DE3217166A1 - Integrierte deckeleinheit fuer einen kernreaktor in standardbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Deckeleinheit für einen Kernreaktor in Standardbauart.

Zweck der Erfindung ist es, mit konstruktiven Mitteln eine Verkürzung der Brennstoffaustauschzeiten bei Kernreaktoren in Standardbauart zu ermöglichen.

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Unter Standardbauart ist hier die bei kommerziellen Kernreaktoren gegenwärtig übliche Ausführung zu verstehen.

Der zum Ausbau der oberen Konstruktionsteile eines Kernreaktors einer Standardbauart erforderliche Zeitbedarf läßt einen häufigen Brennstoffaustausch nicht zu. Wegen der von den Reaktoreinbauten wahrzunehmenden Sicherheitsfunktionen und Tragfunktionen sind zahlreiche Bauteile derart miteinander zusammengebaut, daß die Integrität der Konstruktion während des Reaktorbetriebs gewährleistet ist. Daher müssen zum Ausbau der Reaktor-

einbauten die einzelnen Komponenten oder Unterbaugruppen jeweils einzeln der Reihe nach von anderen Komponenten bzw. ünterbaugruppen abmontiert werden.

Diese zeitraubende Vorarbeit beginnt mit dem Abklemmen der Verkabelung, welche den Steuerstabantriebsmechanismus mit den überwachungs- und Regelungsorganen des Reaktors verbinden. Nach dem Abnehmen der Isolation des Reaktorbehälterdeckels müssen die Thermoelementenleitungen der Instrumentierung einzeln abgeklemmt werden. Sodann werden die Deckelmuttern mit einem Spezialwerkzeug gelöst und sodann mit den zugehörigen Stiftschrauben aus dem Behälterflansch ausgebaut. In einige der zur Aufnahme der Stiftschrauben dienenden Löcher des Behälterflansches werden Führungszapfen eingebaut, um beim späteren Wiederaufsetzen des Behälterdeckels eine genaue Deckelzentrierung zu erreichen, und die übrigen Schraubenlöcher werden mit Stopfen verschlossen. Der Behälterdeckel wird mittels eines ständig fest installierten Krans abgehoben und sodann langsam angehoben, während die Reaktorkammer mit boriertem Wasser geflutet wird. Nach dem Abnehmen des Behälterdeckels werden die Steuerstabantriebsstangen einzeln von den zugehörigen Steuerstabgruppenanorcinungen gelöst, die im Reaktorkern verbleiben. Schließlich werden die oberen Reaktoreinbauten und die Steuerstabantriebsstangen unter Verwendung einer Hebevorrichtung vom Reaktorbehälter abgehoben. Durch diesen abschließenden Abhebevorgang wird der Reaktorkern freigelegt. Diese langwierigen ilontagearbeiten finden nach dem Brennstoffaustausch beim Wiedereinbau der einzelnen Komponenten in umgekehrter Reihenfolge statt. Der Brennstoffaustausch erfordert daher insgesamt einen Zeitbedarf von etwa drei bis sechs Wochen«

Eine Auswertung der Kosten eines Brennstoffaustauschs eines Kernreaktors in Standardbauweise in Hinblick auf die Reaktorstillstandszeit zeigte die große

wirtschaftliche Notwendigkeit einer Reduzierung des für den Brennstoffaustausch erforderlichen Zeitbedarfs. Die zunächst unternommenen diesbezüglichen Anstrengungen führten zur Konstruktion eines neuen Reaktors, der als Brennstoffschnellaustausch-Reaktor bezeichnet wurde.

Diese in der US-PS 4 150 599 grundsätzlich beschriebene neue Reaktorkonstruktion sieht die Zusammenfassung aller Komponenten und Unterbaugruppen des oberen Konstruktionsbereichs eines Kernreaktors zu einer einzigen integrierten Deckeleinheit vor. Diese integrierte Deckeleinheit kann dann mit der gesamten, daran belassenen Verkabelung und Kabelhalterung abgehoben werden, wie in der US-PS 3 836 beschrieben ist, um den Reaktorkern freizulegen.

Die US-PS 3 ö36 429 beschreibt die Zusammenfassung von Einzelkomponenten des oberen Konstruktionsbereichs eines Kernreaktors zur Realisierung der integrierten Deckeleinheit des Brennstoffschnellaustausch-Reaktors. Während des Brennstoffaustauschs verbleiben alle Komponenten und Unterbaugruppen, die bei der Standardreaktorbauart einzeln nacheinander aus dem Reaktorbehälter ausgebaut werden, fest mit dem Benälterdeckel des Brennstoffschnellaustausch-Reaktors verbunden. Diese Komponenten und Unterbaugruppen umfassen die gesamte Verkabelung, alle den oberen Reaktoreinbauten zugeordneten Komponenten, nämlich beispielsweise die obere Tragplatte, die Tragsäulen und die obere Kernplatte, die Steuerstabantriebsmechanismen und die Steuerstabantriebsstangen. Die Steuerstabgruppen werden ebenfalls als Teil der integrierten Deckeleinheit der Brennstoffschneilaustausch-Reaktorkonstruktion ausgebaut.

Diese bekannte Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion erfordert aber beträchtliche konstruktive Änderungen gegenüber der Reaktorstandardbauweise, um die Befestigung der oberen Reaktoreinbauten am Behälterdeckel im Sinne der Herstellung einer ausreichend stabilen Kon-

struktion zu ermöglichen. Infolgedessen läßt sich diese Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion nicht als mit der übrigen Konstruktion vorhandener Kernreaktoren in Standardbauweise zusammenpassender Teilersatz der entsprechenden Baugruppen dieser herkömmlichen Standardreaktoren ausführen. Infolgedessen läßt sich damit das Problem langer Brennstoffaustauschzeiten bei bereits in Betrieb befindlichen und gegenwärtig noch im Bau befindlichen Kernreaktoren in Standardbauweise nicht lösen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Deckeleinheit zu schaffen, die im Zusammenhang mit der übrigen Konstruktion von Kernreaktoren in Standardbauweise einsetzbar ist und bei solchen Kernreaktoren einen schnellen Brennstoffaustausch ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnunggelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der zum Brannstoffaustausch eines Kernreaktors in Standard^auv/eise durch die Verwendung der erflndungsgemeUen integrierten Deckeleinheit beträchtlich verkürzt, welche zanlreiche Komponenten und Unterbaugruppen der oberen Reaktorkonstruktion zusammenfaßt und in einem einzigen Abhebevorgang vorn Reaktorbehälter abgehoben werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung mehr im einzelnen beschrieben, die in perspektivischer Darstellung eine integrierte Deckeleinheit nach der Erfindung zeigt.

Die wesentlichen Komponenten der in der Zeichnung dargestellten erfindunysgemäßen integrierten Deckeleinheit für einen Kernreaktor umfassen den Behälterdeckel mit den Steuerstabantriebsmecaanisinen, eine Hebevorrichtung,

eine Fangplatte, Hebestangen, einen Kühlmantel, ein Kabelanschlußbrett und die Verkabelung, Kühlgebläse, einen Bedienungsstand und Windeneinheiten. Eine detaillierte Beschreibung von Konstruktion und Funktion dieser Komponenten findet sich in Druckschriften zum Stand der Technik, weshalb hier auf eine nochmalige detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Die nachstehende Erläuterung bezieht sich auf eine Zusammenfassung dieser Komponenten zu einer verbesserten integrierten Deckeleinheit für einen Kernreaktor in Standardbauweise. Es ist jedoch zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Deckeleinheit als integrierte Standard-Deckeleinheit ausgebildet ist, die im Gegensatz zu der oben erläuterten bekannten Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion kein oberes Einbauten paket und keine SteuerStabanordnungen umfaßt, da die Einbeziehung dieser Unterbaugruppen größere konstruktive Änderungen des Reaktorbehälters der Standardbauart erfordern würde.

Die Zeichnung zeigt eine integrierte Standard-Deckeleinheit. Eine dreibeinige Hebevorrichtung 12 ist mittels Bolzen an einer Fangplatte 14 befestigt. Die Fangplatte sitzt auf drei Hebestangen 16, die ihrerseits am Reaktorbehälterdeckel 18 befestigt sind. Bei der Fangplatte 14 handelt es sich grundsätzlich um eine schwere verstärkte Stahlplatte zum Niederhalten und Abfangen der Steuerstabantriebsgehäuse im Falle eines größeren Problems.

Ein Kühlmantel 20 ist unmittelbar auf der Oberseite des Behälterdeckels montiert und umschließt die Steuerstab antriebsmechanismen 22, welche das Einschieben und Herausziehen der Steuerstabgruppen in den und aus dem Reaktorkern steuern. Der Kühlmantel 20 stellt ein Haupttragteil der Deckeleinheit dar und bildet gleichzeitig eine Umfassung zur Herstellung einer kühlenden Umgebung für die Steuerstabantriebsmechanismen 22. Unmittelbar an

dem Kühlmantel 20 sind Kühlgebläse 24 montiert» Die Hebestangen 16 sind in den Kühlmantel 20 eingebunden, um der Konstruktion zusätzliche Steifigkeit zu verleihen und um die Hubkraft von der Fangplatte 14 auf den Behälterdeckel 18 zu übertragen. Die Verkabelung 26 ist vom oberen Ende der Steuerstabantriebsmechanismen um das obere Ende der integrierten Deckeleinheit 10 herum zu einer Anschlußplatte 28 geführt, die seitlich an der Deckeleinheit angeordnet ist. Von der Anschlußplatte 28 ist die Verkabelung über ein .Kabelbett 30 zu den betreffenden Kabelanschlüssen geführt.

Das Kabelbett 30 ist kürzer als das entsprechende Kabelbett der bekannten Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion, um äer besonderen Geometrie der Reaktoranlagen in Standardbauweise zu entsprecnen. Das Kabelbett ist mit seinem reaktorseitigen Ende am Kühlmantel 20 gehaltert und mit seinem anderen Ende auf nicht dargestellten Halterungen an einer Wand eines Dampferzeugers abgestützt.

Im Zuge der Brennstoffaustauscharbeiten wird die Verkabelung 26 an der Anschlußplatte 28 gelöst und verbleibt auf dem Kabelbett 30. Das Kabelbett 30 kann dann vom Reaktorbehälter weggeklappt werden. Diese Anordnung unterscheidet sich von der Kabelbettanordnung des Brennstoffschnellaustausch-Reaktors, bei welchem die Reaktorkammern derart besonders gestaltet ist, daß das Kabeloett während des Brennstoffaustauschs fest an der Deckeleinheit verbleiben kann.

Der Kühlmantel 20 ist aus vier Abschnitten zusammengesetzt, die miteinander verschraubt sind, während bei der Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion nur drei Abschnitte vorgesehen sind. Der untere Kühlmantelabschnitt 20a ist unmittelbar auf der Oberseite des BehUlter deckels 18 angeschraubt» Er weist eine Vielzahl von

Klappen 32 auf, die den Zugang zur Behälterdeckelisolation und zu den nicht dargestellten Thermoelementensäulen der Instrumentierung zu Wartungszwecken ermöglichen. Außerdem trägt der untere Kühlmantelabschnitt 20a nicht dargestellte Leitbleche, welche die Steuerstabantriebsmechanismen 22 umgeben und zur Strömungsleitung der Kühlluft dienen.

Der mittlere Kühlmantelabschnitt 20b ist mit dem oberen Ende des unteren Abschnitts 20a verschraubt. Dieser mittlere Abschnitt 20b trägt wiederum Leitbleche sowie eine Windentragkonstruktion 34, die zwei um den mittleren Kühlmantelabschnitt 20b herum verlaufende Schienen aufweist, von denen eine äußere Schiene die Haupttrag- rollen 36 der Windeneinheiten 38 trägt und die innere Schiene als Gegenstütze für die Windeneinheiten 38 dient. Die Windeneinheiten 38 werden zur Handhabung von Deckelschrauben-Spannwerkzeugen und Deckelschrauben-Abhebewerkzeugen beim Brennstoffaustausch verwendet.

Der obere Kühlmantelabschnitt 20c ist mit dem oberen Ende des mittleren Abschnitts 20b verschraubt und trägt wiederum nicht dargestellte Leitbleche sowie eine Anzahl von Kühlgebläsen 24 für die Steuerstabantriebsmechanismen.

Die Kühlgebläse 24 zirkulieren Luft durch den Kühlmantel zur Abführung von Wärme von den Steuerstabantriebsmechanis22.

Eine Plattform 2Od, die den oberen Kühlmantelabschnitt 20c umschließt, dient zur Halterung der Verkabelung 26 zur Speisung der Steuerstabantriebsmechanismen und der Instrumentierung. Die Kabel der Steuerstabantriebsmechanismen 22 und der nicht dargestellten Thermoelemente verlaufen entlang nicht dargestellter Kabelhalterungen zur Plattform 2Od. Die gesamte Verkabelung

läuft zur Anschlußplatte 28, welche das Kabelbett 30 mit der Plattform 2Od verbindet. Die Verwendung der Plattform 2Od und der Anschlußplatte 28 erleichtert ein schnelles Lösen und Wiederanschließen des Kabelbettes von der bzw. an die integrierte Deckeleinheit, was bei der Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion nicht erforderlich ist.

Die drei vertikalen Hebestangen 16 sind mittels Bolzen am Behälterdeckel 18 und außerdem jeweils an zwei Stellen entlang ihrer Länge am Kühlmantel 20 befestigt. Sie dienen zur Übertragung einer von einem Kran auf die Fangplatte 14 ausgeübten Hubkraft auf den Behälterdeckel Die Hebestangen 15 können sich vertikal etwas relativ zum Kühlmantel 20 bewegen, sind jedoch gegen eine Querbewegung in horizontaler Richtung festgelegt. Am oberen Ende 42 sind die Hebestangen 16 jeweils mit einer geschoßartig abgerundeten Spitze versehen, um eine Führung beim Aufsetzen der Fangplatte 14 auf die Hebestangen 16 zu erreichen.

Die Fangplatte 14 ist als kreisrunde ebene Platte 44 ausgebildet, die mit Hubösen 46 verschraubt ist, an welchen die Hebevorrichtung 12 mittels Bolzen befestigt ist. Die ebene Platte 44 ist mit einer Vielzahl abgefaster Bohrungen 48 zur Aufnahme von Gehäuseansätzen 50 der Steuerstabantrieb smechanismen versehen. Durch diese Anordnung wird eine seitliche Abstützung der Steuerstabantriebsmechanismen 22 erreicht und verhindert, daß im Fall eines größeren Bruches irgendein Teil der Mechanismen 22 die nicht dargestellte Reaktorkammerwand durchdringt. Die Bohrungen 48 der Fangplatte 14 sind zur Erleichterung des Einbaus abgefast. Die Ausbildung der Fangplatte 14 der erfindungsgemäßen integrierten Deckeleinheit]10 als angeschraubte ebene Platte unterscheidet sich von der geschweißten eierkistenartigen Gitterkonstruktion der Fangplatte der

bekannten Anordnung. Die Gestaltung als angeschraubte ebene Platte erleichtert die Herstellung der Fangplatte 14, bildet eine zweckmäßigere und größere Sicherheit bietende Standfläche für Bedienungspersonal, und läßt die Berücksichtigung besonderer Schweißvorschriften (American Society of Mechanical Engineers Boiler and Pressure Vessel Code, Section III) entfallen.

Ein unmittelbar an der Fangplatte 14 angeschraubter Bedienungsstand 52 bietet einen sicheren und zweckmäßigen Zugang zur Huböse der Hubvorrichtung 12 zum Anhängen an einen nicht dargestellten Kranhaken.

Die erfindungsgemäße integrierte Standard-Deckeleinheit stellt also eine zweckmäßige kompakte Konstruktion dar, mit welcher eine Verkürzung der Reaktorstillstandszeit und eine Verringerung der erforderlichen Arbeitskräfte durch Reduzierung der Anzahl der beim Brennstoffaustausch am Reaktor vorzunehmenden Demontage- und Wiedermontagearbeiten erreicht wird.

Leerseite

Claims (6)

Patentansprüche

1. Integrierte Deckeleinheit für einen Kernreaktor in Standardbauart, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Komponenten zu einer einzigen integrierten Baueinheit (10) zusammengefaßt sind: Ein Druckbehälterdeckel (18) zum dichten Abschluß des Reaktorbehälters, Steuerstabantriebsmechanismen (22) zur Steuerung der Stellung von Steuerstabgruppen innerhalb des Reaktorkerns, ein Kühlmantel (20), der die Steuerstabantriebsmechanismen umschließt, eine Fangplatte (14) zur seitlichen Abstützung der Steuerstabantriebsmechanismen (22) und zur Verhinderung eines Herausschleuderns eines Steuerstabantriebsmechanismus, Mittel (12) zum Anhängen der Deckeleinheit an einen Kran zwecks Abhebens der Deckeleinheit bzw. Aufsetzens derselben vom bzw. auf den Reaktorbehälter, eine Mehrzahl vertikaler Hebestangen (16), welche die Krananhängemittel (12) mit dem Behälterdeckel (18) verbinden, eine Anzahl von Windeneinheiten (38) zur Handhabung von Spann- und Ausbauwerkzeugen für die Deckelschrauben, eine Tragkonstruktion (34, 36) für die Windeneinheiten, eine,Anzahl von an dem Kühlmantel (20) befestigten Kühlgebläsen (24) zum Erzeugen einer Kühlluftströmung durch den Kühlmantel, eine Kabelanscnlußplatte (28), die mit einem die Verkabelung zur Deckeleinheit führenden Kabelbett (30) in schnell lösbarer Weise verbindbar ist, und eine Kabelführung (2Od), welche die Kabel zwischen der Kabelanschlußplatte und den Einführungsstellen in den Kühlmantel führt.

2. Deckeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmantel (20) aus einer Mehrzahl übereinander gesetzter und miteinander verschraubter Abschnitte (20a, 20b, 20c) zusammengesetzt ist, deren unterer Abschnitt (20a) eine Anzahl von Wartungsklappen bzw. -türen für den Zugang zu den innerhalb des Kühlmantels befindlichen Komponenten aufweist.

3. Deckeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangplatte (14) als ebene Platte mit einer Vielzahl abgefaster Bohrungen ausgebildet ist, welch letztere das Aufsetzen der Fangplatte auf die SteuerStabantriebsmechanismen erleichtern, und daß die Fangplatte den oberen Abschluß der vom Kühlmantel (20) gebildeten Umfassung bildet.

4. Deckeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krananhängemittel (12) ein dreibeiniges Hebegestell aufweisen, das an der Fangplatte (14) befestigt ist und an seinem oberen Ende eine Öse zur Aufnahme des Kranhakens aufweist.

5. Deckeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Hebestangen (16) an ihrem oberen Ende jeweils eine das Aufsetzen der Fangplatte erleichternde, geschoßförmig abgerundete Spitze (42) haben.

6. Deckeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion (34, 36) für die Windeneinheiten (38) zwei konzentrische Ringschienen aufweist, welche um den Kühlmantel (20) herum verlaufen und an diesem befestigt sind.