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Atomkernreaktor
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Die Erfindung betrifft einen Atomkernreaktor mit einem metallischen
aus vorgefertigten gußeisernen Blockelementen zusammengesetzten Druckbehälter zur
Aufnahme des Reaktorkerns.
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Bekannt ist aus der AS 1 941 229 ein Atpmkernreaktor mit einem metallischen
Druckbehälter zur Aufnahme des Reaktorkerns, wobei der'Druckbehälter aus vorgefertigten
Gußeisenelementen zusammengespannt ist, die als Bodenplatte, Deckel und Zylindersegmente
ausgeführt sind sowie aus üblichem Gußeisen von möglichst hohem Kohlenstoffgehalt
bestehen, wobei die Gußeisenelemente in ihrer Wanddicke für die vollständige Abschirmumg
ausreichend bemessen sind, und wobei der Abschirmungsdruckbehälter zumindest im
Bereich der'Stoßfugen der vorgefertigten Gußeisenelemente eine druckfeste
Abdichtungsauskleidung
und/oder ein Dichtungsmittel in den Stoßfugen aufweist, und daß zumindestens Bodenplatte
und/oder Deckel gegebenenfalls zusätzlich Zylindersegmente oder Zylinderringe aus
bausteinartigen Blockelementen zusammengesetzt sind.
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Der Druckbehälter ist somit aus Blockelementen zusammengesetzt und
verspannt. Die Blockelemente sind als Hohlblockelemente ausgeführt. Im Beispiel
werden Bodenplatte und Deckel ausgeführt. Bei Hohlblockelementen für die Decke werden
unterschiedliche Wandstärken vorgeschlagen und zwar die Oberseite dicker als die
Unterseite, dadurch wird eine außermittige Vorspannung -erreicht. Bei der Verwendung
von Hohlblockelementen besteht die Möglichkeit, die Wanddicken unterschiedlich nach
den aufzunehmenden Beanspruchungen einzurichten. Die Gußeisensegmente können leicht
hergestellt, manipuliert und transportiert sowie montiert werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Ausgestaltung der Gußteile für Decke, Bodenplatte und Zylinderteil
des zu verspannenden Druckbehälters vorzugeben, welche einen günstigen Kraftflußverlauf
ergibt. Der Kraftflußverlauf soll an den Oberflächen im Inneren des Druckbehälters
möglichst gleichmäßig auftreten.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Atomkernreaktor der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der gesamte Druckbehälter
aus separaten Einzelblöcken mit orthotroper Elastizität in Hohlbauweise ausgeführt
ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß durch die Anordnung der Einzelblöcke der
Beanspruchungsverlauf in dem Druckbehälter, welcher hervorgerufen wird durch Vorspannung
und Betriebsdruck im wesentlichen gleichmäßig verteilt ist. Die unterschiedliche
Wandstärken und/oder unter-
schiedliche Werkstoffe aufweisendEinzelb1öcke
sind so angeordnet, daß der Druckbehälter orthotrope Elastizität bekommt und dadurch
gleichmäßige Dehnungen in beiden Richtungen auf der Oberfläche des Druckbehälters
aufweist, was insbesondere für den anliegenden und mit dem Behälter verbundenen
Liner funktionstechnisch außerordentlich wesentlich ist. Der Liner wird dadurch
auch gleichmäßiger verteilten Verformungen ausgesetzt, da der Werkstoff in allen
Richtungen gleichmäßiger beansprucht wird. Durch diese Gestaltung und Materialanhäufung
wird das Material des Druckbehälters besser ausgenutzt. Das bedeutet sowohl für'den
Druckbehälter als auch für das Vorspannsystem und die Gesamtkonstruktion hinsichtlich
der Schwachstellen eine Minimierung.
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Der Druckbehälter besteht aus schichtweise versetzt angeordneten segmentartigen
Einzelblöcken. Jede Schicht von Ei-nzelblöcken bildet eine Lage im Druckbehälter.
In jeder Lage werden die Einzelblöcke versetzt zur nächsten Lage angeordnet. Durch
diese Anordnung der Einzelblöcke wird die Gesamtsteifigkeit des Druckbehälters wesentlich
erhöht.
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Die Spannelemente können bei dieser gewählten Anordnung die gesamte
Druckkraft auf die Einzelblöcke sehr gut übertragen.
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Die Einzelblöcke sind Gußeisensegmente in Hohlbauweise mit rechtwinklig
zueinander angeordneten Stegen und Platten.
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Die Hohlbauweise wird aus Steifigkeits- und Gewichtsgründen gewählt.
Die rechtwinklig zueinander angeordneten Stege und Platten bilden die orthotrope
Elastizität des Bauelementes, die mit zwei senkrecht aufeinanderstehenden Hauptrichtungen
definiert ist.
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Die horizontalen Platten der Gußeisensegmente sind entsprechend steifer
dimensioniert, als die vertikalen Stege.
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Die Gesamtkonstruktion wird daher wirtschaftlicher und erfüllt in
größerem Maße die Anforderungen nach erhöhter Sicherheit'für Bauteile im Kernkraftwerksbau.
Die gleichmäßiger beansprudhten Bauteile besitzen weitgehende Verformungsgleichheit.
Die kraftflußgerechte Anordnung der Bauteile führt zu einer Minimierung der zweidimensionalen
Dehnung der gesagten Oberfläche des Druckbehälters. Diese gleichmäßige Dehnung der
gesamten inneren Oberfläche des Druckbehälters ist für den Liner außerordentlich
wichtig.
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Es wirken damit von der inneren Oberfläche des Druckbehälters minimierte
Kräfte auf den Liner.
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Im Gußeisensegment bilden mehrere Platten parallel zueinander und
senkrecht dazu angeordnete Stege zwei senkrecht aufeinanderstehende Hauptrichtungen;
Diese Anordnung der Hauptrichtungen bewirken im Gußeisensegment, daß dessen Werkstoff
in allen Richtungen gleichmäßiger beansprucht wird.
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Weitere Vorteile sowie Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den schematisch im Schnitt gezeigten Figuren hervor.
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Es zeigen Fig. 1 einen vorgespannten Gußdruckbehälter im Schnitt,
Fig. 2 einen Einzelblock in perspektivischer Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt durch
einen Einzelblock in Hohlbauweise.
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Die Fig. 1 zeigt einen Druckbehäl£er 14, der als vorgespannter Einkavernen-Gußdruckbehälter
eines hier nicht näher gezeigten Atomkernreaktors ausgeführt ist. An der
linken
Wandseite 15 des Druckbehälters 14 ist das schichtweise Aufeinanderstapeln der Einzelblöcke
18 gezeigt. Hierbei ist die Anordnung der Einzelböcke 18 so gewählt, daß sie zueinander
versetzt in den verschiedenen Lagen des Druckbehälters 14 angeordnet sind. Die Einzelblöcke
18 weisen unterschiedliche Wandstärken 28, 38 auf. Die Wandstärken 28, 38 richten
sich nach dem Beanspruchungsverlauf in dem Druckbehälter 14, der durch Temperatur,
Betriebsdruck.
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oder Vorspannungen hervorgerufen wird. Durch die kraftflußgerechte
Gestaltung der Einzelblöcke 18 kann Material eingespart werden, ohne die Sicherheit
des Druckbehälters 14 einzuschränken. Der Liner 32 ist keinen ungleichmäßigen Verformungen
der Oberfläche 30 des Druckbehälters 14 ausgesetzt, was funktionstechnisch außerordentlich
wichtig für den Liner 32 und die nicht näher gezeigten Reaktoreinbauten ist.
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Fig. 2 zeigt einen Einzelblock 18 in räumlicher Darstellung.
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Die Tiefe 34 und die Höhe 36 des Einzelblockes 18 ist für die Mehrzahl
der Blöcke gleich, auch wenn die innere Proportion des Einzelblockes 18 durch die
verschieden wirkenden Beanspruchungen sehr unterschiedlich ausfallen kann. Dem Kraftflußverlauf
entsprechend können die Materialien der Einzelblöcke 18. im Druckbehälter 14 ebenfalls
unterschiedlich sein.
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Fig. 3 zeigt eine Schnittebene durch einen Einzelblock 18 der Fig.
2. Im speziellen Fall handelt es sich um ein Gußeisensegment 22, das durch drei
horizontale Platten 26 und drei Stege 24, welche senkrecht zu den Platten 26 angeordnet
sind, gebildet ist. Die Wandstärke 28 der Platten 26 sind wesentlich stärker als
die Wandstärken 38 der Stege 24 des Gußeisensegmentes 22. Weiterhin können die Wandstärken
28, 38 nach den zu erwartenden Beanspruchungen verschieden gewählt werden. Die unterschiedliche
Materialanhäufung, sowie unterschiedliche Materialauswahl der Einzelblöcke 18 ermöglicht
es,
eine zweidimensional gleichmäßige Dehnung der gesamten inneren Oberfläche 30 des
Druckbehälters 14 zu erreichen. Die senkrecht zueinander angeordneten Platten 26
und Stege 24 gewährleisten eine orthotrope Elastizität der Einzelblöcke 18'sowie
des gesamten Druckbehälters 14. Die Anordnung der Platten 26 und Stege 24 läßt die
Hohlbauweise 20 des Gußeisensegmentes 22 erkennen.
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Bezugszeichenliste 14 Druckbehälter 15 linke Wandseite 18 Einzelblöcke
20 Hohlbauweise 22 Gußeisensegment 24. Stege 26 Platten 28 Wandstärke 30 Oberfläche
32 Liner 34 Tiefe 36 Höhe 38 Wandstärke
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