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Kerntechnische Anlage
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Die Erfindung betrifft eine kerntechnische Anlage mit einem von einem
Beckenflur umgebenen Brennelement-Lagerbecken und einem neben diesem gelegenen Platz
für einen Brennelement-Transportbehälter, wobei auf dem Beckenflur zwischen dem
Platz und dem Lagerbecken eine Barriere aus Stahlträgern angeordnet ist, um ein
Hineinstürzen des Transportbehälters in das Lagerbecken zu verhindern.
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Bei der aus der DE-PS 22 53 232 bekannten Kernreaktoranlage ist ein
Geländer vorgesehen, das vermeiden soll, daß ein stürzender Transportbehälter in
das Lagerbecken kippt. Die Ausbildung dieses Geländers ist nicht weiter erläutert.
Nach der zeichnerischen Darstellung besteht das Geländer aus fest miteinander verbunden
Rohren mit Kreisquerschnitt, deren Anbringung in dem den Beckenflur bildenden Beton
nicht zu erkennen ist.
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Aus der DE-OS 25 28 825 ist es ferner bekannt, daß man eine solche
Barriere erheblich stabiler als das bekannte Geländer ausbildet. Die dabei gewählte
Ausführungsform umfaßt eine Stahlbetonkonstruktion, die mit dem Beton des Beckengebäudes
und des zu dem Kernkraftwerk gehörenden Trümmerschutzzylinders baulich vereinigt
ist. Zu diesem Zweck soll der Armierungsstahl der beiden genannten Baulichkeiten
mit dem der Betonbarriere vereinigt sein. Eine solche Konstruktion kann jedoch den
Betrieb im Kernkraftwerk erschweren, weil sie die Zugänglichkeit zum Brennelement-Lagerbecken
an seinem oberen Rand in dem ohnehin begrenzten Raum im Inneren einer Sicherheitshülle
beeinträchtigt und damit Prü-
fungen oder Reparaturen der Brennelemente
im Becken erschwert.
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Zu berücksichtigen ist dabei, daß der Transportbehälter mit seinem
Gewicht von zum Beispiel 120 t schon nach einer Kippung um nur 200 bereits eine
kinetische Energie von 250 kNm besitzt. Soll diese Energie von einer praktisch starren
Betonmauer aufgenommen werden, so steht zur Vernichtung durch Verformungsarbeit
praktisch nur der Knautschweg im Behältermantel zur Verfügung, so daß sich Kraftspitzen
von 5000 kN am oberen Rand der Barriere ausbilden können. Das sich hieraus und aus
der Höhe der Barriere ergebende Biegemoment von beispielsweise 15000 kNm ist nur
sehr schwer von der Barriere auf den Beton des Beckenrandes zu übertragen, In der
zuletzt genannten Offenlegungsschrift sind zwar auch bewegliche Barrieren genannt,
die in besonderen Fällen, zum Beispiel beim Transport von Großkomponenten, ohne
Zerstörung zu demontieren sind. Die Ausbildung solcher Barrieren ist jedoch nicht
näher dargelegt.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Barriere, die das Hineinstürzen
von Brennelement-Transportbehältern in das Brennelement-Lagerbecken mit Sicherheit
verhindert, so auszubilden, daß die dabei entstehenden Kräfte und Momente ohne größeren
baulichen Aufwand in den Beton eingeleitet werden können. Außerdem soll die Barriere
einfach ausgebildet und leicht zu montieren und demontieren sein.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stahlträger mit vertikaler
Achse einzeln in den Beckenflur eingelassen und am oberen Ende mindestens paarweise
mit einem Querträger verbunden sind, daß die Einlaßtiefe etwa
ebenso
groß wie die über den Beckenflur ragende Höhe der Stahlträger ist und daß die Biegefestigkeit
der Stahlträger für eine plastische Verformung durch den auftreffenden Transportbehälter
bemessen ist.
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Bei der Erfindung wird im Gegensatz zu einer starren Betonbarriere
eine weitgehend plastische Verformbarkeit zum Abbau der Kräfte benutzt. Läßt man
zum Beispiel am oberen Ende der Stahlträger, die über mindestens die Hälfte der
Behälterhöhe reichen und deswegen 3 bis 5 m über den Beckenflur ragen, eine bleibende
Verformung von etwa 1/2 m zu, so wird die an der Säulenspitze maximal auftretende
Reaktionskraft auf beispielsweise 750 kN, also etwa 15% der Kraftspitze einer starren
Barriere begrenzt. Diese stark verringerte Last und das daraus resultierende Biegemoment
können bei der gewählten großen Einlaßtiefe sicher in die Betonstruktur der Beckenwand
eingeleitet werden. Der Querträger ergibt bei der Erfindung eine weitere Verringerung
der Betonbeanspruchung, weil die Kräfte mit seiner Hilfe auf mehrere Stahlträger
verteilt werden können. Darüber hinaus kann der Querträger insbesondere in der Form
eines lösbaren Schildes aber auch zur Führung des Transportbehälters dienen.
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Der oberhalb des Beckenflurs liegende Teil der Stanlträger ist vorzugsweise
als Träger gleicher Biegespannung gestaltet. Gemeint ist dabei eine Form, die über
die Trägerhöhe mindestens annähernd gleiche maximale Biegespannungen, die bekanntlich
an der Außenseite des Trägers auftreten, zur Folge hat. Dabei kann man vorteilhaft
eine Querschnittsverringerung auf ein Viertel oder weniger zwischen dem Querschnitt
an der Stahlträgerspitze und dem Querschnitt in der Ebene des Beckenflurs vorsehen.
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Der Träger gleicher Biegespannung kann Absätze zur Anbringung des
lösbaren Schildes aufweisen. Er braucht auch nicht der theoretischen Parabelform
genau zu entsprechen, sondern er kann auch zum Beispiel als rotationssymmetrischer
Stahlträger abschnittsweise konisch ausgebildet sein. Vorzugsweise umfaßt er mehrere
Abschnitte unterschiedlicher Konizität.
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Der Schild besteht vorteilhaft aus einer dem Umfang des Transportbehälters
angepaßten Platte und zwei Holmen, die am oberen und unteren Rand der Platte angreifen
und jeweils zwei Stahlträger umfassen. Die Anpassung an den Umfang des Transportbehälters
hat das Ziel, daß der Fallweg und Kippwinkel des Transportbehälters bis zum Erreichen
der Barriere unabhängig von der Fallrichtung möglichst klein bleibt. Dazu kann die
Anpassung an den Umfang des Transportbehälters verhältnismäßig grob gestaltet sein,
zum Beispiel mit einzelnen unter einem Winkel gegeneinander angeordneten ebenen
Platten. Die Neigung der Platten des Schildes kann ferner so sein, daß der kippende
Transportbehälter gleitend zur Mitte der Barriere hingeführt wird, so daß beide
Hälften der Barriere die auftretenden Lasten übernehmen können.
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Der Schild liegt zweckmäßig im oberen Bereich der Stahlträger. Man
kann ihn vorteilhaft mindestens 2 m über den Beckenflur anordnen, so daß er das
Begehen des Beckenrandes nicht behindert. Die Zugänglichkeit ist dann nur durch
die verhältnismäßig schlanken Stahlträger beeintrchtigt.
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Für die Einleitung der denkbaren Kräfte ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Stahlträger in Mauerrohren sitzen.
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Bevorzugt wird dabei ein senkrechtes Mauerrohr, das für jede Säule
eine Länge von 4 m aufweist. Hier können
die das Kippen stoppenden
Momente im Beton durch ein Paar von Kräften aufgenommen werden, die in der Ebene
des Beckenflures etwa 2000 kN und am unteren Ende etwa 1200 kN betragen. Solche
Kräfte können in den Beton durch normale, horizontal verlaufende haarnadelförmige
Stahlarmierungen abgetragen werden.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden
Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 in einer Seitenansicht
zum Teil im Schnitt und in Fig. 2 in einer Draufsicht dargestellt ist. Die Fig.
3 und 4 zeigen Einzelheiten der erfindungsgemäßen Barriere ebenfalls in einer Seitenansicht
und in einer Draufsicht in größerem Maßstab.
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Der in den Zeichnungen ersichtliche Ausschnitt eines Kernkraftwerkes
mit einem Druckwasserreaktor zeigt die im Inneren der Sicherheitshülle 40 gelegenen
Baulichkeiten 41 in der Ebene eines Beckenflures 1. Der Beckenflur bildet den oberen
Rand eines Brennelement-Lagerbeckens 2, durch dessen Wand 3 ein Stichkanal 4 zu
einem Behälterbecken 5 führt. Das Behälterbecken 5 dient zur Aufnahme des strichpunktiert
gezeichneten Brennelement-Transportbehälters 6, wenn dieser mit verbrauchten Brennelementen
beladen werden soll. Die Brennelemente sind zum Beispiel in dem Lagergestell 42
im Lagerbecken 2 untergebracht. Sie werden dort zum Abklingen gelagert, nachdem
sie über einen Kanal 43 aus dem nicht weiter dargestellten Reaktordruckbehälter
entnommen worden sind.
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Das Behälterbecken 5 liegt zwischen dem Lagerbecken 2 und Schienen
44, die für den Transport des Brennelement-Transportbehälters 6 zwischen dem Kernkraftwerk
und einer Wiederaufbereitungsanlage dienen. Von dem auf den Schie-
nen
44 laufenden, nicht dargestellten Wagen wird der Transportbehälter von dem ebenfalls
nicht dargestellten Rundlaufkran des Kernkraftwerkes über ein Gehänge 45 entlang
der strichpunktierten Linie 46 zum Behälterbecken 5 transportiert. Der gleiche Rundlaufkran
dient auch zum Transport eines Brennelementgreifers,mit dem die Brennelemente längs
der strichpunktierten Linie 47 durch den Stichkanal 4 aus dem Lagergestell 42 in
den Transportbehälter 6 befördert werden.
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Das Behälterbecken 5 hat den aus den Fig. 2 und 4 ersichtlichen achteckigen
Querschnitt. Diesem angepaßt ist auch die Form von zwei Schilden 8 und 9, die auf
vier gleichen Trägern 10 paarweise befestigt sind. Schilde 8, 9 und Stahlträger
10 bilden zusammen eine Barriere 12, mit der das Hineinstürzen des Transportbehälters
6 in das Lagerbecken 2 für den Fall eines Versagens des nicht weiter dargestellten
Hebezeuges für den Transportbehälter verhindert werden soll.
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Die Stahlträger 10 haben eine gesamte Länge von 7 bis 9 m. Ihre Eintauchtiefe
T beträgt 4 m und ist damit etwa ebenso groß wie die Höhe H der Barriere 12 über
der Ebene des Beckenflures 1. Mindestens beträgt die Eintauchtiefe 2/3 der Höhe
H. Diese wiederum sollte größer sein als die halbe Höhe des Transportbehälters,
der 5,6 m hoch ist.
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Der eintauchende Teil 12 der Stahlträger 10 ist über seine Länge mit
verschiedenen Querschnitten ausgeführt.
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Ein unterer Bereich 13 mit zylindrischem Querschnitt ist in einem
Mauerrohr 14 durch eine Verengung 15 am unteren Ende gefaßt. An den zylindrischen
Bereich schließt sich nach oben ein schwach konischer Teil 16 an, der zu einem wiederum
zylindrischen Teil 17 führt. Dieser zylindrische Teil 17 hat gegenüber dem Mauerrohr-14
etwa
das gleiche, nur durch die Beweglichkeit beim Einbau bestimmte geringe Spiel, wie
der untere Teil 13 in der Verengung 15.
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Oberhalb des zylindrischen Bereichs 17 verjüngt sich der aus dem Beckenflur
hinausragende Teil 20 des Stahlträgers 10 mit einem Konuswinkel von 30. Er führt
zu einem Absatz 21, auf dem die Schildteile 8 und 9 abgestützt sind. Nach dem Absatz
21, der etwa 2m über dem Beckenflur liegt, verjüngt sich der Stahlträger mit einem
zweiten konischen Bereich 22 von 40 Konuswinkel bis zu einem Endstück 23, das wiederum
zur Befestigung der Schildteile 8 und 9 vorgesehen ist.
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Die Schildteile umfassen in gleicher Weise zwei Platten 25 und 26,
die wie das achteckige Behälterbecken dem Querschnitt des Transportbehälters 6 angepaßt
sind. Die Platten 25, 26 sind am oberen und unteren Ende mit Holmen 27 und 28 fest
verbunden, die jeweils zwei Stahlträger 10 umfassen. Dabei ist zwischen den Holmen
27 und 28 im Bereich des den Platten 25 und 26 zugekehrten Stahlträgers 10 ein Versteifungsblech
30 vorgesehen, das diesen Stahlträger umfaßt und zwischen dem oberen und unteren
Holmen liegt. Im Bereich des den Platten 25, 26 abgekehrten Stahlträgers wird das
obere Ende durch ein Rohr 31 umfaßt, das ebenfalls mit den beiden Holmen verschweißt
ist. Deckplatten 32, die mit Schrauben 33 niedergehalten werden, sorgen für eine
Verbindung der Schilde 8 und 9 mit den Stahlträgern 10.
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Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Stahlträger
10 herausnehmbar, so daß sich eine gut demontierbare Anordnung ergibt. Die Einzelteile
haben ein für den Transport auch mit hilfsweise eingesetzten Hebezeugen vorteilhaft
geringes Gewicht.
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Durch die Berührung mit dem stabilen Schild 8, 9 wird der kippende
Behälter 6 schon nach kurzem Kippweg eindeutig unterstützt, so daß seine kinetische
Fallenergie, die die abzutragende Kraft bestimmt, nicht groß werden kann. Außerdem
wird der Behälter 6 gleitend zur Mitte der Barriere 12 hingeführt und dort festgelegt.
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Die Blechschilde 8, 9 haben gut prüfbare Hauptschweißnähte, wobei
die Holme 27, 28 torsionsversteifend wirken. Sie werden mit kräftigen Schrauben
33 niedergehalten, so daß auch Stoßkräfte aufgenommen werden.
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Da die Schilde 8, 9 in einer Höhe von 2 m über dem Beckenflur 1 enden,
behindern sie den Zugang zum Beckenrand nicht. Eine geringe Beeinträchtigung ist
lediglich durch die in ihrer Fläche kleinen Stahlträger 10 gegeben.
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Die als Träger gleicher Biegespannung ausgebildeten Stahlträger 10
verjüngen sich von einem Durchmesser von 38 cm auf ca. 15 cm, so daß die platische
Dehnung der am meisten belasteten Randfasern über die Höhe etwa konstant bleibt.
Sie beträgt im ungünstigen Fall etwa 0,8% und konzentriert sich nicht auf die Einspannstelle
in der Ebene des Beckenflurs 1.
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Die Schilde 8, 9 sind beim Ausführungsbeispiel'unsymmetrisch gestaltet,
weil der Stichkanal 4 schräg verläuft.
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Dies liegt daran, daß der zum Beladen des Transportbehälters benutzte
Brennelementgreifer an den nicht dargestellten Rundlaufkran des Reaktorgebäudes
gehängt wird.
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Die Erfindung ist aber ohne weiteres auch mit einer symmetrischen
Ausbildung vorteilhaft zu verwirklichen.
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Die Stahlträger sind beim Ausführungsbeispiel als massive Körper mit
rotationssymmetrischem Querschnitt aus-
gebildet. Sie können aber
sinngemäß auch mit eckigem Querschnitt oder einem Hohlquerschnitt hergestellt werden.
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11 Patentansprüche 4 Figuren