DE3027508C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Stützeinrichtung zwischen Seitenreflektor und thermischem Seitenschild eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors, der in der Kaverne eines Druckbehälters installiert und dessen von kugelförmigen Brennelementen gebilde­ ter Kern von dem aus Graphitblöcken bestehenden zylindrischen Seitenreflektor umgeben ist, wobei der thermische Seitenschild den Seitenreflektor mit Abstand umschließt und zwischen dem ther­ mischen Seitenschild und der Kavernenwand ein von kaltem Kreis­ laufgas durchströmter Ringraum vorgesehen ist.

Eine Vielzahl von derartigen Stützeinrichtungen sind bei dem Hochtemperaturreaktor THTR-300, dessen Aufbau in der Druckschrift "300-MW-THTR-Kernkraftwerk Uentrop, Projektinformation 10" vom Juli 1976 dargestellt ist, vorgesehen.

Der Seitenreflektor dieses Hochtemperaturreaktortyps muß aus hochwarmfestem Material wie Graphit hergestellt sein, dessen Eigenschaften jedoch keine großen Zug- und Biegebeanspruchungen zulassen. Die horizontalen Kräfte des Reaktorkerns müssen daher radial nach außen auf den thermischen Seitenschild übertragen werden, von dem sie in den Reaktordruckbehälter eingeleitet werden. Neben den stationären Kräften des Reaktorkerns muß der thermische Seitenschild auch noch die durch die Gasströmung verursachten instationären Kräfte aufnehmen, zu denen im Falle eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente und direkt in die Schüttung einfahrbaren Absorberstäben noch weitere instationäre Kräfte kommen.

Wenn der Kerntragboden, der von dem unteren Teil des Seitenreflektors umschlossen ist, aus einer Vielzahl von nebeneinander aufgestellten, unabhängigen Einzelsäulen aus Graphit aufgebaut ist, so kann es zudem erforderlich sein, den Seitenreflektor in diesem Bereich durch radial wirkende Kräfte zusammenzuspannen, um die Entstehung von Spalten im Tragboden möglichst zu verhin­ dern. Vor allem bei Kernreaktoren, die mit Hilfe von Absorber­ kugeln sehr kleinen Durchmessers abschaltbar sind ("sehr klein" bedeutet in diesem Falle wesentlich kleiner als der Durchmesser der Brennelemente), müssen die sich während des Betriebes bil­ denden Spalte zwischen den Graphitsäulen in ihrer Größe so be­ grenzt werden, daß die Absorberkugeln nicht in die Spalte ein­ dringen können. Ein solcher Kerntragboden ist in der DE-OS 29 29 741 beschrieben.

Bei der Übertragung von horizontalen Kräften des Reaktorkerns auf den thermischen Seitenschild sowie von Rückstellkräften auf den Seitenreflektor im Bereich des Kerntragbodens muß gewähr­ leistet sein, daß unterschiedliche Wärmedehnungen von Seiten­ reflektor und thermischem Seitenschild nicht behindert werden, damit ein gegenseitiges Verspannen der beiden Bauteile und da­ mit verbundene Wärmespannungen vermieden werden. Die Abstützung des Seitenreflektors an dem thermischen Seitenschild wird daher bei dem bekannten Kerntragboden mittels elastischer Stützein­ richtungen vorgenommen, die in dem Ringraum zwischen Seiten­ reflektor und Seitenschild angeordnet sind. Die elastischen Stützeinrichtungen gleichen Relativbewegungen der beiden ge­ nannten Bauteile aus, ohne daß sich der Seitenreflektor in un­ zulässiger Weise verschieben kann.

Aus der DE-PS 12 61 606 ist ein Kernreaktor mit einem zwischen dem thermischen Seitenschild und dem Reaktorkern eingefügten Seitenreflektor bekannt, der aus schichtweise aufeinanderge­ stapelten Graphitblöcken von kreisringsektorförmigem Quer­ schnitt besteht. Der Seitenreflektor ist über seine gesamte Höhe mittels in radialer Richtung wirkender elastischer Stütz­ einrichtungen an der den Seitenschild umgebenden Betonumhüllung abgestützt. Die Stützeinrichtungen umfassen jeweils eine in den Liner der Betonumhüllung eingeschweißte Buchse und ein Feder­ paket, das sich samt der Buchse in einer Durchdringung des thermischen Seitenschildes befindet und an der Buchse anliegt. Die Druckkraft des Federpakets wirkt über einen Druckstempel, der in der Buchse geführt ist, auf einen Stützbolzen, von dem sie auf den Seitenreflektor übertragen wird.

Die Kraftübertragung zwischen Federpaket und Stützbolzen einer­ seits sowie zwischen Stützbolzen und Seitenreflektor anderer­ seits erfolgt jeweils mittels eines Kugelgelenks, das aus einem kugeligen Bolzenkopf und einer den Bolzenkopf aufnehmenden halbkugeligen Aussparung eines Flansches besteht. Auf seiten des Federpakets ist der Flansch in den Druckstempel eingelas­ sen, auf seiten des Seitenreflektors in eine in einer senkrech­ ten Nut des Seitenreflektors angeordnete Metallstange. Die be­ kannte Stützeinrichtung ist zwar für eine hinreichende Kräfte­ übertragung vom Reaktorkern auf die Betonumhüllung geeignet; es ist jedoch nicht möglich, eine solche Einrichtung für Kontroll­ zwecke und/oder zum Austausch auszubauen.

Zum Stand der Technik wird noch die GB-PS 8 45 144 genannt, in der elastische Stützeinrichtungen für einen aus Graphitblöcken aufgebauten Reaktorkern beschrieben werden, der in einem Behäl­ ter installiert ist. Jede Stützeinrichtung weist ein Federpaket auf, das in einem gasdichten Gehäuse außerhalb des Behälters untergebracht ist und über einen in einer Durchdringung durch den Behälter geführten Stützbolzen Kraft überträgt.

Von dem genannten Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Hochtemperaturreaktor der eingangs erwähnten Bauart die elastische Stützeinrichtung so auszugestalten, daß sie sich fernbetätigt leicht ein- oder ausbauen läßt. Zusätzlich sollen die elastischen Bauelemente der Stützeinrichtung kühlbar sein.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die elastische Stützeinrichtung aus einem in einer Durchdringung durch den thermischen Seitenschild geführten Stützbolzen, einem außerhalb des thermischen Seitenschildes in dem Ringraum angeordneten, eine Druckkraft auf den Stützbolzen aus­ übenden Federpaket sowie einem an dem thermischen Seitenschild befestigten Gehäuse besteht, das das Federpaket gasdicht um­ schließt und fernbedient lösbar ist.

Nach Entfernen des in dem Ringraum leicht zugänglichen Gehäuse können die übrigen Bauelemente der Stützeinrichtung auf ein­ fache Weise inspiziert oder auch ausgewechselt werden. Das aus gut wärmeleitendem Material bestehende Gehäuse wird ständig von kaltem Kreislaufgas umströmt, das durch den Ringraum geführt wird und der Kühlung des thermischen Seitenschildes wie auch der metallischen Auskleidung der Reaktorkaverne dient. Somit kann auch die Temperatur des Federpakets auf einem zulässigen Wert gehalten werden, wodurch sich seine Lebensdauer ver­ längert.

Relativbewegungen zwischen dem Seitenreflektor und dem thermi­ schen Seitenschild sind durch die elastische Verbindung der beiden Bauteile mittels des Federpakets möglich. Von Vorteil ist auch, daß der Spalt zwischen dem thermischen Seitenschild und dem Seitenreflektor, in dem die Stützeinrichtung herkömm­ licher Bauart angeordnet ist, bei einem gemäß der Erfindung ausgestalteten Hochtemperaturreaktor kleiner ausgeführt sein kann, da der größte Teil der Stützeinrichtung sich außerhalb dieses Spaltes befindet.

Für die Kraftübertragung zwischen dem Federpaket und dem Stütz­ bolzen einerseits sowie zwischen diesem Stützbolzen und dem Seitenreflektor andererseits kann jeweils ein Kugelgelenk vor­ gesehen sein. Die Kugelgelenke ermöglichen den Ausgleich unter­ schiedlicher Wärmebewegungen von Seitenreflektor und Seiten­ schild nicht nur in radialer, sondern auch in axialer Richtung.

Die Kugelgelenke bestehen jeweils aus einer an dem betreffenden Bolzenende angearbeiteten Kugel und einem mit einer halbkuge­ ligen Aussparung versehener Flansch. Die Kugeln sowie die Ober­ flächen der Aussparungen können gegen Reibverschweißen in He- Atmosphäre beschichtet sein.

Auf seiten des Seitenreflektors kann der Flansch in einen der Graphitblöcke dieses Reflektors eingelassen sein. Der an dem entgegengesetzten Ende des Stützbolzens befindliche Flansch, auf dessen Außenseite sich das Federpaket abstützt, ist vor­ zugsweise in einem weiteren Flansch geführt, der auf die die Durchdringung auskleidende Hülse aufgeschraubt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Stützeinrichtung schematisch darge­ stellt, und zwar in ihrer Anwendung bei einem heliumgekühlten Hochtemperaturreaktor, an dessen Kühlgaskreislauf direkt eine Gasturbomaschine angeschlossen ist. Die Figuren zeigen im einzelnen

Fig. 1 den Hochtemperaturreaktor mit Gasturbomaschine und einem Teil der wärmetauschenden Apparate in einem Vertikalschnitt,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Stützeinrichtung in größerem Maßstab, ebenfalls im Vertikalschnitt.

Die Fig. 1 läßt einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, der zylindrisch ausgeführt ist und eine zentrale Kaverne 3 enthält. Ein in der Kaverne 3 installierter Hochtemperaturreaktor 2 weist als Kern eine Schüttung von kugelförmigen Brennelementen auf. Unterhalb des Reaktorkerns befindet sich ein Heißgassam­ melraum 4 zur Aufnahme des aus dem Kern austretenden erhitzten Gases. Über dem Reaktorkern ist ein Warmgassammelraum 5 vorge­ sehen, der das aus dem Kühlgaskreislauf zurückströmende Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern zugeleitet wird.

Innerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 sind auch die weiteren Komponenten des Kühlgaskreislaufs untergebracht. Diese umfassen eine n einem horizontalen Stollen 8 installierte Gasturboma­ schine 7 (Turbine, ND-Verdichter und HD-Verdichter) sowie je zwei Rekuperatoren 6, Vorkühler und Zwischenkühler (nicht dar­ gestellt). Zu den Kreislaufkomponenten gehört ferner noch ein Nachwärmeabfuhrsystem 9, das aus mehreren Kühlern 10 und Ge­ bläsen 11 besteht. Jeder Kühler 10 ist in einem vertikalen Schacht 12 und jedes Gebläse 11 in einem vertikalen Schacht 13 untergebracht.

Der Reaktorkern ist allseitig von einem aus Graphitblöcken zu­ sammengefügten Reflektor umgeben, der sich aus einem Decken­ reflektor 14, einem Bodenreflektor 15 und einem zylindrischen Seitenreflektor 16 zusammensetzt. Der zylindrische Seiten­ reflektor 16 ist mit Abstand von einem thermischen Seiten­ schild 17 aus Gußmaterial umschlossen, wobei ein Ringraum 18 gebildet wird. Zwischen dem thermischen Seitenschild 17 und der Wand der Kaverne 3, die mit einem metallischen Liner 20 ausgekleidet ist, befindet sich ein weiterer Ringraum 21. Der zylindrische Seitenreflektor 16 ist mittels einer Anzahl elastischer Stützeinrichtungen 19 an dem thermischen Seitenschild 17 abgestützt, von denen eine in der Fig. 2 detailliert dargestellt ist.

Der Bodenreflektor 15 stützt sich (über mehrere Bodenlagen) auf einem thermischen Bodenschild 22 ab, der auf in dem Spannbeton­ druckbehälter 1 verankerten Stützsäulen 23 ruht. Der Boden­ schild 22 schließt direkt an den thermischen Seitenschild 17 an. Mit seinem oberen Ende ist der thermische Seitenschild 17 an einem thermischen Deckenschild 24 angeschlossen.

Das Nachwärmeabfuhrsystem 9 steht mit dem Reaktorkern durch mehrere Gasleitungen in Verbindung. Zu jedem Kühler 10 führt eine Gaszuführungsleitung 25, die durch den thermischen Seiten­ schild 17 verlegt ist. Jeder vertikale Schacht 13 ist durch eine Gasführungsleitung 26 mit dem Warmgassammelraum 5 verbun­ den.

Zwei Gasführungsstollen 27 (von denen nur einer gezeigt ist) verbinden den horizontalen Stollen 8 für die Gasturbomaschine 7 mit der Reaktorkaverne 3, und in jedem Stollen 27 ist eine Heißgasleitung 28 installiert. Die beiden Heißgasleitungen 28 sind auf der einen Seite je an einem Turbineneintrittsstutzen angeschlossen und stehen auf der anderen Seite mit dem Heißgas­ sammelraum 4 in Verbindung.

Im oberen Teil des Spannbetondruckbehälters 1 befinden sich zwei weitere Gasführungsstollen 29, in denen je eine Warmgas­ leitung 30 angeordnet ist. Die beiden Warmgasleitungen 30 sind auf der einen Seite mit dem Warmgassammelraum 5 verbunden; auf der anderen Seite schließen sie sich an je einen der beiden Rekuperatoren 6 an, die jeweils in einem vertikalen Schacht 31 installiert sind. Die Gasführungsstollen 29 dienen zur Führung von Kaltgas und stehen jeweils mit dem Verteiler eines der bei­ den Rekuperatoren 6 in Verbindung.

Aus dem Heißgassammelraum 4 strömt das erhitzte Gas durch die Heißgasleitungen 28 zur Turbine, entspannt sich und tritt dann unten in die Rekuperatoren 6 ein, deren Bündelrohre es von unten nach oben umströmt. Dabei wird es von dem in den Bündel­ rohren störmenden Kaltgas hohen Druckes heruntergekühlt, zu den Kühlern weitergeführt und hier auf die unterste Prozeßtempera­ tur rückgekühlt. Darauf wird das kalte Gas zum ND-Verdichter geleitet und danach den Zwischenkühlern zugeführt. Sodann wird das Gas im HD-Verdichter auf den maximalen Prozeßdruck ange­ hoben.

Durch die Gasführungsstollen 27, in denen das Kaltgas außen an den Heißgasleitungen 28 entlang nach oben strömt, gelangt das Kaltgas in den Ringraum 21. Hier werden die Liner 20 und die Außenseite des thermischen Seitenschildes 17 direkt mit dem Kaltgas beaufschlagt, wobei nicht nur diese beiden Bauteile, sondern auch die elastischen Stützeinrichtungen 19 gekühlt wer­ den, wie später beschrieben wird.

Aus dem Ringraum 21 gelangt das kalte HD-Gas durch die Gasfüh­ rungsstollen 29 in die Rekuperatoren 6; dabei strömt es außen an den Warmgasleitungen 30 entlang. Auf die einzelnen Bündel­ rohre der Rekuperatoren 6 verteilt, strömt das Gas nach unten und nimmt von dem mantelseitig entgegenströmenden Turbinengas Wärme auf. Nunmehr wird das Gas als Warmgas den Warmgasleitun­ gen 30 zugeführt, in denen es in den Warogassammelraum 5 zu­ rückgeleitet wird.

Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung eine der elasti­ schen Stützeinrichtungen 19, die der Kraftübertragung zwischen dem Seitenreflektor 16 und dem thermischen Seitenschild 17 dienen und so konstruiert sind, daß sich unterschiedliche Wär­ medehnungen der beiden Bauteile ausgleichen können.

Eine derartige Stützeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Stützbolzen 32, einem Federpaket 33 und zwei Kugelge­ lenken 34. Der Stützbolzen 32 wird in einer Durchdringung 35 durch den thermischen Schild 17 geführt, wobei die Durchdrin­ gung 35 mit einer Hülse 36 ausgekleidet ist. Die Hülse 36 weist auf Seiten des Ringraumes 21 eine flanschartige Erweiterung 37 auf, auf die ein Flansch 38 aufgeschraubt ist.

Der Stützbolzen 32 steht unter dem Druck des Federpaketes 33, das außerhalb des thermischen Seitenschildes 17 in dem Ringraum 21 angeordnet ist. Es ist gasdicht von einem Gehäuse 42 umgeben, das leicht zugänglich ist und fernbedient an- bzw. abmontiert werden kann. Es ist mittels einer Schraubverbindung 43 außen an dem thermischen Seitenschild 17 befestigt. Das Gehäuse 42, das aus gut wärmeleitendem Material hergestellt ist, wird ständig von dem Kaltgas umströmt, das auf seinem Weg von dem HD-Verdichter zu den Rekuperaturen 6 durch den Ring­ raum 21 geführt wird. Somit wird auch das aus einer Anzahl von Tellerfedern bestehende Federpaket 33 gekühlt und vor unzuläs­ siger Erwärmung bewahrt.

Die Kraftübertragung zwischen dem thermischen Seitenschild 17 und dem Seitenreflektor 16 erfolgt mittels der beiden Kugelge­ lenke 34. Sie sorgen dafür, daß sich Relativbewegungen von thermischem Seitenschild 17 und Seitenreflektor 16 auch in axialer Richtung ausgleichen können. Die Kugelgelenke 34 be­ stehen jeweils aus einer an einem der beiden Bolzenenden ange­ arbeiteten Kugel 44 und einem Flansch 45 bzw. 46, wobei jeder Flansch mit einer halbkugeligen Aussparung versehen ist.

Der auf seiten des Seitenreflektors 16 befindliche Flansch 45 ist in einen Graphitblock dieses Reflektors eingelassen. Der Flansch 46, der die Druckkraft des Federpaketes 33 auf den Stützbolzen 32 überträgt, weist einen Ansatz auf, mit dem er in dem Flansch 38 geführt ist. Die beiden Kugeln 44 wie auch die Oberflächen der halbkugeligen Aussparungen in den Flanschen 45 und 46 können mit einer speziellen Beschichtung gegen Reibver­ schweißen in Helium-Atmosphäre versehen sein.

Claims (4)

1. Elastische Stützeinrichtung zwischen Seitenreflektor und thermischem Seitenschild eines gasgekühlten Hochtempera­ turreaktors, der in der Kaverne eines Druckbehälters in­ stalliert und dessen von kugelförmigen Brennelementen ge­ bildeter Kern von dem aus Graphitblöcken bestehenden zylindrischen Seitenreflektor umgeben ist, wobei der thermische Seitenschild den Seitenreflektor mit Abstand umschließt und zwischen dem thermischen Seitenschild und der Kavernenwand ein von kaltem Kreislaufgas durchströmter Ringraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Stützeinrichtung (19) aus einem in einer Durch­ dringung (35) durch den thermischen Seitenschild (17) ge­ führten Stützbolzen (32), einem außerhalb des thermi­ schen Seitenschildes (17) in dem Ringraum (21) angeordne­ ten, eine Druckkraft auf den Stützbolzen (32) ausübenden Federpaket (33) sowie einem an dem thermischen Seiten­ schild (17) befestigten Gehäuse (42) besteht, daß das Federpaket (33) abstützt und gasdicht umschließt und fernbedient lösbar ist.

2. Elastische Stützeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kraftübertragung zwischen Feder­ paket (33) und Stützbolzen (32) einerseits sowie zwischen Stützbolzen (32) und Seitenreflektor (16) andererseits je mittels eines Kugelgelenkes (34) erfolgt.

3. Elastische Stützeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kugelgelenke (34) jeweils von einer an dem betreffenden Bolzenende angearbeiteten Kugel (44) und einem mit einer halbkugeligen Aussparung versehenen Flansch (45 bzw. 46) gebildet werden.

4. Elastische Stützeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flansch (45) auf seiten des Seiten­ reflektors (16) in einen der Graphitblöcke eingelassen und auf seiten des Federpakets (33) in einem auf die Hülse (36) aufgeschraubten weiteren Flansch (38) geführt ist.