Die Erfindung betrifft einen Beckeneinsatz zur dichtenden
Auskleidung eines Beckens sowie ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
Eine Auskleidung eines Beckens, insbesondere eines Brenn
element-Lagerbeckens einer Kernkraftanlage, erfolgt bei
spielsweise durch eine Gitterstruktur aus metallischen Pro
filleisten, welche mit Auskleideblechen dichtend verschweißt
sind. Die Gitterstruktur wird unmittelbar bei ihrer Herstel
lung mit der Bodenpartie und den Wandpartien des Beckens fest
verbunden; insbesondere werden die Profilleisten darin ein
betoniert oder an starre, einbetonierte Betonanker ange
schweißt. Die Auskleidebleche sind eben und werden an ebenen
Flächen der Profilleisten angeschweißt, wobei benachbarte
Auskleidebleche jeweils an derselben ebenen Fläche einer
Profilleiste anliegen. Die Auskleidebleche liegen unmittelbar
an den Wandpartien und der Bodenpartie des Beckens an, wo
durch ein Wärmeübertrag zwischen den Auskleideblechen und dem
Becken stattfindet. Bei geringen Wärmedehnungen, beispiels
weise bei Wärmedehnungen infolge eines Temperaturanstieges
von 20°C bis zu etwa 80°C, bleibt die Dichtigkeit der
Beckenauskleidung gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auskleidung für ein Becken
anzugeben, welche geeignet ist, Wärmedehnungen, insbesondere
Wärmedehnungen aufgrund einer hohen Temperaturdifferenz, auf
zunehmen und eine Aufheizung des Beckens zu verhindern. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Auskleidung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe durch einen
Beckeneinsatz zu dichtenden Auskleidung eines Beckens gelöst,
welcher eine Tragstruktur aus gitterartig angeordneten Pro
filleisten und Auskleideblechen aufweist, wobei benachbarte
Profilleisten dichtend mit einem jeweiligen Auskleideblech
verbunden sind und die Tragstruktur Befestigungsmittel zur
frei tragenden und beweglichen Befestigung an dem Becken auf
weist, so daß zwischen dem Beckeneinsatz und einer Wandpartie
des Beckens ein Freiraum zur Wärmedehnung des Beckeneinsatzes
und zur Führung von Kühlfluid gebildet ist.
Durch eine freitragende und beweglich an dem Becken befestig
te Tragstruktur, die dichtend mit Auskleideblechen verbunden
ist, ist eine Auskleidung eines Beckens gegeben, welche sich
weitgehend ungehindert unter thermischen Beanspruchungen ver
formen, insbesondere ausdehnen kann. Selbst eine Verschiebung
innerhalb des Beckens ist möglich. Solche thermische Bean
spruchungen können durch ein innerhalb des Beckeneinsatzes
befindliches Fluid, beispielsweise in einem Brennelement-
Lagerbecken vorhandenes Wasser zur Kühlung der Brennelemente,
hervorgerufen werden. Durch eine weitgehend ungehinderte Wär
medehnung des Beckeneinsatzes ist die mechanische Belastung
an Verbindungsstellen zwischen der Tragstruktur und den Aus
kleideblechen gering, so daß unzulässige Belastungen an den
Verbindungsstellen sicher vermieden werden. Hierdurch ist
eine Dichtigkeit des Beckeneinsatzes selbst bei hohen ther
mischen Beanspruchungen, beispielsweise bei einem kurzzeiti
gen Temperaturanstieg von 20°C auf 150°C, gewährleistet.
Der zwischen dem Becken und dem Beckeneinsatz verbleibenden
Freiraum ermöglicht über eine Wärmedehnung des Beckeneinsat
zes hinaus zusätzlich eine Kühlung des Beckeneinsatzes und
des Beckens, wodurch thermische Beanspruchungen auf das
Becken und den Beckeneinsatz weiter verringert werden können.
Weiterhin hat ein solcher, auch nachträglich in ein Becken
einbringbarer, Beckeneinsatz den Vorteil, daß eine Entkopp
lung zwischen Tragfunktion, Dichtfunktion und Dehnungskompen
sation gegeben ist. Die Tragfunktion wird von der insbeson
dere freihängenden Tragstruktur übernommen, welche vertikal
verschieblich und horizontal dehnbar ist. Die Dehnungskom
pensation erfolgt u. a. durch den Freiraum zwischen Becken
einsatz und Becken.
Vorzugsweise hat jedes Auskleideblech einen Rand, verläuft
beabstandet von den Rand weitgehend in einer Blechebene und
trifft an den Rand unter einem von Null verschiedenen Kon
taktwinkel auf eine jeweilige Profilleiste auf. Ein Ausklei
deblech ist somit an seinem Rand profiliert, wodurch eine
Ausdehnung innerhalb der Blechebene kompensierbar ist. Durch
ein Auftreffen unter einem von Null verschiedenen Kontakt
winkel auf eine jeweilige Profilleiste ist es darüber hinaus
möglich, das Auskleideblech mittels durchgeschweißter V-Näh
te, welche keine wesentliche Kerbwirkung haben, an die Trag
struktur anzuschweißen. Gegenüber Schweißungen mittels Kehl
nähten ist dadurch die Gefahr des Auftretens von Rissen und
von Brüchen deutlich vermindert. Dies führt neben einer er
höhten Kompensation von Wärmedehnungen zu einer deutlich
verbesserten Dichtigkeit, selbst bei großen auftretenden
Temperaturdifferenzen von beispielsweise über 100°C.
Bevorzugt ist der Kontaktwinkel größer als 45°, insbesondere
beträgt er etwa 60°.
Zur Befestigung an dem Becken, insbesondere an einer Wand
partie des Beckens, weist die Tragstruktur vorzugsweise
Befestigungsmittel auf, beispielsweise Gelenkstangen oder
ähnliches, die eine Verschiebung des Beckeneinsatzes entlang
der Wandpartie ermöglichen. Eine besonders einfache und
stabile mechanische Befestigung ist durch ein Einhängen der
Tragstruktur in fest mit dem Becken verbundene Haltevorrich
tungen, insbesondere Haken, möglich. Die Tragstruktur weist
hierzu günstigerweise Tragschlitze oder ähnliche Aussparungen
auf, die in die Haltevorrichtungen eingreifen und in diesen
verschieblich gelagert sind.
Bevorzugt eignet sich ein Beckeneinsatz zur dichtenden Aus
kleidung eines Brennelement-Lagerbeckens oder eines innerhalb
eines Sicherheitsbehälters angeordneten Flutbehälters einer
Kernkraftanlage. Selbst bei einem Störfall innerhalb der
Kernkraftanlage, welcher zu einer Temperaturerhöhung auf etwa
150°C innerhalb des Beckens, d. h. insbesondere zu einem Auf
heizen von in dem Becken befindlichen Wassers, führt, bleibt
die Integrität des Beckeneinsatzes, d. h. seine Dichtigkeit,
sicher gewährleistet.
Infolge kleinerer Undichtigkeiten aus dem Beckeneinsatz in
den Freiraum austretendes Fluid ist in einer Leckage-Führung
sammelbar und insbesondere in eine Auffangvorrichtung führ
bar. Zur Erfassung solcher kleinerer Leckagen ist vorzugs
weise in einer Aussparung des Beckens, insbesondere der Wand
partie des Beckens, eine Kamera vorgesehen. Mit dieser Kamera
ist die genaue Position einer Leckagestelle durch eine Über
wachung des Freiraumes und der Verbindungsstellen zwischen
Auskleideblech und Profilleisten gewährleistet. Über den
Freiraum können geeignete Reparaturvorrichtungen, insbeson
dere Schweißmaschinen, an die Leckagestellen herangeführt und
die Leckagestellen nachträglich abgedichtet werden. Dies ist
bei einem Brennelement-Lagerbecken oder einem inneren Flutbe
hälter einer Kernkraftanlage auch während des normalen Be
triebes möglich.
Zur Kompensation von Wärmedehnungen in den Ecken des Beckens,
an denen die Wandpartien des Beckens unter einem Winkel von
beispielsweise 90° aufeinandertreffen, ist bevorzugt ein Eck
verbindungselement vorgesehen, das ein Querschnittsprofil
hat, welches einem Teilkreis, insbesondere einem Dreiviertel
kreis, entspricht. Es ermöglicht dadurch in den Ecken des
Beckens, Auskleidebleche unter einem Winkel von 90° dichtend
miteinander zu verbinden. Aufgrund des Querschnittprofils
können selbst große Wärmedehnungen kompensiert werden.
Die Profilleisten und/oder die Auskleidebleche bestehen
bevorzugt aus einem austenitischen Stahl. Ein solcher Stahl
kann einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
ca. 16×10-6/°C haben. Bei einem Anstieg der Temperatur von
einer normalen Betriebstemperatur von etwa 20°C auf eine
Temperatur von etwa 150°C, wie sie bei einem Störfall inner
halb einer Kernkraftanlage auftreten kann, erfahren die Pro
filleisten und die Auskleidebleche eine Längenänderung von
bis zu über 2 mm/m. Solche Längenänderungen können aufgrund
der Profilierung der Auskleidebleche und der freien Beweg
lichkeit des Beckeneinsatzes unter Beibehaltung der Dichtig
keit des Beckeneinsatzes sicher aufgenommen werden.
Zur mechanischen Stabilisierung des Beckeneinsatzes sind die
Auskleidebleche, insbesondere bei einer Fläche eines Ausklei
deblechs von 1,5 m×3,0 m, mit Verstärkungen versehen. Die
Verstärkungen sind bevorzugt T-Träger, welche einander kreu
zend an den Auskleideblechen befestigt und in dem Freiraum
zwischen den Auskleideblechen und dem Becken angeordnet sind.
Bevorzugt hat der Beckeneinsatz ein Bodenteil, welches frei
gleitend auf einer Bodenpartie des Beckens anordenbar ist.
Dies ermöglicht eine weitgehend ungehinderte Ausdehnung des
Bodenteils entlang der Bodenpartie, wodurch die thermischen
Beanspruchungen an Verbindungsstellen zwischen den Ausklei
deblechen und den Profilleisten sicher in einem zulässigen
Rahmen bleiben.
Die auf ein Verfahren zur Herstellung eines Beckeneinsatzes
zur Auskleidung eines Beckens gerichtete Aufgabe wird dadurch
gelöst, daß die Profilleisten gitterartig miteinander zu
einer Tragstruktur verbunden werden, ein jeweiliges Aus
kleideblech dichtend mit einander benachbarten Profilleiste
verbunden, insbesondere verschweißt wird, und die Tragstruk
tur mit Befestigungsmitteln zur freitragenden und beweglichen
Befestigung an Haltevorrichtungen einer Wandpartie des
Beckens eingehängt wird, so daß zwischen dem Beckeneinsatz
und der Wandpartie ein Freiraum zur Wärmedehnung des Becken
einsatzes und zur Führung von Kühlfluid gebildet ist. Hier
durch wird eine Auskleidung des Beckens erreicht, welche
selbst bei einer hohen Temperaturdifferenz von beispielsweise
über 100°C ihre Dichtigkeit bewahrt. Dies ist insbesondere
für ein Brennelement-Lagerbecken oder einen inneren Flutbe
hälter einer Kernkraftanlage während eines Störfalles, bei
dem eine Temperaturerhöhung von 20°C auf 150°C bei einem
Druck von etwa 5 bar auftritt, vorteilhaft.
Anhand der Zeichnung wird der Beckeneinsatz zur Auskleidung
eines Beckens sowie das Verfahren zur Herstellung des Becken
einsatzes näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt des Beckeneinsatzes in einem Becken
in einem Querschnitt,
Fig. 2 einen Ausschnitt des Beckeneinsatzes in einem Längs
schnitt parallel zu einer Wandpartie des Beckens,
Fig. 3 einen Beckeneinsatz in einem Becken in einer Drauf
sicht und
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 3 gekenn
zeichneten Eckenbereiches des Beckeneinsatzes.
In der Zeichnung sind nur die zur Erläuterung wesentlichen
Komponenten dargestellt.
Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt einen Ausschnitt des
Beckeneinsatzes 1 in einem Eckenbereich eines Beckens 2. In
einer Wandpartie 4 des Beckens 2 ist ein Befestigungselement
12 verankert, welches fest mit einer hufeisenartigen Halte
vorrichtung 26 verbunden ist. In die Haltevorrichtung 26 ist
freibeweglich eine Profilleiste 5 der Tragstruktur 6 des
Beckeneinsatzes 1 eingehängt. Die Profilleiste 5 hat in ihrem
Querschnitt ein T-Profil und ist mit dem Fuß 31 des T-Profils
in die Haltevorrichtung 26 eingehakt. An den zu dem Fuß 31
des T-Trägers senkrecht verlaufenden Kopf des T-Trägers sind
an gegenüberliegenden Seiten je ein Auskleideblech 7a und 7b
angeschweißt. Die Auskleidebleche 7a, 7b verlaufen weitgehend
in einer Blechebene 13 und haben einen Rand 14 in dessen
Umgebung sie aus der Blechebene 13 herausgebogen sind und an
dem sie unter einem von Null verschiedenen Kontaktwinkel 23
auf die Profilleiste 5 auftreffen. Durch den von Null ver
schiedenen Kontaktwinkel 23 ist zwischen der Profilleiste 5
und jedem Auskleideblech 7a, 7b eine durchgeschweißte V-Naht
herstellbar, die eine geringe Kerbwirkung hat. Die Auskleide
bleche 7a, 7b sind sowohl in der Zeichenebene als auch senk
recht hierzu mit als T-Träger ausgebildeten Verstärkungen 28
verstärkt. Die Verstärkungen 28 sind an die Auskleidebleche
7a, 7b angeschweißt und zwischen dem Beckeneinsatz 1 und der
Wandpartie 4 des Beckens 2 in einem Freiraum 25 angeordnet.
Zwischen den Verstärkungen 28 und der Wandpartie 4 verbleibt
ein Teilbereich des Freiraums 25. In dem Freiraum 25 ist ein
Kühlfluid 29, insbesondere Luft, geführt. Die Wandpartie 4
hat in einem Bereich des Randes 14 des Auskleidebleches 7a
eine Aussparung 19, in der eine Kamera 18 angeordnet ist. Die
Kamera 18 hat einen Beobachtungswinkel 30, in dem der Be
reich, an dem die Profilleiste 5 mit dem Auskleideblech 7a
verschweißt ist, beobachtbar ist. In diesem Bereich weist die
in der Zeichenebene verlaufende Verstärkung 28 eine Leckage
führung 17 auf, in der ein Leckagefluid geführt und von der
Kamera 18 überwacht werden kann. Das Auskleideblech 7a ist an
seinem der Profilleiste 5 gegenüberliegenden Rand 14 in Form
einer Randsicke ausgebildet und trifft unter einem Kontakt
winkel 23 auf ein Eckverbindungselement 27 des Beckeneinsat
zes 1 auf. Das Eckverbindungselement 27 hat ein Querschnitts
profil 10, welches einem Dreiviertel-Kreis entspricht. Hier
durch wird eine 90°-Ecke des Beckeneinsatzes 1 ausgeführt.
Das Eckverbindungselement 27 ist mit einem Auskleideblech 7b,
welches gegenüber dem Auskleideblech 7a um 90° gedreht ist,
verbunden. Bei einer auftretenden Temperaturdifferenz von
beispielsweise 100°C dehnen sich die Auskleidebleche 7a und
7b aus, wodurch eine Verschiebung und Verformung des Eckver
bindungselementes 27 in die gestrichelt dargestellte Position
erfolgt. Die Auskleidebleche 7a, 7b bestehen aus einem auste
nitischen Stahl und haben eine Blechdicke von 2 mm bis 3 mm.
Mit dem freibeweglichen Eckverbindungselement 27 können somit
auch größere Temperaturdehnungen des Beckeneinsatzes 1 kom
pensiert werden, ohne daß ein direkter Kontakt mit dem Becken
2 hergestellt wird und ohne daß die bestehenden Schweißnähte
rißgefährdet sind.
In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den Beckeneinsatz 1 ent
lang der Wandpartie 4 des Beckens 2 dargestellt. Die in Fig. 1
im Querschnitt dargestellte Profilleiste 5 ist in Fig. 2 in
einem Längsschnitt entlang einer parallel zur Wandpartie 4
verlaufenden Profilachse 8 gezeigt. Die Profilleiste 5 hat
wie in Fig. 1 dargestellt in ihrem Querschnitt ein T-Profil
mit einem Fuß 31, welcher von der Wandpartie 4 bis zu den
Auskleideblechen 7a, 7b verläuft. In den Fuß 31 ist ein Trag
schlitz 9 eingeschnitten, welcher unter einem spitzen Winkel
von der Wandpartie 4 zur Profilachse 8 und weiter entlang der
Profilachse 8 verläuft. Der Tragschlitz 9 greift in eine an
der Wandpartie 4 befestigte Haltevorrichtung 26 ein, wodurch
sowohl eine Verschiebung der Profilleiste 5 in Richtung der
Profilachse 8 als auch eine Dehnung der Profilleiste 5 senk
recht zur Profilachse 8 gewährleistet ist. An die Profillei
ste 5 sind, wie zu Fig. 1 erläutert, Auskleidebleche 7a, 7b mit
einem jeweiligen Rand 14 angeschweißt, wobei die Auskleide
bleche 7a, 7b unter einem spitzen Winkel von insbesondere 60°
auf die Profilleiste 5 auftreffen. Die Auskleidebleche 7a, 7b
sind weiterhin an eine senkrecht zur Profilachse 8 verlaufen
de zweite Profilleiste 5b, die ebenfalls ein T-Profil hat,
angeschweißt. Die Wandpartie 4 endet an dem Beckenflur 16 des
Beckens 2, an den der Beckeneinsatz 1 unter einem Knick von
90° gegenüber der Profilachse 8 angeschlossen ist. Die Ver
bindung zwischen einer Auskleidung des Beckenflurs 16 und des
Beckeneinsatzes 1 ist durch ein in der Zeichenebene
schwenkbares Anschlußelement 33 hergestellt.
In Fig. 3 ist ein Beckeneinsatz 1 in einem Becken 2 darge
stellt. Der Beckeneinsatz 1 hat eine Tragstruktur 6 aus hori
zontal und vertikal verlaufenden Profilleisten 5, die mit
Auskleideblechen 7 dichtend miteinander verbunden sind. Der
Beckeneinsatz 1 besteht aus einem Bodenteil 20, welches frei
gleitend auf einer Bodenpartie 3 des Beckens 2 angeordnet ist
und aus vier zueinander senkrecht stehenden Wandteilen 21,
die an einer jeweiligen Wandpartie 4 des Beckens 2 freitra
gend und wärmebeweglich befestigt sind. Die Profilleisten 5
der einzelnen Wandteile 21 werden vor Einsatz des Beckenein
satzes 1 in das Becken 2 zu einem jeweiligen Wandteil 21 ver
schweißt, entsprechend wird das Bodenteil 20 hergestellt. Die
aus den Profilleisten 5 hergestellte Tragstruktur 6 eines je
weiligen Wandteiles 21 werden an ihren Kanten mit dem Boden
teil 20 und untereinander verschweißt, so daß ein Rohgerüst
des Beckeneinsatzes 1 hergestellt wird. Anschließend werden
benachbarte Profilleisten 5 durch ein jeweiliges Auskleide
blech 7 dichtend miteinander verbunden.
Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt einer
Ecke des Beckeneinsatzes 1, an dem zwei Wandteile 21 mit dem
Bodenteil 20 zusammentreffen. In dieser Ecke treffen drei
Eckverbindungselemente 27 jeweils unter einem Winkel von 90°
aufeinander. Die Eckverbindungselemente 27 haben eine jewei
lige Profilachse 8 und ein Querschnittsprofil 10, welches
einem Dreiviertelkreis entspricht. Die Eckverbindungselemente
27 sind mit einem Kugelkompensationselement 15 aneinanderge
schweißt. Hierdurch werden dreidimensionale Temperaturdehnun
gen in einer Ecke des Beckeneinsatzes 1 ohne Gefährdung des
Beckeneinsatzes 1 durch Rißbildungen an Schweißnähten ermög
licht.
Die Erfindung zeichnet sich durch einen Beckeneinsatz zur
Auskleidung eines Beckens, insbesondere eines Brennelement
lagerbeckens einer Kernkraftanlage, aus, bei welchem eine
weitgehende Entkopplung der Tragfunktion, der Dichtfunktion
und der Dehnungskompensation gewährleistet ist. Der Becken
einsatz hat hierzu eine Tragstruktur aus gitterartig ange
ordneten Profilleisten, die mit Auskleideblechen dichtend
verbunden sind. Der Beckeneinsatz ist an dem Becken mit Befe
stigungsmittel zur freitragenden und beweglichen Befestigung
befestigt, wobei zwischen dem Becken und dem Beckeneinsatz
ein Freiraum zur Wärmedehnung und zur Führung von Kühlfluid
gebildet ist. Die Tragfunktion wird durch die freihängende
Tragstruktur übernommen, welche gegenüber einer Wandpartie
des Beckens vertikal verschieblich und horizontal dehnbar
ist. Die Dichtfunktion wird durch eine Profilierung der Aus
kleidebleche gewährleistet, wobei die Auskleidebleche unter
einem spitzen Winkel auf die Tragstruktur auftreffen, wodurch
durchgeschweißte V-Nähte, welche weitgehend keine Kerbwirkung
haben, durchgeführt werden können. Dies ist gegenüber bekann
ten Beckenauskleidungen, bei denen Auskleidebleche mit Kehl
nähten an eine Gitterstruktur angeschweißt sind, weniger riß-
und bruchanfällig. Zur Dehnungskompensation dient eine Profi
lierung der Auskleidebleche an einem Rand, mit dem sie mit
der Tragstruktur verbunden sind. Weiterhin trägt eine Kühlung
der Beckenauskleidung durch ein in dem Freiraum führbares
Kühlfluid zu einer Verringerung der Temperaturdehnungen bei,
wodurch die Gefahr von Rißbildungen und damit von Leckagen
weiter deutlich verringert ist. Des weiteren wird eine Auf
heizung des Beckens, insbesondere der aus Beton bestehenden
Boden- und Wandpartie, deutlich vermindert.