DE3336580A1

DE3336580A1 - Aufpralldaempfer fuer kernbrennelementbehaelter

Info

Publication number: DE3336580A1
Application number: DE19833336580
Authority: DE
Inventors: Antonio Milano Olivieri; Giovanni Noverasco di Opera Milano Oochini
Original assignee: Agip Nucleare SpA
Current assignee: Agip Nucleare SpA
Priority date: 1982-10-11
Filing date: 1983-10-07
Publication date: 1984-04-12
Also published as: US4620106A; IT8223701A0; GB2128128B; DE3336580C2; IT1152714B; GB2128128A; CH655285A5; JPS5991398A; FR2534409B1; GB8326744D0; FR2534409A1; BE897963A

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufpralldämpfer für Behälter zur Aufnahme von bestrahltem Kernbrennstoff oder abgebrannten Brennelementen, radioaktiven Stoffen und/oder gefährlichen chemischen Substanzen.

Als Behälter für abgebrannte Brennelemente dienen Gefäße von vorzugsweise zylindrischer Gestalt, die aus Metall, vorzugsweise dickem Stahl hergestellt sind, mindestens einen verschraubten oder mittels Bolzen befestigten, abgedichteten Deckel haben und außen von einem Neutronenschirm umhüllt sind. Die internationale Atomenergiebehörde verlangt, solche Behälter einer Reihe von Prüfungen zu unterziehen. Dabei muß zum Beispiel der Behälter aus einer Höhe von 9 m auf eine nicht verformbare, horizontale Fläche fallen gelassen werden, er muß eine halbe Stunde lang einer Umgebungstemperatur von 800⁰C ausgesetzt werden, und er muß aus 1 m Höhe auf eine zylindrische Stahlstange von 150 mm Durchmesser fallen gelassen werden,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Behälter der genannten Art für Transport und Lagerung sicherer und zweckmäßiger zu gestalten.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im einzelnen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

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Der Aufpralldämpfer weist zwei konvexe Schalen auf, die an den Enden des Behälters mittels kegelstumpfförmiger Flansche und durch Bolzen und Muttern zusammengehaltene Halbringe befestigt sind. Der Aufpralldämpfer gemäß der Erfindung hat die von der internationalen Atomenergiebehörde vorgeschriebenen Prüfungen bestens bestanden und schützt den Behälter vor jedem möglichen Ereignis.

Die bekannten, meistens für abgebrannte Brennelementbehälter verwendeten Aufpralldämpfer sind von zweierlei Art:

a) Sie haben die Form von Rippen, die entweder am Behälter oder an einer abnehmbaren Stütze angeschweißt sind.

b) Sie haben die Form von profiliertem Holz, meist Balsaholz, welches in entsprechender Hülle an beiden Enden des Behälters befestigt ist.

Diese Aufpralldämpfer haben folgende Nachteile: Der Typ a hat nur geringe spezifische Verformbarkeit. Die maximale Verformung eines rippenartigen Aufpralldämpfers geht meistens nicht über 50% der Höhe der nicht verformten Rippen hinaus. Außerdem eignet er sich nicht zur Energieabsorption bei seitlichem Fallen. Meistens sind bei dieser Art von Aufpralldämpfung zusätzliche Energieaufnehmer, z. B. ümfangsrippen vorgesehen, deren Aufgabe es ist, kinetische Energie des Behälters beim seitlichen Fallen zu absorbieren. Ferner ist die Energieabsorption bei dieser Art von Aufpralldämpfung kaum fortschreitend, und der Behälterdeckel ist starken Beanspruchungen beim Aufprall ausgesetzt.

Mit diesem Aufpralldämpfer ist keine "Doppelspeicherung" möglich. Die Energieaufnahme hängt stark vom Fallwinkel ab.

Auch ist der Behälterdeckel schlecht vor Wärmebeanspruchung bei dem von der internationalen Atomenergiebehörde verlangten Brandtest geschützt, und die Ventile sind nicht vor Manipulation und/oder Sabotage sicher, wozu auch nahe "Hohlladungsexplosionen" gehören können.

Mit dem Aufpralldämpfer des Typs b werden zwar einige der Nachteile der rippenartigen Aufpralldämpfer vermieden, aber er eignet sich nicht zur Energieaufnahme in seitlicher Richtung. Dies läßt sich nur durch eine komplizierte Formgebung der hölzernen Klötze erreichen, mit der die Maserung in Richtung senkrecht zur Aufprallfläche ausgerichtet werden.

Ferner bestehen Schwierigkeiten hinsichtlich der Beständigkeit und Gleichförmigkeit der Materialeigenschaften von Holz, die Schwankungen durch Beeinflussung von Umgebungsfaktoren, wie Temperatur, Feutchtigkeit usw. unterliegen.

Es hat sich erwiesen, daß die Nachteile der bekannten, vorstehend beschriebenen Vorrichtungen mit einer stoßsicheren Konstruktion vermieden werden können, die sich von den bekannten grundsätzlich unterscheidet.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Gesamtanordnung aus Behälter und Aufpralldämpfer;

Fig. 2 eine Ansicht des am Behälter angebrachten Aufpralldämpfers, im Schnitt.

Wie die Fig. zeigen, ist der zwei konvexe Schalen 1 und 2 aufweisende Aufpralldämpfer am Behälter 13 mittels Klemmringen 9 befestigt. Die beiden Schalen 1 und 2 sind durch eine Umfangsschweißnaht 4 miteinander und mittels einer Umfangsschweißnaht 5 mit einem Vorsprung oder kegelstumpfförmigen Flansch 3 verbunden. Die Klemmringe 9 sind als Paar von Halbringen ausgebildet.

Zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter sind elastomere Dichtungsringe 10 und 11 wirksam, und der Behälter 13 hat Dichtungen 16 und ist außerdem mit Ventilen 15 versehen. Mit Gewinde ausgebildete Verbinder 6 und 7 ermöglichen eine Bewe-

gung des Aufpralldämpfers. Eine Öffnung 8 dient zur Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung, während durch eine Öffnung 12 Leckverluste an den Dichtungsringen 10 und 11 vorbei überwacht werden.

Die Vorrichtung ist mit einem zusätzlichen Neutronenschirm versehen.

An jedem Ende des Behälters 13 ist ein Aufpralldämpfer aus zwei konvexen Schalen vorgesehen, die aus einem ersten, offenen, d.h. nicht geschlossenen Metallbauteil, nämlich der Schale 1 und einem zweiten, ringförmigen Metallbauteil, nämlich der Schale 2 bestehen. Die konvexe Krümmung der Schalen kann gleich oder unterschiedlich sein. Das zweite, ringförmige Metallbauteil ist längs seines größten Umfanges am offenen Metallbauteil in einer der Öffnung entsprechenden Stellung angeschweißt, wobei der Durchmesser der Öffnung dem Durchmesser des größten Umfanges des ringförmigen Metallbauteils entspricht. Die Schale in Form des ringförmigen konvexen Metallbauteils ist an ihrem kleinsten Umfang an einem ringförmigen Verbindungsstück angeschweißt, welches die Verbindung mit dem Behälter 13 ermöglicht. In dem mit dem Behälter 13 in Berührung stehenden Endbereich ist das Verbindungsstück vorzugsweise mit einem nach außen weisenden ringförmigen Vorsprung, vorzugsweise dem kegelstumpfförmigen Flansch 3 versehen. Dieser Flansch 3 dient zum Anbringen des Aufpralldämpfers am Behälter 13, der seinerseits einen Gegen- oder Stützflansch von entsprechender Gestalt hat. Die beiden Vorsprünge oder Flansche werden mittels Bolzen, Schrauben oder vorzugsweise den Klemmringen 9 zusammengeklemmt, die ihrerseits durch Bolzen und Muttern zusammengehalten sind und auf die Flansche passen.

Die Menge des möglicherweise an den Dichtungsringen 10 und 11 vorbei aus dem Behälter entweichenden radioaktiven Gasverlustes kann durch die Öffnung 12 überwacht werden.

Wenn der zusätzliche, massive Neutronenschirm 14 vorgesehen

ist, hat er die Aufgabe, die Gammadosis und Neutronenwerte bis unter die maximal zulässigen Werte der Vorschriften der internationalen Atomenergiebehörde zu senken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die konvexen Schalen die Öffnung 8, durch die der Zwischenraum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter 13 unter Druck gesetzt oder von Druck entlastet werden kann. Die Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung dieses Raums bezieht sich auf den Umgebungsdruck und soll während bestimmter Zeitspannen sicherstellen, daß es keine Leckverluste von im Behälter enthaltenen radioaktiven oder gefährlichen Stoffen an die Umgebung gibt. Der Zwischenraum kann auch mit anderen Fluiden als Luft gefüllt werden, und zwar unter Über- oder Unterdruck. Er kann auch ganz oder teilweise mit Substanzen gefüllt werden, die auf Leckverluste gefährlicher Fluide aus dem Behälter neutralisierend, löschend oder absorbierend wirken.

Die elastomeren Dichtungsringe 10, 11 bewirken gemeinsam mit den Dichtungen 16, die die Hauptdichtungen des Behälters darstellen, eine Doppelspeicherung der flüssigen oder gasförmigen Fluide im Behälter, die möglicherweise durch die Ventile 15 und Dichtungen 16 entwichen sind.

Die mit Gewinde versehenen Verbinder 6 und 7 ermöglichen Bewegungen des Aufpralldämpfers, und zwar Anhebungen und horizontale Verlagerungen gegenüber der vertikalen und horizontalen Achse.

Die Aufprallschutzschalen gemäß der Erfindung können aus Stahl, Titan oder einem beliebigen Werkstoff mit hohem spezifischem Energieabsorptionsvermögen, wie Aluminum, Eisen usw. hergestellt sein. Die Schalen können aber auch aus hartem, schlagfestem Kunststoff hergestellt sein, wenn gefährliche chemische Stoffe transportiert oder gelagert werden sollen.

Die konvexen Schalen haben eine Dicke im Großenordnungsbereich von 0.5 bis 6 cm, vorzugsweise von 3 cm und zeichnen sich da-

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durch aus, daß ihr Außendurchmesser um 20 bis 40 cm größer ist als der größte Gesamtdurchmesser des Behälters. Das ermöglicht eine starke Verformung oder hohe Energieabsorption bei geringer Beschleunigung, ohne daß der Aufprall oder Stoß das primäre Behältnis beeinträchtigt.

Gegenüber dem Stand der Technik hat der Aufpralldämpfer gemäß der Erfindung die folgenden Vorteile. Erstens hat er ein hochprozentiges Verformungsvermögen. Bei axialem oder lateralem Stoß kann sich der Aufpralldämpfer verformen, ohne daß es zu gefährlichen Beschleunigungsspitzen kommt, bis er in Stoßrichtung eine Grenzabmessung erreicht, die nur wenig größer ist als die Dicke des Flachmaterials aus dem er hergestellt ist.

Zweitens wirkt sein Energieabsorptionsvermögen unter jedem Stoßwinkel, dem der Behälter ausgesetzt ist. Das macht zusätzliche Anordnungen für die Energieaufnahme in seitlicher Richtung überflüssig. Drittens ist die Energieabsorption sehr stark fortschreitend. In Versuchen und großen Reihen numerischer Auswertungen hat sich gezeigt, daß der Aufpralldämpfer gemäß der Erfindung bei entsprechender Dimensionierung die kinetische Energie des Behälters bei einem Aufprall infolge des Fallens aus 9 m Höhe mit einem Kraft-Verformungsdiagramm absorbiert, dessen Spitzenwert nur etwa 25% größer ist als sein Durchschnittswert .

Der Deckel des Behälters unterliegt keinen Beanspruchungen von außen, da er in keinem Stadium eines Aufpralls Stöße erleidet.

Die im Behälter enthaltenen flüssigen oder gasförmigen Stoffe kommen unter normalen Transportbedingungen in den Genuß der "Doppelspeicherung". Diese durch die Dichtungsringe geschaffene Möglichkeit verringert die Freigabe flüssiger oder gasförmiger Substanzen, die durch Leckverluste an den Behälterdichtungen oder -ventilen vorbei auftreten könnten und macht sie letzendlich sogar ganz unmöglich. In diesem Zusammenhang kann

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der Zwischenraum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter durckbeaufschlagt oder druckentlastet werden, um die Freigabe an die Umgebung zu unterbinden, während der Druck im Zwischenraum oberhalb des Druck im Behälter liegt (für den Fall der Druckbeaufschlagung des Zwischenraums) oder unterhalb des Umgebungsdrucks gehalten wird (für den Fall der Druckentlastung des Zwischenraums).

Der Behälterdeckel ist vor Hitzebeanspruchungen bei der Brandprüfung (30 Minuten lang bei 800° C) geschützt.

Die Ventile und der Deckel, die die schwächsten Bauelemente des Behälters darstellen, sind vor unbeabsichtigter und beabsichtigter Manipulation, wie Sabotage geschützt, weil zunächst die Aufpralldaämpfer entfernt werden müssen, um Zugang zu ihnen zu erhalten. Ferner bietet die Dicke des Flachmaterials, aus dem der Aufpralldämpfer hergestellt ist, einen wirksamen Schutz der Ventile und des Deckels vor Hohlladungsexplosionen, die nicht an Stellen in der Nähe der Deckeloberfläche angebracht werden können. Weiteren Schutz vor diesem Risiko bietet der eingebaute Neutronenschirm.

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Claims

Agip Necleare S.p.A. , D-8000 MÜNCHEN 90

Rom, Italien schweigerstrasse2

telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent telex: j24070

lA-57 646 Patentansprüche

ν 1.J Aufpralldämpfer für Behälter zur Aufnahme von bestrahltem ICernbrennstoff oder abgebrannten Brennelementen, radioaktiven Stoffen und/oder gefährlichen chemischen Substanzen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) zwei konvexe Schalen (1, 2), jeweils für das eine oder andere Ende des Behälters (13), die durch Vereinigen eines ersten, offenen, nicht geschlossenen, konvexen Metallbauteils und eines zweiten, ringförmigen, konvexen Metallbauteils geschaffen sind, von denen das zweite, ringförmige Metallbauteil längs seines größten Umfangs an dem offenen, konvexen Metallbauteil in einer der Öffnung dieses Metallbauteils entsprechenden Stellung angeschweißt ist, wobei der Durchmesser der Öffnung dem größten Umfang des ringförmigen Metallbauteils entspricht, und das ringförmige, konvexe Metallbauteil in einer Stellung entsprechend seinem kleinsten Umfang an einem ringförmigen Verbindungsstück angeschweißt ist, welches die Verbindung mit dem Behälter (13) ermöglicht,

b) Dichtungsringe (10, 11) aus elastomerem Werkstoff oder Silikon usw. mit einer zwischen ihnen angeordneten Öffnung (12) zur Überwachung von Leckverlusten aus dem Behälter freigesetzter radioaktiver Gase oder gefährlicher Fluide an den Dichtungsringen (10, 11) vorbei,

c) gegebenenfalls ein zusätzlicher Neutronenschirm (14), der die Gammadosis und die Neutronenwerte unter die gemäß den Vorschriften der internationalen Atomenergiebehörde maximal zulässigen Werte verringert.
2. Aufpralldämpfer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Krümmung des zweiten, ringförmigen Metallbauteils der des ersten, offenen konvexen Metallbauteils entspricht oder sich von dieser unterscheidet.
3. Aufpralldämpfer nach Anspruch 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Verbindungsstück, welches die Verbindung zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter (13) ermöglicht, in seinem Randbereich einen nach außen vorspringen Flansch (3) aufweist, der mit dem Behälter (13) in Berührung steht.
4. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Flansch (3) kegelstumpfförmige Gestalt hat.
5. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Flansch (3), der die Schale (2) mit dem Behälter (13) verbindet, auf einen entsprechenden ringförmigen Vorsprung am Behälter trifft, mit dem er durch Zusammenklemmen der beiden Vorsprünge verbunden ist.
6. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorsprünge durch Bolzen und Muttern oder Schrauben oder mittels Klemmringen (9) in Form von Halbringen, welche durch Bolzen und Muttern verbunden sind, zusammengeklemmt sind.
7. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Schalen (1, 2) eine Dicke zwischen 0,5 und 6 cm, vorzugsweise von 3 cm haben.
8. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der konvexen Schalen (1, 2) den größten Gesamtdurchmesser

- 3 des Behälters (13) um 20 bis 40 cm übersteigt.
9. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für die Schalen (1, 2) aus der aus Stahl, Titan, Aluminium, Eisen, Kunststoffen oder Stoffen oder zusammengesetzten Stoffen mit hohem spezifischen Energieabsorptionsvermögen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
10. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter (13) gegenüber dem Umgebungsdruck druckbeaufschlagbar oder druckentlastbar ist, wobei während festgelegter Zeitspannen gewährleistet ist, daß keine Freigabe radioaktiver oder gefährlicher Stoffe aus dem Behälter (13) an die Umgebung erfolgt.
11. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter (13) mit anderen Fluiden als Luft, unter Über- oder Unterdruck, füllbar ist.
12. Aufpralldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter (13) ganz oder teilweise mit Substanzen füllbar ist, die auf mögliche Leckverluste gefährlicher Fluide aus dem Behälter auch neutralisierend, löschend oder absorbierend wirken.