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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Kernreaktoren und insbesondere
auf Verstärkungsringplatten
für Öffnungen
in einem verstärkten
Betoneinschlussbhehälter,
der einen Kernreaktor umschließt.
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Der
Containment- bzw. Einschlussbehälter ist
eine notwendige Komponente in einer Kernkraftanlage. Er verhindert
die Freisetzung von radioaktivem Material in die Umgebung im Falle
eines Komponentenfehlers innerhalb des Einschlussbehälters. Üblicherweise
sind Einschlussbehälter
mit bewehrtem Beton konstruiert und haben die Form von einem zylindrischen
Mantel, der auf einem Fundament aus bewehrtem Beton gestützt und
an der Oberseite durch eine Platte aus bewehrtem Beton verschlossen ist.
Es sind Durchdringungen durch den Mantel des Einschlussbehälters aus
bewehrtem Beton (RCCV von Reinforced Concrete Containment Vessel)
eingebaut, um den Durchtritt von Dampfleitungen, Speisewasserleitungen,
Notkühlleitungen,
Instrumentierungs- und Steuerleitungen und/oder elektrische Netzleitungen
zu gestatten. Zusätzlich
sind Öffnungen
in dem zylindrischen Mantel häufig
erforderlich für
Geräteluken
und Personal-Zugang.
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Es
gibt viele verschiedene Arten von Belastungen auf einen RCCV Mantel
zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt, wie beispielsweise strukturelle Belastungen,
seismische Belastungen, hydrodynamische Belastungen, Innendruckbelastungen
aufgrund von Kühlmittelverlust-Unfällen und
Reaktionsbelastungen aufgrund der Halterung von Leitungen. Infolgedessen
sind RCCV Mäntel üblicherweise
mit großen
verstärkenden
Stahlstäben
oder Stützstäben ausgerüstet, um
die oben beschriebenen Belastungen zu handhaben. Wenn diese Verstärkungsstäbe eine
große Öffnung in
dem RCCV entweder für
eine Durchdringung oder eine Zugangsluke erfordern, müssen diese
Verstärkungsstäbe beendet
bzw. abgeschlossen werden. Dies hat eine Unterbrechung in den Verstärkungsstäben zur
Folge, was die Übertragung
von Belastungen beeinträchtigen
und die Fähigkeit,
Gleichgewichtsbedingungen beizubehalten, verringern kann.
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Als
eine Folge sind häufig
zusätzliche
verstärkende
Stäbe oder
verstärkende
Stahlrahmen um die Öffnung
herum eingebaut worden, um die Lastübertragung zu er leichtern.
Dies hat jedoch Konstruktionsprobleme zur Folge, die die Struktur
komplizierter machen und die Konstruktion des RCCV Mantels verkomplizieren.
Eine alternative Lösung
besteht darin, lokal die Mantelwanddicke um die Öffnung herum zu vergrößern. Eine
vergrößerte Wanddicke
nimmt jedoch Raum ein und stört
häufig
die Anordnung von kritischen Reaktorkomponenten und -strukturen
in benachbarten Bereichen. Infolgedessen ist es wünschenswert,
einen Lastübertragungsmechanismus für verstärkende Stäbe um eine Öffnung herum
in einem RCCV Mantel bereitzustellen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält
ein bewehrten Beton aufweisender Einschlussbehälter (RCCV) für einen
Kernreaktor in einer Kernkraftanlage einen zylindrischen Mantel,
der eine Seitenwand mit wenigstens einer hindurchführenden Öffnung aufweist.
Der RCCV enthält
auch mehrere Verstärkungsstäbe, von
denen wenigstens einer an der Mantelwandöffnung unterbrochen ist. In der
Mantelwand ist eine Verstärkungsplatte
mit einer Öffnung
derart angeordnet, dass die Öffnung
der Verstärkungsplatte
mit der Öffnung
der Mantelwand ausgerichtet ist und die unterbrochenen Verstärkungsstäbe mit der
Verstärkungsplatte
verbunden sind.
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In
der Öffnung
der Verstärkungsplatte
ist eine Durchdringungshülse
angeordnet. Die Durchdringungshülse
hat einen Außendurchmesser,
der kleiner als die entsprechende Öffnung der Verstärkungsplatte
ist, und sie ist an der Verstärkungsplatte befestigt.
Verstärkungsstäbe umfassen
vertikale Verstärkungsstäbe und horizontale
Ringverstärkungsstäbe. Endstücke des
Verstärkungsstabes
verbinden die Verstärkungsstäbe mit der
Verstärkungsplatte. Die
Verstärkungsstäbe und die
Verstärkungsplatte sind
aus tragendem Stahl gefertigt.
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Es
werden nun Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
geschnittene Vorderansicht, wobei Teile weggeschnitten sind, von
einem Siedewasser-Kernreaktor-Druckbehälter ist, der in einem RCCV
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung eingeschlossen ist;
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2 eine
geschnittene Draufsicht von einem Segment des in 1 gezeigten
zylindrischen RCCV Mantels ist, der viele Verstärkungsplatten aufweist;
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3 eine
Vorderansicht von einer in 2 gezeigten
Verstärkungsplatte
ist;
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4 eine
Vorderansicht von zwei Verstärkungsplatten
ist, die gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung miteinander verschweißt sind;
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5 eine
Vorderansicht von einer Verstärkungsplatte
mit Verstärkungsstabverlängerungen
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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6 eine
Draufsicht von einem Abschnitt der Verstärkungsplatte und der Verstärkungsstabverlängerungen
ist, die in 5 gezeigt sind;
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7 eine
Draufsicht auf einen Abschnitt von einer Verstärkungsplatte mit Verstärkungsstabverlängerungen
gemäß einem
noch anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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8 eine
Seitenansicht von der in 2 gezeigten Verstärkungsplatte
ist, die aus zwei Plattenabschnitten geformt ist.
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1 ist
eine geschnittene Vorderansicht, wobei Teile weggeschnitten sind,
von einem Siedewasser-Kernreaktor 10. Jedoch ist die Erfindung
in gleicher Weise auf andere Typen von Kernreaktoren anwendbar,
und die Beschreibung des Reaktors 10 ist deshalb nur zu
Darstellungszwecken gegeben und nicht zur Einschränkung. Der
Reaktor 10 enthält einen
Reaktordruckbehälter
(RPV von reactor pressure vessel) 12, der eine im Allgemeinen
zylindrische Form hat und an dem einen Ende durch ein unteres Kopfstück 14 und
an seinem anderen Ende durch eine lösbares oberes Kopfstück 16 verschlossen
ist. Der Reaktor 10 ist in einem bewehrten Beton aufweisenden
Einschlussbehälter
(RCCV) 18 angeordnet, der eine Seitenwand 20 aufweist.
Die Seitenwand 20 des RCCV enthält Öffnungen (in 1 nicht
gezeigt), die angeordnet sind, um Dampfleitungen, Speisewasserleitungen,
Notkühlleitungen,
Instrumentierungs- und Steuerleitungen, elektrische Netzleitungen,
Geräteluken
und/oder Personenzugangsluken (nicht gezeigt) aufzunehmen.
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Der
RPV 12 enthält
einen zylindrisch geformten Kernmantel 22, der einen Reaktorkern 24 umgibt. Der
Mantel 22 ist an dem einen Ende durch eine Mantelhalterung 26 gehaltert
und weist an dem anderen Ende ein lösbares Mantelkopfstück 28 auf.
Zwischen dem Mantel 22 und der Seitenwand 32 des RPV
ist ein Ringraum 30 gebildet. Ein Pumpendeck 34,
das eine Ringform hat, erstreckt sich zwischen der Mantelhalterung 26 und
der RPV Seitenwand 32. Das Pumpendeck 34 weist
mehrere kreisförmige Öffnungen 36 auf,
wobei jede Öffnung
eine Strahlpumpeneinrichtung 38 unter bringt. Die Strahlpumpeneinrichtungen 38 sind
in Umfangsrichtung um den Kernmantel 22 herum verteilt.
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Wärme wird
in dem Kern 24 erzeugt, der Brennstoffbündel 40 aus spaltbarem
Material enthält. Durch
den Kern 24 nach oben umgewälztes Wasser wird wenigstens
teilweise in Dampf umgewandelt. Dampfseparatoren 42 trennen
Dampf von Wasser, das rezirkuliert wird. Restliches Wasser wird
aus dem Dampf durch Dampftrockner 24 entfernt. Der Dampf verlässt den
RPV 10 durch einen Dampfauslass 46 nahe dem oberen
Kopfstück 16 des
Behälters.
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Die
in dem Kern 24 erzeugte Wärmemenge wird dadurch geregelt,
dass Steuerstäbe 48 aus
Neutronen absorbierendem Material eingeführt und herausgezogen werden.
In dem Maß,
wie die Steuerstäbe 48 in
die Brennstoffbündel 40 eingeführt werden, absorbieren
sie Neutronen, die anderenfalls zur Verfügung stehen würden, um
die Kettenreaktion zu fördern,
die Wärme
in dem Kern 24 erzeugt. Steuerstab-Führungsröhren 50 halten die
vertikale Bewegung der Steuerstäbe 48 während des
Einführens und
dem Herausfahren bei. Steuerstabantriebe 52 bewirken das
Einführen
und Herausfahren der Steuerstäbe 48.
Die Steuerstabantriebe 52 führen durch das untere Kopfstück 14 hindurch.
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Die
Brennstoffbündel 40 sind
durch eine Kernplatte 54 ausgerichtet, die an der Basis
von dem Kern 24 angeordnet ist. Eine obere Führung 56 richtet
die Brennstoffbündel 40 aus,
wenn sie in den Kern 24 abgesenkt werden. Die Kernplatte 54 und
die Führungsplatte 56 sind
durch den Kernmantel 22 gehaltert.
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2 ist
eine geschnittene Draufsicht von der RCCV Seitenwand 20,
die Öffnungen 58 aufweist,
die sich von einer Außenfläche 60 zu
einer Innenfläche 62 der
Wand 20 erstrecken. Die Öffnungen 58 sind zur
Aufnahme von Dampfleitungen, Speisewasserleitungen, Notkühlleitungen,
Instrumentierungs- und Steuerleitungen, elektrischen Netzleitungen,
Geräteluken
und/oder Personenzugangsluken (nicht gezeigt) angeordnet. An den
Seitenwandöffnungen 58 enden
Verstärkungsstäbe 64.
Die Verstärkungsstäbe 64 umfassen
vertikale Verstärkungsstäbe 66 (in 4 gezeigt)
und horizontale Ringverstärkungsstäbe 68.
Die Verstärkungsstäbe 66 sind
mit Verstärkungsplatten 70 verbunden.
Die Verstärkungsstäbe 66 und
die Verstärkungs platten 70 können aus
irgendeinem geeigneten Material, beispielsweise Strukturstahl, hergestellt
sein.
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3 ist
eine Vorderansicht von einer Verstärkungsplatte 70. Die
Verstärkungsplatte 70 hat eine
im Wesentlichen rechtwinklige Form und weist eine Öffnung 72 auf,
die mit einer Seitenwandöffnung 58 (gezeigt
in 2) im Wesentlichen ausgerichtet ist. Die Öffnung 72 der
Verstärkungsplatte
ist im Wesentlichen kreisförmig.
In anderen Ausführungsbeispielen
können
die Verstärkungsplatte 70 und/oder die Öffnung 72 unterschiedliche
Formen haben, wie beispielsweise eine polygonale Form oder eine
elliptische Form.
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Mehrere
Schichten von Verstärkungsstäben 64 verbinden
die Verstärkungsplatte 70 mit
Verstärkungsstab-Endstücken 76.
Die Verstärkungsplatte 70 weist
einen äußeren Flansch 78 an
einem Umfangsrand 80 auf, der einen Zwischenabschnitt 82 der
Verstärkungsplatte
umgibt. An dem äußeren Flansch 78 sind
Verstärkungsstab-Endstücke befestigt.
Ein innerer Flansch 84 der Verstärkungsplatte befindet sich neben
der Öffnung 72 der
Verstärkungsplatte
und ist in der Größe bemessen,
um eine Durchdringungshülse 86 aufzunehmen,
die an dem Innenflansch 84 der Verstärkungsplatte befestigt ist.
Die Durchdringungshülse 86 enthält eine
Bohrung 88, um Dampfleitungen, Speisewasserleitungen, Instrumentierungs-
und Steuerleitungen oder elektrische Netzleitungen (nicht gezeigt)
aufzunehmen. In einem Ausführungsbeispiel
hat der äußere Flansch 78 eine
größere Dicke als
eine Dicke von dem inneren Flansch 84, der eine größere Dicke
hat als eine Dicke des Zwischenabschnittes 82. In einem
anderen Ausführungsbeispiel enthält die Öffnung 72 der
Verstärkungsplatte
einen größeren Durchmesser
als ein Außendurchmesser von
einer entsprechenden Durchdringungshülse 86. Mit anderen
Worten, die Öffnung 72 der
Verstärkungsplatte
hat einen größeren Durchmesser
als ein Innendurchmesser von der Durchdringungshülse 86 plus der doppelten
Dicke von einer Wand 90 der Durchdringungshülse.
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Die
Verstärkungsplatte 70 wird
in der Weise in die Seitenwand 20 (in 1 gezeigt)
des RCCV Mantels eingebaut, dass die Verstärkungsplatte 70 in der
Seitenwand 20 an einer der Öffnung 58 entsprechenden
Stelle angeordnet wird. Vertikale und horizontale Ringverstärkungsstäbe 66 und 68 werden
mit Verstärkungsstab-Endstücken 76 verbunden,
die an der Verstärkungsplatte 70 befestigt
sind. Eine Durchdringungshülse 86 wird
in der Öffnung 72 der
Verstärkungsplatte
angeordnet und an dem inneren Flansch 84 der Verstärkungsplatte
beispielsweise durch Schweißen
befestigt. Nachfolgend wird Beton verwendet, um die Seitenwand 20 des
RCCV Mantels zu formen.
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4 ist
eine Vorderansicht von zwei Verstärkungsplatten 70,
die an einem Außenrand-Kontaktbereich 92 miteinander
verbunden sind, um eine doppelte Verstärkungsplatte 94 zu
formen. Die Verstärkungsplatten 70 sind
an dem Kontaktbereich 92 miteinander verschweißt, und
die Verstärkungsplatten 70 weisen
an dem Kontaktbereich 92 keinen Flansch 74 auf.
In diesem Ausführungsbeispiel
hat die Seitenwand 20 des RCCV Mantels zwei benachbarte Öffnungen
(nicht gezeigt), die zur Aufnahme von zwei Durchdringungen (nicht
gezeigt) angeordnet sind. Vertikale Verstärkungsstäbe 66 und horizontale
Ringverstärkungsstäbe 68 sind
um die entsprechenden Öffnungen
herum abgeschlossen. Dementsprechend sind die vertikalen Verstärkungsstäbe 66 und
die horizontalen Ringverstärkungsstäbe 68 an äußeren Flanschen 74 der
Verstärkungsplatten 70 mit
Verstärkungsstab-Endstücken 76 befestigt.
Diese besondere Konfiguration ist vorgesehen, um die Kombination
von Verstärkungsplatten darzustellen,
um mehrere benachbarte Seitenwandöffnungen des RCCV Mantels aufzunehmen.
Die vorliegende Erfindung kann mit verschiedenen Konfigurationen
von benachbarten Seitenwandöffnungen bezüglich der
Anzahl und relativen Lage, ähnlich oder
unähnlich
zu der besonderen Konfiguration, die in 4 dargestellt
ist, ausgeführt
werden. Deshalb ist die Konfiguration der Verstärkungsplatten 70 in 4 nur
zu Darstellungszwecken angegeben und es ist nicht beabsichtigt,
die Erfindung auf irgendeine bestimmte Konfiguration zu beschränken. Zusätzlich können viele
Verstärkungsplatten
nebeneinander angeordnet sein, um Situationen aufzunehmen, in denen
die eine Seitenwandöffnung
so konfiguriert ist, dass sie mehrere Durchdringungsbuchsen 86 enthält.
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5 ist
eine Vorderansicht von einer Verstärkungsplatte 96, die
einen diskontinuierlichen äußeren Flansch 98 der
Verstärkungsplatte
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält.
Der Flansch 98 umgibt teilweise einen Zwischenabschnitt 100 der
Verstärkungsplatte.
Genauer gesagt, der äußere Flansch 98 umgibt
die Verstärkungsplatte 96 entlang
einer ersten Seite 102 und einer gegen über liegenden zweiten Seite 104.
Die Verstärkungsplatte 96 weist
Verstärkungsstab-Verlängerungen 106 auf.
Die vertikalen Verstärkungsstäbe 66 sind
mit Verstärkungsstababschlüssen 76 verbunden,
die an den Verlängerungen 106 befestigt
sind. Die Verlängerungen 106 sind
an dem Verstärkungsplatten-Zwischenabschnitt 100 angeschweißt.
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6 ist
eine Draufsicht auf die Verstärkungsplatte 96 an
der ersten Seite 102. Die Verstärkungsstab-Verlängerungen 106 sind
an dem Zwischenabschnitt 100 der Verstärkungsplatte befestigt. Genauer
gesagt, der vertikale Verstärkungsstab 66 ist
mit dem Abschluss 76 verbunden, der an einer Verlängerungsplatte 108 befestigt
ist. Die Verlängerungsplatte 108 ist
mit Verlängerungsflanschen 110 verbunden,
die an dem Zwischenabschnitt 100 der Platte befestigt sind.
Die Verlängerungen 106 minimieren
eine Exzentrizität
in den Verbindungen zwischen den horizontalen Ringverstärkungsstäben 68, den
vertikalen Verstärkungsstäben 66 und
der Verstärkungsplatte 96.
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7 ist
eine Draufsicht auf die Verstärkungsplatte 112 gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Mehrere Verstärkungsstab-Verlängerungen 114 (eine
ist gezeigt) sind mit der Verstärkungsplatte 112 verbunden.
Die Verstärkungsstab-Verlängerungen 114 weisen
Bügel 116 auf,
die die Abschlüsse
bzw. Endstücke 76 aufnehmen.
Die Bügel 116 sind
mit einem Zwischenabschnitt 118 der Verstärkungsplatte
verbunden. Die Verstärkungsstab-Verlängerungen 114 sind
vorgesehen, um eine Verstärkungsplatte 112 aufzunehmen, die
nicht mit vertikalen Verstärkungsstäben 66 ausgerichtet
ist, während
sie mit horizontalen Verstärkungsstäben 68 ausgerichtet
sind.
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Die
Verstärkungsplatten 96 und 112 können verschiedene
Verstärkungsstab-Verlängerungen
enthalten, die Verstärkungsstab-Verlängerungen 106 und 114 ähnlich oder
unähnlich
sind. Deshalb sind zwar spezielle Konfigurationen der Verstärkungsstab-Verlängerungen
erläutert,
aber die Verstärkungsstab-Verlängerungen 106 und 114 sind
nur zu Darstellungszwecken angegeben, und es ist nicht beabsichtigt,
die Erfindung auf irgendeine bestimmte Form der Verstärkungsstab-Verlängerung
zu beschränken.
Zusätzlich
können
verschiedene Konfigurationen der Verstärkungsstab-Verlängerungen
in Kombination mit verschiedenen Konfigurationen der Ver stärkungsstababschlüsse innerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung verwendet werden.
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8 zeigt
eine Vorderansicht der Verstärkungsplatte 70,
die aus mehreren Verstärkungsplattenabschnitten 120 und 122 geformt
ist. Die Verstärkungsplattenabschnitte 120 und 122 sind
an Ort und Stelle miteinander verschweißt, um eine zeitgerechte Installation
zu erleichtern. Genauer gesagt, die Verstärkungsplatte 70 ist
aus zwei Halbplattenabschnitten 120 und 122 mit
Säumen 124 gebildet,
die entlang einer horizontalen Mittellinie angeordnet sind.
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Die
oben beschriebenen Verstärkungsplatten 70, 96 und 112 sorgen
für ein
sicheres Mittel zur Lastübertragung über eine Öffnung 58 in
einer RCCV Seitenwand 20, wo die Verstärkungsstäbe 64 abgeschlossen
bzw. beendet sind. Die Verstärkungsplatten 70, 96 und 112 eliminieren
Verstopfungsprobleme aufgrund einer übermäßigen Nutzung von Verstärkungsstäben 64 neben
einer Öffnung 58 und auch
die Notwendigkeit für
eine lokale Vergrößerung der
Dicke der RCCV Seitenwand 20 neben einer Öffnung 58.
Zusätzlich
verkürzt
und verbessert die Fertigung des RCCV 18 unter Verwendung
von Verstärkungsplatten 70, 96 und 112 Konstruktionsschemata. Ferner
sind die Verstärkungsplatten 70, 96 und 112 besonders
nützlich,
wenn der Durchmesser einer Öffnung 58 größer ist
als die Dicke der RCCV Seitenwand 20.