-
Stützkonstruktion für einen vorgespannten zylindrischen
-
Druckbehälter und Verfahren zu ihrer Errichtung Die vorliegende Erfindung
betrifft eine Stützkonstruktion für einen vorgespannten zylindrischen Druckbehälter,
vorzugsweise aus Spannbeton, der sich über eine Ringstützwand auf einem Fundament
abstützt.
-
Bekannt sind Anordnungen zur Lagerung von Reaktordruckbehältern, die
die infolge einer Wärmedehnung des Druckbehälters entstehenden Radialkräfte aufnehmen
können. So wird beispielweise in der Auslegeschrift 24 32 011 eine Anordnung zur
wärmebeweglichen Lagerung eines Reaktordruckbehälters beschrieben, der mittels Biegefedern
an den Halteteilen einer den Druckbehälter mit Spalt umgebenden Berstsicherung befestigt
ist. Die Biegefedern werden durch die Axiallast des Druckbehälters auf Zug und durch
seine radiale Wärmedehnung auf Biegung beansprucht.
-
Aus der Offenlegungsschrift 20 21 031 ist ein Verfahren zur Verhütung
von Erdbebenschäden an einem Gebäude, insbesondere einem Kernreaktor, bekannt, der
über zwei Rollplatten und zwischen den Rollplatten angeordneten Stützkörpern beweglich
mit einem Fundament verbunden ist. Die bei Erdschwingungen in horizontaler Richtung
auftretenden Bewegungen des Fundamentes werden in vertikale
und
horizontale Bewegungskomponenten zerlegt, und die an dem Kernreaktor angreifenden
Beschleunigungskräfte werden durch Schwingungstilgung reduziert. Als Stützkörper
können Doppelkalottenlager verwendet werden.
-
In der Auslegeschrift 24 28 401 wird eine erdbebensichere Abstützung
für einen auf mehreren Stützen gelagerten Kugelbehälter beschrieben, bei der zwischen
der Bodenseite des Kugelbehalters und einem Fundament eine Reihe von Dämpfungsgliedern
angeordnet ist. Die Dämpfungsglieder wirken im Falle eines Erdbebens gegen aus allen
Richtungen in einer horizontalen Ebene kommende StöBe.
-
Bekannt ist auch eine Stützkonstruktion für einen Kernreaktor, die
aus mehreren auf einer festen Bodenplatte angeordneten Stützen bestehe. Auf den
Stützen ist unter Zwischenschaltung von Rollen oder dergleichen ein Tragmantel gelagert,
der seinerseits den Kernreaktor trägt. Um eine gleichmäßige Belastung der einzelnen
Stützen zu gewährleisten, sind die Stützen als in axialer Richtung elastisch verformbare
Druckstangen ausgebildetO Diese Stützlonstruktion ist in der Auslegeschrift 15 59
153 dargestellt.
-
Stand der Technik ist ferner noch eine Abstützung für eine mit einem
Hochtemperaturreaktor gekoppelte Turbogruppe, die innerhalb des aus Spannbeton bestehenden
Reaktordruckbehälters angeordnet ist. dieser stützt sich auf einem Fundament ab.
Wie in der Offenlegungsschrift 27 17 617 beschrieben, sind zwischen dem Fundament
und der Turbogruppe höhenverstellbare und in Axialrichtung bewegliche Abstützungen
vorgesehen, die den Druckbehälter gasdicht durchdringen. Die Abstützungen weisen
Fixierungen
zur Aufnahme von Vertikal- und Tangentialbewegungen
auf, die unabhängig von Deformationen des Druckbehälters auftreten.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine erdbebensichere Stützkonstruktion für einen eingangs beschriebenen
Druckbehälter anzugeben, die auch bei Druckbehältern mit großen Abmessungen und
warmgehenden Wänden eine sichere Einleitung aller statischen Lasten sowie der durch
Druckbehälter-Deformation entstehenden Belastungen in das Fundament erlaubt und
eine lange Standzeit des Druckbehälters ermöglicht.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen
dem Druckbehälter und der Ringstützwand mehrere radial ausgerichtete vorgespannte
Lager ausbaubar angeordnet sind, die in Bezug auf Kraft und Weg einstellbar sind.
-
Druckbehälter großer Abmessungen werden insbesondere zur Aufnahme
von Kernkraftwerkskomponenten gebaut. Sie bestehen aus einer drucktragenden Außenhülle
aus vorgespanntem Beton oder Gußmaterial, die eine Kaverne umschließt, und einem
Liner zur Abdichtung der Kaverne. Zunehmend werden derartige Druckbehälter mit einem
'heißen Liner" betrieben; d.h., die überlicherweise ar dem Liner angebrachte Wärmeisolierung
ist an der Außenseite der Druckbehälter vorgesehen (Druckbehälter mit warmgehenden
Wänden). Bei solchen Druckbehältern ergeben sich Probleme in Bezug auf ihre Lagerung,
die ihre Ursachen in den Zwängungen haben, welche auf an den Druckbehältern auftretende
Verschiebungen zurückzuführen sind. Diese wiederum werden hervorgerufen durch die
Vorspannung, das Kriechen und Schwinden sowie das Aufheizen und Abkühlen der Druckbehälter.
-
Bei großen Druckbehältern liegen die zu erwartenden Verschiebungen
in einer Größenordnung, die eine starre Verbindung von Druckbehälter und Stützkonstruktion
nicht mehr zuläßt. Durch die Anordnung von radial verschieblichen Lagern zwischen
Druckbehälter und Stützkonstruktion könnte den großen Verschiebungen Rechnung getragen
werden; verschiebliche Lager können jedoch keine horizontalen Lasten übertragen,
wie es z.B. bei Erdbeben, Flugzeugabsturz oder dergleichen erforderlich wäre. Bei
den gemäß der Erfindung vorgesehenen vorgespannten Lagern ist auch eine horizontale
Lastabtragung möglich.
-
Die vorgespannten Lager lassen sich zu jedem beliebigen Zeitpunkt
in ihrer Höhenlage und Kraft einstellen. Ebenso können horizontale Bewegungen als
Folge von Druckbehälterverschiebungen kompensiert werden, so daß diese Verschiebungen
ohne Zwängungen von der Stützkonstruktion aufgenommen bzw. solche Zwängungen erheblich
gemildert werden.
-
Da bei großen Druckbehältern (insbesondere wenn sie zur Aufnahme von
Kernkraftwerkskomponenten bestimmt sind) im Bereich der Behälterabstützung sehr
eingeschränkte Platzverhältnisse vorliegen, können nur wenige Abstützpunkte oder
Lager zwischen dem Druckbehälter und der Stützkonstruktion vorgesehen werden. Diese
sind somit durch die anteilige Auflast relativ hoch belastet. Es ist daher erforderlich,
daß die Lager gewartet bzw. ausgewechselt werden können, um eine Stillegung des
Kernkraftwerkes infolge einer Beschädigung nicht ausbaubarer Lager zu vermeiden.
-
Zum Erkennen von beschädigten Lagern müssen druchgreifende Inspektionen
an den Lagerbauteilen durchgeführt werden können.
-
Große Druckbehälter lassen sich infolge ihres Gewichtes (Druckbehälter
für einen Hochtemperaturreaktor mit im Behälter integrierter Heliumturbine können
z.B. ca. 130 000 t wiegen) nicht durch Hubeinrichtungen anheben, was zum Auswechseln
von Lagern nach dem Stand der Technik unerläßlich ist. Selbst wenn es gelänge, einen
solchen Behälter zu heben und in der neuen Lage zu stabilisieren, ergäben sich Probleme
hinsichtlich der aus dem Druckbehälter herausführenden Rohrleitungen und Wellen,
die in ihrer Höhenlage nicht verändert werden können.
-
Bei der erfindungsgemäßen Stützkonstruktion ist es möglich, jedes
einzelne Lager zu jedem beliebigen Zeitpunkt auszuwechseln oder zu warten, ohne
daß der Druckbehälter in seiner Höhenlage verändert zu werden braucht. Dies wird
dadurch bewerkstelligt, daß das auszubauende Lager von seiner Vorspannkraft entlastet
und die Last auf die anderen Lager aufgeteilt wird, die entsprechend eingestellt
werden.
-
Von großem Vorteil ist, daß die Lager ohne großen technischen Aufwand
untereinander justiert werden können, und zwar lediglich durch Verändern ihrer Vorspannung.
Durch eine entsprechend gewählte Voreinstellung der Lager können die Verschiebewege
der Lager klein gehalten werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stützvorrichtung
bestehen die vorgespannten Lager je aus zwei Spannkeilen, die mittels eines Spannstabes
gegeneinander gespannt sind. Die Spannkraft wird durch eine obere und eine untere
Spannplatte auf die Unterkante des Druckbehälters und auf die Oberkante der Ringstützwand
übertragen; sie kann genau dosiert werden. Jedes einzelne Lager ist so auf Kraft
vorgespannt.
Die aus Stahl oder Gußmaterial bestehenden Spannkeile
sind nicht selbsthemmend ausgebildet; die Lager können daher durch Lösen der Spannstäbe
wieder entlastet werden. Durch Spannen und Lösen der Keile läßt sich die Lagerkraft
genau einstellen.
-
Die aus Behälterverschiebungen resultierenden relativ großen Lagerwege
können durch Voreinstellen der Spannkeile verkürzt werden. Dazu werden die Lager
nacheinander entlastet, mit einer neuen Voreinstellung versehen und wieder belastet.
Durch mehrfache Wiederholung dieser Vorgänge kann bei geschickter Wahl der Voreinstellungen
auch dahingehend gewirkt werden, daß einige der Lager entbehrlich werden. Damit
ist es möglich, eine direkte Kraftübertragung von dem Druckbehälter auf die Stützkonstruktion
vorzunehmen (was infolge äußerer oder innerer Einwirkungen erforderlich werden könnte).
-
Zwischen der unteren Spannplatte und der Oberkante der Ringstützwand
ist zweckmäßigerweise ein Gleitlager oder eine Mörtelschicht vorgesehen.
-
Mit besonderem Vorteil läßt sich die erfindungsgemäße Stützkonstruktion
für einen Reaktordruckbehälter verwenden, in dem in einem horizontalen Stollen unter
einem mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktor eine Turbomaschine installiert
ist, welche über eine Welle starr mit einem außerhalb des Reaktordruckbehälters
in einem druckfesten Gehäuse angeordneten Generator verbunden ist. Bei diesem Druckbehälter
weist die Stützkonstruktion neben der Ringstützwand eine Anzahl von Pendelstützen
auf, über die sich der Reaktordruckbehälter zusätzlich auf dem Fundament abstützt
Die Ringstützwand besitzt einen wesentlich kleineren Druchmesser als der Reaktordruckbehälter,
und die Pendelstützen sind auf einem außerhalb der Ringstützwand befindlichen Teìlkreis
um die Achse des Reaktordruckbehälters angeordnet.
-
Die oberen und die unteren Enden der Pendel stützen sind vorteilhafterweise
als Kalottenlager ausgebildet. Es können aber auch Betongelenke zwischen den Pendel
stützen und dem Reaktordruckbehälter bzw. dem Fundament vorgesehen sein. In beiden
Fällen werden Verschiebungen des Behälters, die aus Wärmedehnungen, Kriechen und
Schwinden des Behältermaterials resultieren, von der Stützkonstruktion ohne Zwängungen
aufgenommen.
-
Die starre Verbindung zwischen der Turbomaschine und dem Generator
reagiert sehr empfindlich auf unterschiedliche vertikale Verschiebungen der beiden
Komponenten. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird daher das
druckfeste Gehäuse, in dem der Generator gelagert ist, durch Stützpfeiler auf dem
Fundament abgestützt, wobei zwischen dem Gehäuse und jedem Stützpfeiler ein horizontal
ausgerichtetes vorgespanntes Lager angeordnet ist. Mittels der vorgespannten Lager
kann die Höhenlage des Generators in Abhängigkeit von den Verschiebungen des Reaktordruckbehälters
genau justiert werden.
-
Zweckmäßigerweise wird die Höhenlage des Generators und der Turbomaschine
fortlaufend mit geeigneten Meßinstrumenten kontrolliert, so daß Abweichungen sofort
erkannt und mit Hilfe der vorgespannten Lager korrigiert werden können. Diese Korrekturen
lassen sich auch während des Reaktorbetriebes vornehmen.
-
Die erfindungsgemäße Stützkonstruktion kann noch dadurch verbessert
werden, daß die Ringstützwand und der Druckbehälter kraftschlüssig zusammengespannt
werden. Dazu werden horizontale Spannelemente benutzt, die durch den untersten Bereich
des Druckbehälters und den obersten Bereich der Ringstützwand geführt sind. Bei
dieser Ausführungsform ist die Ringstützwand bis in eine Aussparung hineingezogen,
die sich in der Bodenfläche des Druckbehälters befindet.
-
Im Bereich jedes der horizontalen Spannelemente kann zwischen der
Ringstützwand und dem Druckbehälter, d.h. der seitlichen Begrenzung der Boden-Aussparung,
ein vertikal ausgerichtetes vorgespanntes Lager angeordnet sein.
-
Die Errichtung der erfindungsgemäßen Stützkonstruktion kann in folgenden
Verfahrensschritten vor sich gehen: der Reaktordruckbehälter wird zunächst während
seiner Bauphase bis zur Inbetriebnahme nur auf die Pendelstützen aufgelagert; nach
Abklingen eines großen Teils der plastischen Verformung des Reaktordruckbehälters
werden sodann die Lager zwischen den Reaktordruckbehälter und der Ringstützwand
angespannt, und zwar sowohl die radial ausgerichteten als auch (falls vorhanden)
die vertikal ausgerichteten Lager; gegebenenfalls werden darauf die horizontal ausgerichteten
Lager zwischen dem Generator-Gehäuse und den Stützpfeilern angespannt.
-
Für das erfindungsgemäße Errichtungsverfahren spielt es keine Rolle,
ob bei den Pendelstützen Kalottenlager oder Betongelenke zur Anwendung kommen.
-
Die größten radialen Verschiebungen des Reaktordruckbehälters treten
etwa einen Monat nach dem Aufheizen des Behälters auf.
-
Danach kann der zweite Verfahrensschritt, also das Anspannen der Lager,
erfolgen; d.h. die Lager werden unter Druck gesetzt, wodurch die Ringstützwand den
vorausberechneten Anteil an der Behälterauflast erhält.
-
Während der Errichtung des Reaktordruckbehälters lassen sich die vorgespannten
Lager vorteilhafterweise zum Anheben oder Absenken sowie zum Justieren. von schweren
Lasten verwenden. Trotz seiner hohen Auflast kann auch der Spannbetondruckbehälter
mit Hilfe der vorgespannten Lager (deren Einstellung verändert wird) in seiner Höhenlage
justiert werden.
-
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Stützkonstruktion schematisch dargestellt. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig.
1 ein erstes Auführungsbeispiel der Stützkonstruktion für einen Spannbetondruckbehälter
im Längsschnitt, Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 (ein horizontales vorgespanntes
Lager) in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Stützkonstruktion
mit Ringstützwand und Pendelstützen, Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für
einen Reaktordruckbehälter mit integrierter Helium-Turbpmaschine, Fig. 5 einen Schnitt
nach der Linie A-B der Fig: 4.
-
Die Fig. 1 läßt einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, der zur
Aufnahme eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors bestimmt ist Der zylinderförmig
ausgebildete Behälter weist in seiner Bodenfläche (Behälterunterkante) 2 eine Aussparung
3 auf. Unterhalb des Spannbetondruckbehälters 1 befindet sich eine Ringstützwand
4, die in die Aussparung 3 hineingezogen ist.
-
Zwischen dem Boden 5 der Aussparung 3 und der Oberkante 11 der Ringstützwand
4 sind mehrere radial ausgerichtete vorgespannte Lager 6 angeordnet, von denen in
der Fig. 1 nur eines dargestellt ist. Das Lager 6 ruht auf einem Gleitlager 7. Es
besteht aus zwei Spannkeilen 8 und 9, die mitteIs eines Spannstabes 10 gegeneinander
gespannt sind. Weitere Einzelheiten des Lagers 6 sind der Fig. 2 zu entnehmen.
-
Durch den untersten Bereich des Spannbetondruckbehälters 1 und den
obersten Bereich der Ringstützwand 4 sind mehrere horizontale Spannkabel 12 gezogen,
die den Behälter und die Ringstützwand zug- und druckfest zusammenschließen. Das
Spannen der Spannkabel 12 erfolgt von der Spannstelle 13 aus. Im Bereich jedes Spannkabels
12 ist zwischen der Ringstützwand 4 und der seitlichen Begrenzungsfläche der Aussparung
3 ein vertikal ausgerichtetes vorgespanntes Lager 13 vorgesehen, das ebenfalls Spannkeile
15, 16 aufweist. über eine Koppelstelle 17 ist jedes Lager 14 mit einem der Spannkabel
12 kraftschlüssig verbunden.
-
Die Fig. 2 zeigt eines der vorgespannten Lager 6 in vergrößerter Darstellung.
Die Spannkraft der beiden Spannkeile 8 und 9, die aus Stahl oder Gußmaterial mit
Futterblechen bestehen, werden durch eine obere Spannplatte 18 und eine untere Spannplatte
19 auf den Druckbehälter 1 und die Ringstützwand 4 übertragen.
-
Das Anziehen des Spannstabes 10 erfolgt an Ankerplatten 20 und 21.
-
Mittels des Spannstabes 10 und der Spannkeile 8 und 9 läßt sich das
vorgespannte Lager 6 jederzeit nachstellen, und zwar sowohl in Bezug auf die ausgeübte
Kraft als auch in der Höhenlage. Horizontale Bewegungen können ebenfalls durch das
Lager 6 ausgeglichen werden. Um die Verschiebungen des Lagers 6 klein zu halten,
kann das Lager vor seinem Einbau in die Stützkonstruktion voreingestellt werden;
d.h. es kann auf eine gewünschte Höhe und Kraft einjustiert werden.
-
In der Fig. 3 ist eine Stützkonstruktion dargestellt, bei der die
Abstützung außer durch die Ringstützwand 4 noch durch Pendelstützen 22 erfolgt.
Diese sind auf einem außerhalb der Ringstützwand
4 befindlichen
Teilkreis um die Achse des Spannbetondruckbehälters 1 angeordnet. Ringstützwand
4 und Pendelstützen 22 stützen sich auf einem Fundament 23 ab, wobei die Ringstützwand
4 ohne bauliche Einspannung direkt auf dem Fundament 23 aufgestellt ist, während
die aus Stahlbeton bestehenden Pendelstützen 22 auf einem Stützensockel 24 gelagert
sind. Dieser ist in einer Schicht 25 von Aufbeton eingebettet.
-
Die beiden Enden der Pendelstützen 22 sind als Kalottenlager 26 ausgebildet.
Zwischen dem oberen Kalottenlager 26 und der Druckbehälterunterkante 2 sowie zwischen
dem unteren Kalottenlager 26 und dem Stützensockel 24 ist jeweils eine Blecheinlage
27 vorgesehen.
-
Die radialen vorgespannten Lager 6 zwischen der Ringstützwand 4 und
dem Boden 5 der Druckbehälter-Aussparung 3 sind auch hier auf einem Gleitlager 7
gelagert, das auf der Oberkante 11 der Ringstützwand 4 angeordnet ist. Zwischen
der Ringstützwand 4 und der seitlichen Begrenzungsfläche der Aussparung 3 sind wieder
vertikal ausgerichtete vorgespannte Lager 14 vorgesehen, die im Zusammenwirken mit
horizontal geführten Spannstäben 28 einen zug- und druckfesten Anschluß zwischen
der Ringstützwand 4 und dem Spannbetondruckbehälter 1 herstellen. Die Spannstäbe
28 werden von der Spannstelle 29 aus angezogen.
-
Die in der Fig. 3 dargestellte Stützkonstruktion kann vornehmlich
zur Abstützung eines Reaktordruckbehälters mit in dem Druckbehälter integrierter
Helium-Turbomaschine dienen.
-
In den Fig. 4 und 5 wird ebenfalls eine Stützkonstruktion für einen
Spannbetondruckbehälter gezeigt, in dem eine Kernreaktoranlage
mit
geschlossenem Kühlgaskreislauf und intagrierter Turbomaschine (eine sogenannte Einkreisanlage)
installiert ist.
-
Der Spannbetondruckbehälter t weist unterhalb eines (nicht dargestellten)
mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktors einen horizontalen Stollen 30 auf, der
gasdicht und druckfest mit einem Spannbetonstopfen 31 verschlossen ist. In dem Stollen
30 ist eine aus Helium-Turbine und Kompressor bestehende Turbomaschine 32 untergebracht,
die durch eine Welle 34 starr mit einem Generator 33 verbunden ist. Der Generator
33 befindet sich in einem druckfesten Gehäuse 35.
-
Der Spannbetondruckbehälter 1.-stützt sich über eine Ringstützwand
4 und eine Reihe von um die Ringstützwand angeordneten Pendelstützen 22 auf dem
Fundament 23 ab. Die Pendelstützen 22 sind an ihren oberen und unteren Enden mit
Kalottenlagern 25 ausgerüstet. Zwischen dem Spannbetondruckbehälter 1 und der Ring-
-stützwand 4 sind mehrere radial ausgerichtete vorgespannte Lager 6 vorgesehen,
deren Einzelheiten in der Fig. 2 gezeigt sind.
-
Das druckfeste Gehäuse 35 für den Generator 33 ruht auf Stützpfeilern
36, die auf dem Fundament 23 aufgestellt sind. Um zu vermeiden, daß die Turbomaschine
32 und der Generator 33, die starr miteinander verbunden sind, in ihrer Höhenlage
differieren, sind zwischen den Stützpfeilern 36 und dem druckfesten Gehäuse 35 ebenfalls
vorgespannte Lager 37 angeordnet, die horizontal ausgerichtet und in Bezug auf Kraft
und Weg einstellbar sind.