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Druckbehälterdeckel
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Die Erfindung betrifft einen Deckel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus der DE-OS 3048604 ist ein Deckel bekannt, der zum Verschließen
großflächiger Öffnungen, Durchführungen oder Kavernen an Behältern, insbesondere
an Reaktordruckbehältern, auf diese aufgesetzt wird und mittels Spannkabeln vorgespannt
und festgehalten wird. Der Dekkelquerschnitt weist aus Dimensionierungsgründen eine
beachtliche Höhe auf. Zur Verringerung des Gewichtes, das aus einem derart großen
Querschnitt resultiert und die Handhabung erschwert ist der Deckel in Hohlräume
unterteilt, die mittels Rippen getrennt sind. Durchgangsbohrungen in den Rippen
dienen zur Verbindung der Hohlräume.
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Um den Deckel vcr unzulässiger Erwärmung zu schützen, ist ein aus
einer Kühlplatte und einer Isolationsplatte gebildetes Wärmeschutzsystem vorgesehen,
das zum Behälter
hin von einem Deckelliner abgedeckt ist. Der Deckelliner
dient zur sicheren Abdichtung des Behälters gegen die Umgebungsatmosphäre und ist
an seinem Rand an einen zylindrischen Liner angeschweißt, mit dem der Behälter und
die Öffnung ausgekleidet sind. Als zusätzliche Halterung für den Deckelliner ist
eine spezielle Stützkonstruktion vorgesehen, welche ebenfalls an den zylindrischen
Liner anschlieRt.
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In der Kühlplatte, die einerseits auf der über dem Liner befindlichen
Isolierplatte aufliegt und andererseits unmittelbar an die Deckelunterseite anschließt,
befindet sich ein Kühlschlangensystem, das über entsprechende Langloch-Öffnungen
mit einem hierfür vorgesehenen Kühlsystem in Verbindung steht. Die Isolierplatte
ist aus ein- oder mehrlagig angeordneten Guß-Basaltsteinen gebildet.
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Wärmeschutzsystem, Liner und Linerabstützung ruhen auf einem ringförmigen,
an den zylindrischen Liner angeschweißen Auflagering. Beim Einbau dieser Teile ist
äußerste Sorgfalt erforderlich, um Fehler beim Betrieb sicher auszuschließen, d.h.,
die Montage des Deckels ist mit erheblichem Aufwand an Kosten für Arbeit und Material
verbunden.
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Aufgabe der Erfindung is.t es, einen Deckel anzugeben, der einfach
herstellbar und leicht zu handhaben ist und die Anforderungen aus dem Betrieb sicher
erfüllt, so daß zusätzliche Wärmeschutzeinrichtungen und aufwendige DichtungsmaRnahmen
entfallen können.
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Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Als Verschlußorgan wird ein rotationssymmetrischer Körper aus metallischem
Gußwerkstoff vorgesehen, welcher heliumdicht und ausreichend temperaturbeständig
ist. Die geforderte Abdichtung an der Auflagefläche wird durch konzentrisch angeordnete,
in den Boden des Deckels eingelassene wärmebeständige Dichteelemente, die axiale
Toleranzen in der Planheit der A-uflageflächen von Deckel und Behälter ausgleichen
und das Entweichen der Behälteratomosphäre, insbesondere Helium, sicher verhindern.
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Für alle eingesetzten Werkstoffe ist eine Wärmebeständigkeit bis ca.
300 OC (Basisstörfalltemperatur) erforderlich, da der Deckel mit seinem ebenen Boden
unmittelbar mit der Behälteratmosphäre Kontakt hat und deren Temperatur ausgesetzt
ist.
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In dem Bereich, der der Behälteröffnung gegenüberliegt, ist der Deckel
nicht vollmassiv sondern er weist Hohlräume auf, welche im Inneren des Deckels sich
über dessen gesamte Höhe erstrecken. Sie werden in vertikaler d.h. axialer Richtung
begrenzt, von einer ebenen Innenschale, die den Deckelboden aufnimmt, einerseits
und einer konkav eingewölbten Außenschale andererseits. Die horizontale Begrenzung
ist durch Stege vorgesehen, welche über die Deckelhöhe durchgehend die Innen- und
die Außenschale miteinander verbinden. Außerhalb dieses Bereichs, der etwa dem Querschnitt
der zu verschließenden Behälteröffnung entspricht, ist der Deckel massiv gestaltet.
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Der massive Randbereich des Deckels weist auf einem Teilkreis symmetrisch
angeordnete Durchgangsbohrungen auf, in welche Spannglieder lormschlüssig eingre-ifen,
die
mit Spannkabeln verbunden sind, welche im Druckbehälter verankert sind und zum Niederhalten
des Deckel dienen.
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Vorteilhafterweise ist der Deckel auf seinen äußeren Umfang mit einer
Umwicklung aus Spannkabel versehen, mittels der eine radiale Vorspannung des Deckels
möglich ist.
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Eine derartige Vorspannung erzeugt im Deckel in Verbindung mit der
konkav eingewölben Außenschale einen Spannungsverlauf entsprechend einem in die
Behälteröffnung weisenden Spannungsgewölbe. Der auf diese Weise erzeugte Druckeigenspannungszustand
im Deckelboden ermöglicht eine im Hinblick auf die auftretenden Beanspruchungen
aus Innendruck und Temperatur optimierte Dimensionierung des Deckels mit der Folge,
daß der ursprüngliche, d.h.
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ohne derartige Maßnahmen erforderliche, Material- und Konstruktionsaufwand
deutlich geringer ist.
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Die Wahl eines Werkstoffes mit ausreichender Temperaturbeständigkeit,
vorzugsweise heliumdichter Kugelgraphitguß GGG40, für den Deckel, die Ausstattung
des Deckels mit Hohlräumen in dem thermisch unmittelbar beanspruchten Bereich und
der Einbau konzentrischer wärmebeständiger Dichtelemente, vorzugsweise Metalldichtungen
der Handelsbezeichnung Helicoflex, sind die wesentlichen Merkmale, wegen derer auf
die-sonst üblichen zusätzlichen Wärmeschutzeinrichtungen sowie auf'die aufwendige
Montage eines Deckelliners verzichtet werden kann. Der Deckelboden dient in Verbindung
mit den Dichtelementen als Deckelliner.
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Die Dichtungselemente sind im Kraft-Nebenfluß angeordnet, d.h. sie
liegen zwischen dem Rand der zu verschließenden Öffnung und dem Teilkreis mit den
Durchgangsbohrungen, durch welche die Spannkabel zum Niederhalten des Deckels geführt
sind.
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Zur Kontrolle der Dichtheit des Behälterverschlusses können Leckageanzeigeeinrichtungen
vorgesehen sein, deren Sensoren dann im Bereich zwischen den Doppeldichtungen angeordnet
sind.
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Zweckmäßig ist es darüberhinaus auch im Deckel selbst solche Sensoren
vorzusehen und auf diese Weise eine Redundanz zu erhalten. In diesem Falle ist entweder
jeder Hohlraum zu bestücken, oder die Hohlräume sind mittels Durchgangsbohrungen
durch die Stege miteinander zu verbinden.
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Die vorgesehenen Hohlräume werden beim Abguß des Deckels durch Kerneinsätze
gebildet, die anschließend entfernt werden müssen. Hierzu sind Öffnungen in der
Außenschale vorgesehen, die zur Vermeidung von ungünstiger Erwärmung und der daraus
resultierenden Gefahr von RiRbildung infolge von Wärmespannungen nicht zugeschweißt
sondern mit Schraubstopfen verschlossen werden. Um absolute Dichtheit zu erhalten,
können diese Stellen zusätzlich je mit einer Dichtschweißung versehen werden, was
unter Beachtung des vorgenannten Grundsatzes mit geriner Wärmeeinbringung erfolgt.
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Zur Abschirmung radioaktiver Strahlung aus dem Behälter kann zusätzlich
in den Hohlräumen des Deckels Abschirmmaterial angeordnet sein.
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Diese und weitere erfindungswesentliche Merkmale, sowie vorteilhafte
Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie
in den anhand eines Ausführungsbeispiels erläuterten Figuren und Figurenbeschreibung
angegeben.
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Anhand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels sollen
wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung in der Figurenbeschreibung beschrieben
und erläutert werden.
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Es zeigen: Figur 1: Eine schematische Übersicht.
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Figur 2: Einen Querschnitt durch einen Deckel.
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In Figur 1 werden der Einbauort sowie seine bevorzugte Einbaulage
gezeigt.
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Ein Reaktordruckbehälter 10 aus Spannbeton, der innerhalb einer nicht
näher gezeigten Kernreaktoranlage 11 befindlich ist, weist eine Öffnung 12 auf,
die von einem Deckel 14 verschlossen ist. Der Deckel 14 ist an seinem äußeren Umfang
mittels einer Umwicklung 16 aus Spanndrähten radial vorgespannt und wird mittels
einer Verriegelungseinrichtung bestehend aus Spannkabeln 18 und Spannkabelköpfen
20, welche eine formschlüssige Verbindung der Spannkabel 18 mit dem Deckel 14 herstellen,
auf dem Behälter 10 niedergehalten. Das andere Ende der Spannkabel 18 ist am Reaktordruckbehälter
10 auf nicht näher gezeigte Weise verankert.
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Zum Schutz des Spannbetons des Reaktordruckbehälters 10 vor unzulässiger
Temperaturbeaufschlagung ist sein
Innenraum 22 mit einem Liner
24 aus Stahlblech ausgekleidet, der mittels einer nur schematisch gezeigten Linerkühleinrichtung
26 gekühlt wird.
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Figur 2 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Deckel
14, wie er bereits in Figur 1 schematisch skizziert ist. Ein Deckel 14 ist auf die
obere Stirnfläche 13 eines zylindrischen -Behälters 10, dessen Mittelachse senkrecht
steht, aufgesetzt und verschließt die Öffnung 12. Die ebene Unterseite 30 des Deckels
.14 weist zwei konzentrisch angeordnete Dichtungselemente 32 auf und liegt plan
auf der Stirnfläche 13 des Behälters 10 auf. Die Dichtungselemente 32 sind'in dem
Bereich angeordnet, der zwischen dem Innendurchmesser der Öffnung 12 und dem Teilkreisdurchmesser
für Durchgangsbohrungen 34 liegt. Die Durchgangsbohrungen 34 nehmen Spannkabel 18
auf, die an der Oberseite 36 des Deckels 14 an Spannköpfe 20 anschließen, welche
formschlüssig in die Durchgangsbohrungen 34 eingreifen. Die Oberseite 36 des Deckels
14 weist zur Mitte hin eine konkave Einwölbung 37 auf, deren Profil einen exponentiellen
Verlauf hat.
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Die Deckelhöhe beträgt im Zentrum des Deckels 14 weniger als die Hälfte
der Deckelhöhe im Bereich der Durchgangsbohrungen 34.
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Der Außenumfang 38 des Deckels 14 ist mit einer Umwicklung.16 16bestehend
aus Spanndrähten versehen. Die Umwicklung 16 ist gestaffelt über die Deckelhöhe
angeordnet und so vorgespannt, daß sich aufgrund des bereits beschriebenen Deckelquerschnitts
im Deckel 14 ein Spannungsverlauf entsprechend der gestrichelten Linie 28 einstellt.
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Der Deckel 14 besteht aus einer ca. 100 mm dicken Innenschale 40 und
einer Außenschale 42, die durch Stege 44 verbunden sind und auf diese Weise Hohlräume
46 begrenzen.
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Senkrecht zur Auflagefläche 13 des Behälters 10 entlang seiner Innenoberfläche
ist ein zylindrischer Liner 24 angeordnet. In die unmittelbar anschließende Behälterwand
25 ist ein aus Kühlschlangen gebildetes Linerkühlsystem 26 eingelassen.
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Die bei der Deckelherstellung zur Erzeugung der Hohlräume 46 erforderlichen
nicht dargestellten Kerneinsätze werden durch in der Außenschale 42 des Deckels
14 angeordneten Öffnungen 52 entfernt. Die Öffnungen 52 können mittels Schraubstopfen
53 dicht verschlossen werden. Zur Erhöhung der Dichtheit kann zwischen dem Schraubstopfen
53 und der Außenschale 42 zusätzlich eine Dichtschweißung 54 vorgesehen sein, die
mit geringer Wärmeeinbringung auf der Oberfläche erfolgt.
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Der Vorteil und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Deckels bei
der Anwendung sind nachfolgend beschrieben.
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Die ca. 100 mm dicke Innenschale 40 wird plan bearbeitet und mit Helikoflexdoppeldichtungen
32 versehen mittels der am Außenumfang des Deckels 14 umwickelten Spanndrähte 16
vorgespannt, so daß sich -Zugeigenspannungen einstellen. Die Dichtungselemente 32
sind so gewählt, daß eventuelle Spalte zwischen der Stirnfläche 13 des Behälters
und der Innenschale 40 überbrückt und abgedichtet werden. Über die auf dem Außenrand
des Deckels gleichmäßig angeordneten Spannköpfe, die formschlüssig
in
die auf einem Teilkreis senkrecht zur Innenschale verlaufenden Durchgangsbohrungen
eingreifen, und mit den in Behälterlängsrichtung verlaufenden Spannkabeln 18 verbunden
sind, werden die zum Niederhalten des Deckels 14 erforderlichen Kräfte übertragen.
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Die infolge Vorspannung erzeugten Zugeigenspannungen in der Innenschale
40 werden durch den Innendruck beim Betrieb des Behälters weitgehend abgebaut und
ggf. in Druckspannung überführt, welche grundsätzlich für Eisengußwerkstoffe eine
günstigere Beanspruchung darstellen.
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Zum Ausgleich des geringen Dehnvermögens derartiger Werkstoffe kann
mit Hilfe der Vorspannung durch Kumulation der Detnbeträge bei Druck- und bei Zugbeanspruchung
die zulässige Gesamtdehnung erweitert werden.
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Bei der-Herstellung des Deckels wird darauf geachtet, mittels gießtechnischer
Maßnahmen das Auftreten von Porositäten im Deckelquerschnitt zu vermeiden, wodurch
sowohl der tragende Querschnitt als Dimensionierungsgrundlage geschwächt wird, als
auch das Auftreten von Leckagen infolge von Porenketten begünstigt wird. Die Dicke
der Innenschale 40 ist so gewählt, daß hinsichtlich der auftretenden mechanischen
Beanspruchungen ausreichende Sicherheit vorgesehen ist und Leckstellen in Form durchgehender
Porenketten praktisch ausgeschlossen werden können. Ein im Auflagebereich 13 ins.tall.iertes
Leckagedetektionssystem 50 dient zur Überwachung der Dichtheit des Behälters 10.
Redundant hierzu kann ein gleichartiges Erkennungssystem im Deckel 14 selbst installiert
sein, welches zur Auffindung eventueller Leckagen im Deckelquerschnitt dient.
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