch die untere Platte 4, die öffnungen aufweist, damit Kühlmittel zu den Baugruppen des Cores 3 gelangen kann.

Das Core 3 wird von der Corehülle umgeben, die auf der unteren Tragplatte 4 montiert ist Die untere Tragplatte 4 und das gesamte Core aus Brennstoffbaugruppen wird innerhalb des Druckbehälters 2 von der Coreträgertrommel 5 abgestützt, die von einem Innenflansch 6 herabhängt, der am oberen Ende des Druckbehälters 2 ausgebildet ist.

Das Einführen und Herausziehen von Steuerelementen, bestehend aus Neutronengift, ist von lebenswichtiger Bedeutung für den Betrieb des Kernreaktorcores.

b5 Die Führungsstruktur durch welche diese Steuerelemente eingeführt und herausgezogen werden, ist gebildet von der sogenannten oberen Führungsstruktur (UGS = upper guide structure). Die UGS liegt im

Abstand oberhalb des Cores und wird unabhängig von dem Baugruppencore gehalten. Eine Form von UGS Core und Coretrommelabstützung ist aus der US-PS 38 49 251 bekannt

In den bekannten Kernreaktoren häng« die UGS von einer äquivalenten Anordnung zu dem Flansch 6 und ist innerhalb der Coreträgertrommel 5 angeordnet Insbesondere hat die UGS die Form einer zylindrischen Trommel, auf und innerhalb der die Führungsstruktur für die Steuerelemente in dem darunterliegenden Core angeordnet ist

Wie nachfolgend noch näher erläutert, ersetzt die Vorrichtung gemäß der Erfindung die bisher übliche UGS. Anders ausgedrückt, die UGS nach dem Stand der Technik kann verbessert werden gemäß der Erfindung, so daß man die einleitend angegebene, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe löst

Während des Reaktorbetriebes tritt ein flüssiges Kühlmittel, wie Wasser, in den Einlaßstutzen 15 des Reaktors 1 ein und fließt nach unten rings um die Außenseite der Coreträgertrommeln 5. Das Kühlmittel strömt dann nach innen und oben durch die öffnungen in der unteren Platte 4 und über die Brennstoffabbaugruppen, durch die das Kühlmittel aufgeheizt wird. Das erhitzte Kühlmittel strömt dann durch den Auslaßstutzen 16, wobei es den Stutzen erreicht durch öffnungen in den Platten oberhalb der Corebaugruppe und in der Wandung der Coreträgertrommel 5.

Wie bedeutend immer für den gesamten Reaktorbetrieb die Steuerstäbe und deren Mechanismen sein mögen, so soll diesen Elementen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung nur der Platz zugeordnet sein, ohne daß ihr Aufbbau im einzelnen beschrieben wird. Die Erfindung verkörpert sich nämlich in der Form und Ausbildung der Coreträgertrommel 5, der Niederhaltetrommel 20, des Flansches 6, des Verschlusses 21 und der Beilage 22. Diese Struktur ist der Kernpunkt des Gegenstandes der Erfindung, und nur jene Teile des Reaktors werden im Zusammenhang mit dieser Struktur beschrieben, die zum Verständnis der Erfindung für einen Fachmann erforderlich sind.

Die Kühlmittelströmung durch das Core 3 wurde allgemein erläutert. Man muß jedoch auch die Größe der hydraulischen Kräfte in Betracht ziehen, die auf die Corestruktur von dem Kühlmittel ausgeübt werden. Die Menge an Kühlmittel, die durch das Core 3 geleitet wird, ist erheblich. Für einen Reaktor für eine Nennleistung von 3800 MW liegt die Quantität des Kühlmittels in der Größenordnung von 74 χ ΙΟ⁶ kg/h. Die Kraft, ausgeübt von dem Kühlmittel, ist hinreichend groß, um eine Versetzung der Coreträgertrommel gewärtigen zu müssen, mittels der das Core innerhalb des Reaktordruckbehälters abgestützt wird. Selbst wenn keine Versetzung eintritt, ist eine Vibration mit Sicherheit zu erwarten, und diese Vibration kann zum Verschleiß der Coreträgertrommel führen, was schließlich zu einem Versagen des Reaktors führen könnte. Es ist offensichtlich, daß allen Kräften entgegengewirkt werden muß, die die Tendenz haben, die Coreträgertrommel zu bewegen.

Die Coreträgertrommel 5 hängt von dem Innenflansch 6 an der Oberseite des Reaktorbehälters 1 herunter. Deshalb muß eine Kraft auf den Trommelflansch ausgeübt werden, um ihn sicher auf seinem Sitz auf dem Flansch 6 zu halten. Gemäß der Erfindung wird eine wirksame mechanische Verbindung geschaffen zwischen der Coreträgertrommel 5 und dem Verschlußkopf 21 des Druckbehälters. Dieses Verbindungsglied muß elastisch sein und gieichwohl die erforderliche Kraft übertragen. Das Verbindungsglied muß Mittel aufweisen, um die Einsteilung der erforderlichen Kraft zu ermöglichen zur Anpassung an spezifische Konstruktionserfordernisse. Das Verbindungsglied sollte wünschsnswerterweise die Struktur mit benutzen, die sich bereits an Ort und Stelle innerhalb des Druckbehälters befindet Alle diese Erfordernisse und aridere darüber hinausgehende werden gemäß der Erfindung erfüllt

Gemäß Fig. 1 erstreckt sich die Coreträgertrommel 5 über den größten Teil der Länge des Reaktordruckbehälters. Im einzelnen erstreckt sich die Trommel von dem Innenflansch 6 des Behälters bis unter das Core 3, wobei die Corestruktur abgestützt wird von einem 5 unteren Flansch an der TrommeL

Die UGS Konstruktion gemäß US-PS 38 49 257 kann ein Merkmal des Reaktors sein, bei dem die Erfindung angewendet wird. Unter einem Gesichtspunkt kann man diese UGS Trommel oder diesen Niederhalter als bei 20 dargestellt ansehen. Mit einer Stützplatte 26 an dem unteren Ende ergibt sich der grundlegende Rahmen eines UGS. Unter einem zweiten Gesichtspunkt wird diese Trommel 20 nach unten aufgesetzt auf eine Sitzfläche 27 auf der Coreträgertrommel 5. Die Trommel 20 kann unter diesem Gesichtspunkt genausogut als Niederhalte trommel bezeichnet werden. Diese Trommel 20 ist hier dargestellt als sich zwischen dem oberen Verschlußkopf 2i und dem Sitz 27 erstreckend, bei dem es sich um einen unteren Innenflansch 28 der Coreträgertrommel 5 handelt In dieser Position wird die Niederhaltekraft, die von dem Verschlußkopf 21 aufgebracht wird, auf die Coreträgertrommel 5 übertragen, die so den Kühlmittelkräften wiederstehen kann, die in Richtung einer Bewegung oder Vibration der Trommel 5 gerichtet sind.

Gemäß Fig. 1 erstreckt sich die Niederhaitetromme! 20 als UGS nach unten von dem Verschluß 21 über eine gegebene Länge der Coreträgertrommel 5, bis zu dem Sitz auf der Fläche 27 der Trommel 5. In F i g. 1 ist der Innenflansch 28 an der Trommel 5 oberhalb des Auslaßstutzens 16 angeordnet Der Flansch 28 könnte jedoch auch die Fläche 27 auf einem Niveau ausbilden unterhalb des Auslaßstutzens 16, wobei gleichwohl die Erfindung verkörpert würde.

Seiner Funktion nach ist die Niederhaltetrommel 20 ein Kompressionsglied, indem es auf dem Sitz 27 des Flansches 28 aufsitzt. Im einzelnen weist die Trommel 20 einen Außenflansch 30 auf, der sich nach außen erstreckt unterhalb der auswärts gerichteten Fläche 31

so des Verschlußkopfes 21. Zwischen der Verschlußfläche 31 und dem Sitz 27 erstreckt sich die zylindrische Wandung der Trommel 20 als ein Kompressionsglied.

Daraus folgt, daß bei Übertragung einer Kraft auf die Trommel 5 durch die Trommel 20 die erstere unter Zugspannung gesetzt wird. Der Außenflansch 32 erstreckt sich nach außen an der Oberseite der Trommel 5 und ragt dabei über den Behälterflansch 6 und sitzt auf diesem auf. Durch diesen Eingriff hängt die Trommel 5 von dem Behälterflansch 6 nach unten. Der obere

ho Abschnitt der Wandung der Trommel 5 wird unter Zugspannung gesetzt zwischen dem Flansch 32 im Eingriff mit Behälterflansch 6 und dem Sitz 27 des Flansches 28. Das Ergebnis ist eine hochfeste, elastische FHerstruktur, gebildet von den Trommelwandungen

h > nach unten zum Sitz 27 — Flansch 28.

Die Belastung der Federstruktur wird ausgelegt durch hinreichendes Erstrecken der Länge der Trommel 20, damit sich ein Spiel ergibt zwischen dem Flanschspalt an

der Verschlußkopfberührungsfläche und der inneren Federstruktur. Die Bemessung dieser Struktur kann ohne weiteres verändert werden, um die Gesamtfederkonstante zu erzielen, mit der bestimmte Niederhalteerfordernisse erfüllt werden.

Ein flacher Beilagering 22 wird zwischen der Verschlußkopffläche 31 und dem Flansch 30 plaziert. Dieser Beilagering wird maschinell bearbeitet, bis zu einer Dicke, bei der sich die genauen Abstände ergeben für die gewünschte Federkonstante.

Fig.2 zeigt, wie die Erfindung die zweiteilige Ausbildung einer Coreträgertrommel ermöglicht. Wenn die Höhe der Trommel verringert werden kann, wird die Handhabung der Reaktorteile vereinfacht.

Man erkennt wiederum in Fig. 2 den Kernreaktor 1, !5 den Druckbehälter 2, den Brennstoffbereich oder das Core 3, die Platte 4, den Flansch 6, den Einlaßstutzen 15, Auslaßstutzen 16, Verschluß 21, Beilagering 22 und die Verschlußkopf fläche 31. Der übrige Aufbau ist unabhängig von der Ähnlichkeit oder den Unterschieden zu F i g. 1 mit anderen Bezugszeichen versehen.

Die Coreträgertrommel 40 ist ziemlich kurz im Vergleich mit der Coreträgertrommel 5 aus Fig. 1. Diese Trommel wird an Ort und Stelle gehalten, indem sie gekoppelt ist mit einer Coreträgerzwischentrommel 41 und der Niederhaltetrommel 42. Insbesondere ist am unteren Ende der Zwischentrommel 41 ein nach innen ragender Flansch 43 vorgesehen. Ein nach außen weisender Flansch 44 ist an der Oberkante der Trommel 40 angeordnet. Dieser Flansch 44 sitzt bei 45 auf und ist auf diesen Sitz 45 geklemmt durch das untere Ende der Niederhaltetrommel 42.

Die Niederhaltetrommel 42 mit der Platte 46 ist vergleichbar mit der Trommel 20 und der Platte 26 aus F i g. 1 derart, daß beide als obere Führungsstruktur j:> (UGS) dienen können für die Steuerstäbe des Reaktorcores und gleichzeitig als Niederhaltestruktur dienen können für die Coreträgertrommel 40. Unter einem Gesichtspunkt ist die Zwischentrommel 41 einfach ein nach aufwärts gerichteter Fortsatz zui Trommel 40. Als solche hängen beide Trommeln an den Innenflansch 6 mittels des Flansches 47 am oberen End< der Zwischentrommel 41.

Unter einem zweiten Gesichtspunkt sind der Flansd 48 und der Flansch 47 und der Beilagering 22 irr Abstand gehalten zwischen dem Behälterflansch 6 unc der Verschlußkopffläche 31, und die Belastung auf dis Trommel 40 zu übertragen, welche deren Bewegung durch die hydraulischen Kräfte des Kühlmittel; verhindert. Im einzelnen bilden die Niederhaltetromme 42 und die Zwischentrommel 41 das elastische Federglied gemäß der Erfindung, mit dem dit Niederhaltekraft auf die Coreträgertromme! 40 übertra gen wird, von dem Verschluß 21.

Wie in F i g. 1 ist die vertikale Positionierung dei Kopplung zwischen der Coreträgertrommel 40 und der Zwischentrommeln 41 bzw. Niederhaltetrommeln 42 nicht auf die Offenbarung gemäß der Zeichnung beschränkt. Andere Konstruktionsfaktoren könner diese Position verändern. Der wichtige Vorteil bestehi darin, daß die Coreträgertrommel 40 sich nicht bis zi dem Flansch 6 zu erstrecken braucht. Mit diesel erheblich verkürzten Struktur kann sie einfache: getrennt gehandhabt werden als die langgestreckt« Coreträgertrommel 5 aus Fig. 1. Dabei steht diese: Gewinn bei der Handhabungsflexibilität nicht inWiderspruch mit der Festigkeit des elastischen Gliedes mittels dem die Niederhaltekraft auf die Coreträger trommel ausgeübt wird.

Aus den vorstehenden Erläuterungen erkennt man daß mittels der Erfindung die Aufgabe vollständig gelöst wird, die oben angegeben wurde, und daß man weitere Vorteile erzielen kann, die in der vorstehender Erläuterung von Ausführungsbeispielen erwähnt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor mit einem Druckbehälter, der einen Innenflansch aufweist, an dem ein Coreträger hängt, und mit einem Behälterverschluß, mittels dem der Coreträger auf dem Flansch gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Coreträger (5, 40, 41) im Abstand von dem Flansch (6) seinerseits einen Flansch (28, 43) aufweist, auf den vom Behälterverschluß (21) Druckkräfte mittels einer Niederhaltertrommel (20, 42) Obertragen werden.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterflansch (6) im Abstand von dem Sitz (31) des Behälterverschlusses (21) angeordnet ist und daß der Spalt zwischen dem Verschluß und der Niederhdtertrommel mittels eines Beilageringes (22) ausgefüllt ist

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Coreträger einen oberen Abschnitt (41) zwischen dem Behälterflansch (6) und dem Coreträgerflansch (43) aufweist sowie einen zweiten Abschnitt (40) mit einem Zwischenflansch (44), der zwischen dem Coreträgerflansch (43) und der Niederhaltetrommel (42) eingeklemmt ist