DE2854155C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen in der Kaverne eines vorgespannten zylindrischen Druckbehälters installierten gasgekühlten Hochtem­ peraturreaktor, vorzugsweise mit kugelförmigen Brennelementen, mit einer mit Gasdurchlässen versehenen Tragkonstruktion und ei­ nem unterhalb der Tragkonstruktion befindlichen Heißgassammel­ raum, an dem sich mehrere radiale Heißgaskanäle anschließen, wo­ bei der Kernaufbau des Hochtemperaturreaktors von einem thermi­ schen Seitenschild umgeben ist und die Tragkonstruktion sich über in dem Heißgassammelraum angeordnete Säulen auf einer Bodenplatte abstützt.

Bekannt sind Stützkonstruktionen für einen aus vertikalen Mode­ ratorsäulen aufgebauten Moderatorblock eines gasgekühlten Kern­ reaktors, bei dem eine Anzahl von mit seitlichem Spiel nebenein­ ander in einer Ebene angeordneten Stützplatten vorgesehen ist, von denen jede eine beschränkte Zahl der Moderatorsäulen trägt. Eine solche Stützkontruktion ist beispielsweise in der Auslege­ schrift 11 77 751 beschrieben. Jede Stützplatte wird über drei Pfeiler auf einem festen Auflager abgestützt, das seinerseits auf dem Boden des Reaktorbehälters aufliegt. Die als Rundsäulen ausgebildeten Pfeiler weisen einen zentralen Teil aus Stahl, eine Hülle und eine zwischen beiden befindliche Wärmeisolier­ schicht auf.

Stand der Technik ist ferner ein Tragboden für einen Kugelhau­ fenreaktor (THTR-300 MWe), der aus einer Vielzahl von hexagonalen Graphitblöcken besteht, die zu frei beweglichen Säulen angeord­ net sind. Jede dieser Säulen weist eine Anzahl von axialen Boh­ rungen für das von oben nach unten durch den Kugelhaufen strö­ mende Kühlgas auf und ist einzeln durch eine massive Rundsäule abgestützt. Alle Rundsäulen sind in den aus Graphitplatten be­ stehenden Boden des Kernreaktors eingebunden. Das aus dem Trag­ boden austretende heiße Kühlgas gelangt in die von den Rundsäu­ len gebildete Säulenhalle, die als Heißgassammelraum dient und an die sich mehrere radiale Heißgaskanäle anschließen. Durch letztere wird das heiße Gas zu den Dampferzeugern geleitet.

Eine weitere Tragvorrichtung für den Kern eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit kugelförmigen Brennele­ menten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ist aus der Offenlegungsschrift 27 18 493 bekannt. Auch hier besteht die Tragvorrichtung aus einer Vielzahl von in Schichten übereinander angeordneten Graphitblöcken, die mit Durchlässen für das Kühlgas versehen sind. Die unterste Schicht wird von einer Anzahl aus einzelnen Segmenten zusammengefügten Trageinheiten gebildet, und jede Trageinheit stützt sich über einen Säulenkopf auf einer Rundsäule ab. Die Rundsäulen durch­ queren den Heißgassammelraum und sind in den Boden des Kernreak­ tors eingebunden.

In der Offenlegungsschrift 26 36 251 wird ein Boden für große Behälter beschrieben, der hohen und wechselnden Temperaturen ausgesetzt ist und aus zahlreichen Elementen aus hochtemperatur­ beständigem Material besteht. Die Elemente, die von einer äuße­ ren Abstützung zusammengehalten werden, sind auf Wälzkörpern ge­ lagert, deren Wälzebenen zu der Abstützung und/oder zu einem Festpunkt bis abwärts geneigt sind.

Dieser Stand der Technik bildet die Ausgangslage für die Erfin­ dung, die sich auf einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor der eingangs beschriebenen Bauart bezieht. Bei einem derartigen Kernreaktor werden an die Bodenplatte, auf der sich die Trag­ konstruktion für den Kernaufbau abstützt, sehr verschiedenar­ tige Anforderungen gestellt. Einmal muß vermieden werden, daß bei einem plötzlich auftretenden hohen Drucktransienten in dem Heißgassammelraum (infolge eines Störfalles in dem Kühlgaskreis­ lauf) der Kernaufbau angehoben wird, was eine feste Verbindung der Bodenplatte mit dem Kavernenboden bzw. Druckbehälterboden erfordert. Zum anderen treten im Betriebszustand des Hochtempe­ raturreaktors infolge unterschiedlicher Temperaturbelastung ver­ schieden große Wärmedehnungen bei der Bodenplatte und dem Druck­ behälter auf, die kompensiert werden müssen, wenn es nicht zu Wärmespannungen zwischen den beiden Komponenten kommen soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einem Hochtemperaturreaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die der Kernabstützung dienende Bodenplatte so auszugestalten, daß der Kern und seine Tragkonstruktion sicher verankert sind, ohne daß Wärmespannungen auftreten können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Hierbei kann das ringartige Außenteil der Bodenplatte in einem Störfall nicht abheben, da es mit dem relativ schweren thermischen Seitenschild belastet ist. Die thermischen Ausdehnungsdifferenzen zwischen dem Druck­ behälter (der aus vorgespanntem Beton oder Gußmaterial herge­ stellt sein kann) und dem Außenteil werden durch die Rollenlager ausgeglichen.

Bei dem scheibenartigen Mittelteil werden thermische Ausdehnungs­ differenzen durch die Nachgiebigkeit der Stützen in radialer Richtung kompensiert. In tangentialer Richtung wirkende Kräfte, wie sie beispielsweise bei Erdbeben auftreten können, werden je­ doch abgestützt, so daß der Kernaufbau des Hochtemperaturreak­ tors gegen Verdrehung gesichert ist.

Ein Abheben des Kernaufbaus im Störfall ist ebenfalls ausge­ schlossen, da die Stützen mit ihren unteren Enden fest in dem Druckbehälterboden verankert sind. Die oberen Enden der Stützen sind beispielsweise mittels Schraubverbindungen an dem Mittel­ teil der Bodenplatte befestigt.

Ein Störfall, der den Drucktransienten in dem Heißgassammelraum ansteigen läßt, liegt z. B. dann vor, wenn bei einem Hochtempera­ turreaktor mit an den Kühlgaskreislauf angeschlossener Helium- Turbomaschine eine Turbinenentschaufelung eintritt. Der gemäß der Erfindung ausgestaltete Hochtemperaturreaktor eignet sich daher besonders für ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlgas­ kreislauf und an den Reaktor gekoppelter Helium-Turbomaschine, eine sogenannte Einkreisanlage.

Von Vorteil ist bei dem so ausgestalteten Hochtemperaturreaktor auch, daß die Bodenplatte wie auch der Liner, mit dem die Reak­ torkaverne üblicherweise ausgekleidet ist, für Inspektionen und Wiederholungsprüfungen zugänglich sind.

Es ist zweckmäßig, das scheibenartige Mittelteil der Bodenplatte mittels eines starren Bolzens zu zentrieren, der in den Druck­ behälterboden eingebunden ist. Er wird in einer Aussparung im Zentrum des Mittelteils geführt. Bei Kugelhaufenreaktoren weist das Mittelteil einige Durchdringungen auf, durch die Kugelab­ zugsrohre verlegt sind.

Die Stützen können als Stäbe ausgebildet sein, die vorzugsweise rechteckigen Querschnitt besitzen und deren Länge, auf den Quer­ schnitt bezogen, ein Mehrfaches ihrer Breite beträgt. Sie sind vorteilhafterweise auf Teilkreisen um die Druckbehälter-Achse angeordnet, wobei ihre querschnittsbezogene Längsachse jeweils einen rechten Winkel mit einem von der Druckbehälter-Achse aus­ gehenden Radiusstrahl bildet. Das heißt, in radialer Richtung angrei­ fenden Kräften wenden die Stäbe ihre breite Seite zu, während sie Querkräften ihre schmale Seite zukehren.

Die einzelnen Segmente des scheibenartigen Mittelteils sind mit­ einander fest verbunden, so daß sie eine stabile Konstruktion bilden. Sie können beispielsweise miteinander verschraubt und verstiftet sein.

Die Verankerung der Stützen in dem Druckbehälterboden kann in verschiedener Weise vorgenommen sein. So können die Stützen an ihrem unteren, in den Druckbehälterboden hineinragenden Ende eine Gabelung aufweisen, die in das Material des Druckbehälter­ bodens eingegossen ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die unteren Enden der Stützen als Rohre auszubilden und diese in den Druckbehälterboden einzugießen. Die Rohre können jeweils mit dem eigentlichen Stabteil, der eine entsprechende Erweiterung aufweist, verschraubt sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Hochtemperaturreaktors schematisch dargestellt, wobei nur ein Ausschnitt aus seiner Tragkonstruktion mit Bodenplatte ge­ zeigt ist. Es handelt sich um einen He-gekühlten Hochtemperatur­ reaktor mit kugelförmigen Brennelementen, der Teil einer Ein­ kreisanlage ist. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Ausschnitt aus der Tragkonstruktion,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1,

Fig. 3 eine Alternative zu den in der Fig. 1 gezeig­ ten Stützen in vergrößerter Darstellung.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist in der Kaverne 2 eines zy­ lindrischen Druckbehälters 1 aus Spannbeton der Kern 3 eines Hochtemperaturreaktors installiert, der von einer Schüttung ku­ gelförmiger Brennelemente 4 gebildet wird. Die Schüttung ist von einem aus einer Vielzahl von Graphitblöcken aufgebauten ringför­ migen Seitenreflektor 5 umgeben, an den sich nach außen ein eben­ falls ringförmiger thermischer Seitenschild 6 anschließt. Am Bo­ den der Kugelschüttung treten mehrere Kugelabzugsrohre 7 aus, die zu einer (nicht dargestellten) Beschickungsanlage führen. Für jedes Kugelabzugsrohr ist ein konischer Kugeleinlauf 8 vorgesehen.

Die Kugelschüttung ruht auf einer Tragkonstruktion 9, die aus ei­ nem Gefüge von in Stapeln 10 angeordneten hexagonalen Graphit­ blöcken besteht. Die Höhen der Stapel 10 sind so festgelegt, daß die obenerwähnten konischen Kugeleinläufe 8 entstehen. Alle Sta­ pel 10 stützen sich je auf einer Rundsäule 11 ab. Die Rundsäulen 11 bilden zusammen eine Säulenhalle, die als Heißgassammelraum 12 dient. Durch Bohrungen 13 in den Graphitblöcken der Tragkon­ struktion 9 kann das die Kugelschüttung von oben nach unten durchströmende Kühlgas in den Heißgassammelraum 12 eintreten.

Unterhalb des Seitenreflektors 5 besitzt der Heißgassammelraum 12 mehrere Erweiterungen 14, an die sich jeweils ein radialer Heiß­ gaskanal 15 anschließt. Die Heißgaskanäle 15 sind durch weitere Gasführungen mit den Eintrittsstutzen einer innerhalb des Druck­ behälters 1 installierten Heliumturbine verbunden (nicht darge­ stellt). Ein Störfall in diesem Bereich des Heliumkreislaufs (z. B. eine Turbinenentschaufelung) wirkt sich unmittelbar auf die in dem Heißgassammelraum 12 herrschenden Druckverhältnisse aus.

Unter Zwischenschaltung einer Lage von Graphitblöcken 16, die den Gasstrom aus dem Heißgassammelraum 12 nach unten begrenzen, stüt­ zen sich die Rundsäulen 11 auf einer Bodenplatte 17 ab, die aus einzelnen Segmenten zusammengeschraubt ist (nicht dargestellt). Die Segmente können auch noch miteinander verstiftet sein. Die Segmente bilden das scheibenartige Mittelteil 18 der Bodenplatte 17, das von einem ringartigen Außenteil 19 umgeben ist. Beide Teile sind durch eine Verzahnung 20 formschlüssig miteinander verbunden.

Das ringartige Außenteil 19 stützt sich über Rollenlager 22 auf säulenartigen Stützen 21 ab, die auf dem Boden 23 der Kaverne 2 aufsitzen. Auf dem ringartigen Außenteil 19 ist der thermische Seitenschild 6 gelagert, durch dessen Gewicht ein Abheben des ringartigen Außenteils 19 unmöglich gemacht ist. Für den Ausgleich von Dehnungsdifferenzen sorgen die Rollenlager 22.

Das scheibenartige Mittelteil 18 der Bodenplatte 17 wird durch eine Vielzahl von Stützen 24 abgestützt, die in dem Boden 25 des Druckbehälters 1 verankert sind. Als Stützen 24 werden Stäbe mit rechteckigem Querschnitt verwendet, wie aus der Fig. 2 hervor­ geht. Die Länge a jedes Stabes (auf den Querschnitt bezogen) be­ trägt ein Mehrfaches seiner Breite b.

Die Stäbe 24 sind auf einer Reihe von Teilkreisen um die Achse des Druckbehälters 1 angeordnet, wobei auf dem gleichen Teilkreis befindliche Stäbe 24 sich ihre Schmalseite zukehren. Das heißt, die Stäbe 24 sind so ausgerichtet, daß ihre auf den Querschnitt be­ zogene Längsachse 1 mit einem von der Druckbehälter-Achse aus­ gehenden Radiusstrahl r ₁, r ₂, r ₃ . . . jeweils einen rechten Winkel bildet. Form und Anordnung der Stäbe 24 ermöglichen es diesen, in radialer Richtung auf sie einwirkenden Kräften nachzugeben, so daß sich unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen der Bodenplatte 17 und dem Druckbehälter 1 ausgleichen können. In tangentialer Richtung besitzen die Stäbe 24 eine große Steifigkeit und können daher unter Umständen (z. B. bei Erdbeben) auftretende Querkräfte abstützen.

Das scheibenartige Mittelteil 18 weist in seiner Mitte eine Aus­ sparung 26 auf, in der das obere Ende eines starren Bolzens 27 sitzt. Mit seinem unteren Ende ist der Bolzen 27 in dem Boden 25 des Druckbehälters 1 eingegossen. Er dient der Zentrierung der Bodenplatte 17.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel geht das un­ tere Ende der Stäbe 24 in eine Gabelung 28 über, die in den Spannbeton des Druckbehälters 1 eingegossen ist. Sie sorgt für eine feste Verankerung des jeweiligen Stabes 24. Die oberen En­ den der Stäbe 24 sind mit Hilfe von Winkelstücken 29 in dem Mit­ telteil 18 der Bodenplatte 17 befestigt.

In der Fig. 3 ist eine Alternative der in der Fig. 1 dargestell­ ten Stützen 24 gezeigt, die im wesentlichen ebenfalls als Stäbe 30 mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind. Das obere Ende jedes Stabes 30 weist eine Erweiterung 31 auf, die mittels Ver­ schraubung fest mit dem Mittelteil 18 verbunden ist. Die Veranke­ rung der Stäbe 30 in dem Boden 25 des Druckbehälters erfolgt jeweils mit Hilfe eines Rohres 32, das in den Spannbeton einge­ gossen ist. Durch eine flanschartige Verbindung 33 sind die Rohre 32 jeweils mit dem mittleren Stück der Stäbe 30 verbunden.

Claims (6)

1. In der Kaverne eines vorgespannten zylindrischen Druckbehälters installierter gasgekühlter Hochtemperaturreaktor, vorzugsweise mit kugelförmigen Brennelementen, mit einer mit Gasdurchlässen versehenen Tragkonstruktion und einem unterhalb der Tragkon­ struktion befindlichen Heißgassammelraum, an den sich mehrere radiale Heißgaskanäle anschließen, wobei der Kernaufbau des Hochtemperaturreaktors von einem thermischen Seitenschild um­ geben ist und die Tragkonstruktion sich über in dem Heißgas­ sammelraum angeordneten Säulen auf einer Bodenplatte abstützt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Bodenplatte (17) besteht aus einem scheibenartigen Mittelteil (18) und einem ringartigen Außenteil (19), wobei
  • a1) das Mittelteil (18) in an sich bekannter Weise aus einzelnen Segmenten zusammengefügt und durch eine Vielzahl von Stützen (24; 30) in dem Druckbehälter­ boden (25) verankert ist, und wobei
  • a2) Form und Anordnung der Stützen (24; 30) so gewählt sind, daß sie in radialer Richtung auf Biegung be­ anspruchbar sind, in Richtung ihrer Längsachse je­ doch steif sind,
• b) das ringartige Außenteil (19) ist als Träger für den thermischen Seitenschild (6) vorgesehen und stützt sich über säulenartige Stützen (21) und zwischen den Stützen (21) und dem Außenteil (19) angeordnete, an sich bekannte Rollenlager (22) auf dem Kavernenboden (23) ab.

2. Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenartige Mittelteil (18) der Bodenplatte (17) mittels eines starren Bolzens (27) zentriert ist, der in den Druckbehälterboden (25) eingebunden ist.

3. Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stützen (24; 30) als Stäbe, vor­ zugsweise rechteckigen Querschnitts, ausgebildet sind, deren Länge a, auf den Querschnitt bezogen, ein Mehrfaches ihrer Breite b beträgt, und daß die Stäbe (24) auf Teilkreisen um die Druckbehälter-Achse angeordnet sind, wobei ihre quer­ schnittsbezogene Längsachse 1 jeweils einen rechten Winkel mit einem von der Druckbehälter-Achse ausgehenden Radius­ strahl r ₁, r ₂, r ₃ bildet.

4. Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente des scheibenarti­ gen Mittelteils (18) miteinander verschraubt und verstiftet sind.

5. Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (24) an ihrem unteren, in den Druckbehälterboden (25) hineinragenden Ende eine Gabe­ lung (28) aufweisen.

6. Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das untere, in den Druckbehälter­ boden (25) hineinragende Ende der Stützen (30) als Rohr (32) ausgebildet ist.