DE1118372B - Haltesystem zur Sicherung der Stabilitaet eines Stapels von Moderator- und Reflektorbloecken in einem Kernreaktor - Google Patents

Description

Temperaturschwankungen her, teilweise beruhen sie

auf dem Wigner-Effekt, der mit der Bestrahlung zu- «

sammenhängt, die der Werkstoff erfährt. Wegen der "*

Verformungen können die Blöcke nicht starr mit- 25 sehen Verformung des Werkstoffes überschritten wird, einander verbunden werden, und man läßt im allge- Mit Rücksicht auf die immerhin erheblichen, den meinen beim Zusammenbau ein gewisses Spiel zwi- hohen Gewichten des Stapels entsprechenden Kräfte sehen den Blöcken. Auf diese Weise erreicht man, müssen die Bänder einen erheblichen Querschnitt aufdaß die nach einer gewissen Betriebszeit sich er- weisen, was zu ziemlich verwickelten Konstruktionen gebende Gesamtquellung des Stapels nicht zu groß 30 führt. Die einzelnen Bänder wirken unabhängig vonist. In jedem Fall muß, wenn der Kernreaktor be- einander, jedes Band wirkt nur auf eine Blockschicht stimmungsgemäß arbeiten soll, trotz der zu erwarten- ein und folgt den Gesamtverformungen dieser Stufe, den Verformung, die bei den einzelnen Stapeln unter- Erreichen diese ein großes Ausmaß, so stößt das beschiedliche Werte haben kann, die relative Lage der treffende Band gegen die Innenwand des Schutzeinzelnen Stapel, insbesondere auch die im wesent- 35 kastens. Der Bruch eines einzigen Bandes schließlich liehen senkrechte Stellung der einzelnen Blöcke, er- kann die Stabilität des gesamten Stapels zerstören.

Eine weitere Lösung sieht vor, den Stapel in einem Druckgefäß mit kontinuierlichen Stahlwänden einzuschließen. Dabei wird ein möglichst kleines Spiel 40 zwischen den Umfangsblöcken des Stapels und der Innenwand des Gefäßes gelassen. Die beim Betrieb des Reaktors auftretenden Dehnungsunterschiede, z. B. zwischen dem Stahl und dem Graphit, erzeugen jedoch, auch wenn sie nur sehr klein sind, ein Spiel,

Höhe, in der Größenordnung von etwa 10 m, ihre 45 welches den Stapel frei beweglich macht. Ferner ist Gewichte in der Größenordnung von 10001 liegen. das Gefäß für die Aufnahme der von dem Wigner-Es ist bereits bekannt, zur Sicherung der Stabilität Effekt herrührenden Dehnungen nicht elastisch geeinen derartigen Stapel mit einer Reihe unter Span- nug, was übermäßige Beanspruchungen erzeugt, nung stehender, über die Höhe verteilter, elastischer Diese können zum Bruch des Graphites führen, sie Bänder zu umgeben. Diese Bänder müssen so nach- 50 können auch eine Zerstörung des Gefäßes bewirken, giebig sein, daß sie sich bei Verformungen des Sta- Schließlich ist auch eine Konstruktion bekannt-

pels dehnen, ohne daß dabei die Grenze der elasti- geworden, bei der an dem Druckgefäß abgestützte

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halten bleiben. Sie dürfen sich nicht nach der einen Oder anderen Seite neigen, vor allem müssen die Form und der Querschnitt der Kanäle, durch die das Kühlmittel strömt, gewahrt bleiben.

Die Schwierigkeit der hier bestehenden konstruktiven Aufgabe, nämlich die Sicherung der Stabilität solcher Stapel im Kernreaktor, ist deshalb erheblich, weil die Abmessungen der Stapel, insbesondere ihre

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Druckfedern auf den Stapel elastische Zentripetal- Vorrichtung zur Erzeugung der elastischen Druckkräfte ausüben. Nun muß das Druckgefäß an sich be- kräfte im Betrieb versagen sollte, weil die an der bereits dem im Kernreaktor herrschenden Druck des treffenden Stelle etwa auftretenden Beanspruchungen Kühlmittels gewachsen sein. Man muß also seine ohne weiteres von dem Käfig selbst aufgenommen Festigkeit erheblich steigern, wenn er auch noch mit 5 werden können.

Sicherheit die zusätzlichen örtlichen und unvorher- Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme

sehbaren Beanspruchungen aufnehmen soll, die von auf die Zeichnungen beispielshalber erläutert,

den Verformungen des Stapels herrühren. Fig. 1 zeigt in einer schematischen schaubildlichen

Es ist das Ziel der Erfindung, bei Vermeidung der Ansicht die Gesamtheit eines Haltesystems gemäß

den bekannten Konstruktionen anhaftenden Mängel io der Erfindung;

unter Verwendung von Vorrichtungen, mittels deren Fig. 2 zeigt einen Teil dieses Systems in einem

elastische Kräfte auf die Blockstapel im Sinne eines schematischen Schnitt durch eine Diametralebene;

Gegeneinanderdrückens derselben in Richtung auf Fig. 3 und 4 zeigen in Seitenansicht in Richtung

ihre Berührungsflächen ausgeübt werden, ein Halte- auf die Außenseite des Reaktors gesehen bzw. in

system zu schaffen, das die Stabilität sichert. 15 einem waagerechten Schnitt längs der Linie IV-IV

Das wird bei dem eingangs genannten Haltesystem der Fig. 3 einen Teil des gleichen Systems in größerem

zur Sicherung der Stabilität eines Stapels von Blöcken, Maßstab;

die den Moderator und den Reflektor im Druckgefäß Fig. 5 zeigt eine in diesem Teil des Systems ange-

eines Reaktors bilden, dadurch erreicht, daß erfin- brachte elastische Druckvorrichtung in einem lotrech-

dungsgemäß zwischen dem Stapel und dem ihn um- 20 ten Axialschnitt längs der Linie V-V der Fig. 4 in

gebenden Druckgefäß mit Spiel ein auf dem gleichen noch größerem Maßstab;

Boden wie der Blockstapel stehender, starrer Käfig Fig. 6 und 7 zeigen in einem lotrechten Tangenangeordnet ist und federnd wirkende Organe vorhan- tialschnitt gemäß der Linie VI-VI der Fig. 7 bzw. in den sind, die sich einerseits am Käfig, andererseits an einem lotrechten Radialschnitt längs der Linie VII-VII den zusammenzudrückenden Blöcken abstützen. Dabei 25 der Fig. 6 Vorrichtungen zur Befestigung des Halteist der Käfig vorzugsweise aus waagerechten starren systems an der Unterlage des Stapels.
Bandagen aufgebaut, die aus Metallreifen bestehen In den Figuren sind nur die für das Verständnis und in lotrechter Richtung miteinander durch Streben der Erfindung erforderlichen Teile dargestellt,
verbunden sind. Die unterste waagerechte Bandage Bei dem in der Zeichnung teilweise dargestellten des Käfigs ruht auf Gleitblöcken. Dadurch sind ge- 30 Reaktor besteht der Stapel aus Schichten von prisringe waagerechte Verformungen des Käfigs in matischen aufrecht stehenden Blöcken 1 (Fig. 2), radialer Richtung gegenüber seiner Unterlage mög- welche nicht in gegenseitiger Berührung stehen. Diese Hch. Die Gleitblöcke sind vorzugsweise mit Nadel- Schichten sind in lotrechter Richtung voneinander lagern versehen. durch zwei übereinanderliegende Schichten 2 und 3

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrich- 35 von zugeschnittenen Platten getrennt, welche so antung, die elastischen Kräfte von dem Käfig auf die geordnet sind, daß jede Platte in waagerechter Rich-Blöcke auszuüben gestattet, besteht aus Gehäusen, tung mit dem ihr benachbarten (unteren oder oberen) die an den Bandagen des Käfigs befestigt sind. In Block starr verbunden ist, und daß die Platten einer diesen Gehäusen sind Anschlagglieder so geführt, daß jeden Schicht nur in einer waagerechten Richtung sie waagerecht radial verschiebbar sind. Sie stützen 40 einander berühren können, in welcher ihre Wignersich über Anschlagplatten an den zu haltenden Verformungen vorzugsweise am kleinsten sind, wobei Blöcken und über Druckfedern an den Gehäusen ab. die den beiden Schichten entsprechenden waagerech-Der von den Druckfedern auf die Blöcke ausgeübte ten Richtungen aufeinander senkrecht stehen.
Druck ist einstellbar. Als Druckfedern haben sich Das Haltesystem enthält ein starres Metallgerüst, Tellerfederstapel als besonders geeignet erwiesen. 45 welches zur Abstützung der Druckvorrichtungen . Die Einstellbarkeit des ausgeübten Druckes kann dient, welche auf den zu haltenden Stapel elastische so verwirklicht werden, daß die Anschlagglieder aus zentripetale Kräfte an der Stelle eines jeden Paares zwei regelbar ineinander einschraubbaren Teilen be- von Plattenschichten ausüben,
stehen. Insbesondere kann jedes Anschlagglied einen Das Gerüst wird durch starre waagerechte kreissphärischen konvexen Abschnitt, welcher in einem 50 förmige Bandagen 4 gebildet, deren jede an der Stelle zylindrischen Teil des entsprechenden Gehäuses ver- der Verbindungsebene zwischen zwei Schichten 2 schiebbar ist, sowie eine sphärische Auflagefläche und 3 eines derartigen Paares angeordnet ist. Die aufweisen, welche mit einer entsprechenden an der Bandagen sind in lotrechter Richtung durch ein Git-Stützplatte befestigten Auflagefläche zusammenwirkt. terwerk aus lotrechten Tragbalken 5, welche im

Die Vorteile des Haltesystems gemäß der Erfin- 55 wesentlichen das Gewicht des Gerüstes und der an

dung bestehen darin, daß es ein von dem Stapel und diesem befestigten Druckvorrichtung tragen, und aus

dem Druckgefäß unabhängiges, selbständiges Kon- schrägen Balken oder »Diagonalbalken« 6 (Fig. 1

struktionselement für den Aufbau des Reaktors bildet, und 3), welche im wesentlichen die Torsions- oder

welches aus verhältnismäßig einfachen Teilen besteht Biegungsfestigkeit der Anordnung herstellen, ver-

und sich leicht zusammenbauen läßt. Durch die starre 60 strebt.

Ausbildung des Käfigs sind die wesentlichen Um- Diese verschiedenen Teile (Bandagen 4, Tragfangsflächen der den Reaktor bildenden Teile festge- balken 5 und Diagonalbalken 6) sind aus einem Melegt, und damit ergibt sich eine Gesamtstabilität des tall hergestellt, z. B. aus Nickelstahl, dessen AusStapels, dehnungskoeffizient in der Nähe des Koffizienten des

Durch das neue Haltesystem erfährt das Druck- 65 Graphits liegt, wenigstens im Bereich der Betriebsgefäß keinerlei zusätzliche Beanspruchungen. Bei ge- temperaturen des Reaktors (0 bis 300° C), wodurch nügend kräftiger Dimensionierung des starren Käfigs die von den Unterschieden zwischen den Wärmeentsteht auch dann kein Schaden, wenn eine einzelne dehnungen des Gerüstes und des Stapels herrühren-

den Schwierigkeiten soweit wie möglich verringert werden.

Die Bandagen oder Reifen 4 haben von dem oberen nach dem unteren Teil des Haltesystems zu wechselnde Querschnitte, da die von den Bandagen aufgenommenen Belastungen mit ihrer Höhe abnehmen. Diese Querschnitte müssen natürlich so groß sein, daß die Bandagen die Gesamtheit der Kräfte aufnehmen, welche auf sie über die weiter unten beschriebenen Druckvorrichtungen ausgeübt ip werden, und zwar unabhängig davon, ob diese Kräfte nur von den normalen Verformungen des Stapels während des Betriebes des Reaktors herrühren oder auf anderen Ursachen beruhen, z. B. einer leichten Schräglage wenigstens eines Teiles des Stapels gegenüber der Lotrechten.

Die unterste Bandage A₁ (Fig. 6 und 7) des Gerüstes ruht auf der bisweilen »Sockel« oder »Auflager« genannten Unterlage? des Stapels mit Hilfe von Vorrichtungen, welche die radialen Verformungen der Bandage zulassen und im wesentlichen zwei' zylindrische Gleitblöcke 8 und 9 aufweisen, von denen der obere, 8, an der Bandage A₁ befestigt ist, während der untere Block 9 mit dem Sockel 7 so verbunden ist, daß eine geringe Regelung der Schrägstellung durch die Verstellung von mit Gewinde versehenen Anschlägen 10 möglich ist, wobei der obere Gleitblock 8 so angebracht ist, daß er gegenüber dem unteren Gleitblock 9 in einer waagerechten radialen Richtung gleiten kann. Das Zusammenwirken von lotrechten Gleitflächen der Gleitblöcke 8 bzw. 9 verhindert andere als radiale Verschiebungen der Bandage A₁. Zwischen den beiden waagerechten Tragflächen der beiden Gleitblöcke sind zweckmäßigerweise Nadellager 11 zur Erleichterung der radialen Gleitbewegungen angeordnet.

Das gesamte Gerüst ist lotrecht zwischen dem Moderator-Reflektor-Stapel und dem diesen umgebenden Druckgefäß 12 (Fig. 2 und 4) angeordnet.

Die Bestandteile des Gerüstes sind so bemessen, daß die größte Verformungsamplitude des Gerüstes nicht einige Millimeter übersteigen kann, damit das Gerüst nicht gegen die Innenwand des Druckgefäßes stoßen kann.

Die eigentlichen Druckvorrichtungen werden durch Federblöcke gebildet, welche paarweise an den Bandagen 4 lotrecht beiderseits derselben befestigt sind, wobei jeder Federblock einen zentripetalen Druck auf ein Plattenpaar über eine Verteilungsplatte 13 und die am Umfang liegenden Reflektorblöcke 14 ausüben kann.

Jeder Federblock enthält ein Gehäuse 15 (Fig. 3,4,5), welches an einer Bandage 4 mit Hilfe von zwei Gewindebolzen 16 und Muttern 17 befestigt ist. Das Gehäuse 15 enthält ein zylindrisches Aufnahmeglied 18 mit etwa waagerechter Achse, in welchem ein sphärisch gewölbter Abschnitt 19_t eines Anschlaggliedes 19 mit Gleitsitz geführt ist. Eine durch einen Tellerfederstapel gebildete Druckfeder 20 ist zwischen dem Boden des Gehäuses 15 und einer Schulter 19₂ des Anschlaggliedes 19 angeordnet. An seinem der Wölbung 19j entgegengesetzten Ende weist das Anschlagglied 19 eine sphärische Auflagefläche 19₃ auf, welche mit einer an der Verteilungs- oder Stützplatte 13 befestigten entsprechenden sphärischen Auflagefläche IS₁ zusammenwirkt. Der Anschlagteil 19 besteht aus zwei Teilen, welche zur Regelung seiner Länge und somit der Kraft, mit welcher die Feder 20 wirkt, ineinander einschraubbar sind. Hierfür ist die Auflagefläche 19₃ an einem Bolzen 19₄ befestigt, welcher mit Außengewinde versehen ist und nach Belieben, z. B. mittels eines Sechskantkopfes 19₅, in eine entsprechende, mit der Wölbung 19_Χ und der Schulter 19₂ fest verbundene Gewindebohrung 19₆ eingeschraubt werden kann, wobei die Drehung der Bohrung durch das Zusammenwirken einer an dieser befestigten Schraube mit zylindrischem Kopf 21 mit einem in dem Gehäuse 15 vorgesehenen Schlitz 22 verhindert wird.

Dank der Auflageflächen und der sphärischen Wölbung kann die Druckachse des Gliedes 19 geringe Schrägstellungen, gegenüber der Waagerechten einnehmen, was die weiche Aufnahme der Dehnungsunterschiede erleichtert, welche zwischen dem Haltesystem und dem Stapel entstehen können.

Die Verwendung von Tellerfedern gestattet eine beträchtliche Verringerung des radialen Platzbedarfs der elastischen Druckvorrichtungen, so daß diese in dem geringen zwischen dem Stapel und dem Druckgefäß verfügbaren Raum angeordnet werden können, wodurch der Durchmesser des Druckgefäßes und somit der Gestehungspreis der Anlage entsprechend verringert wird.

Zur Verhinderung des Knickens der oberen Plattenschicht unter der Einwirkung der zentripetalen Kräfte sind Gußeisenplatten 23 (Fig. 2) auf dem Stapel angeordnet, von denen jede mehrere Graphitsäulen belasten kann.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Haltesystem zur Sicherung der Stabilität eines Stapels von Blöcken, die den Moderator und den Reflektor im Druckgefäß eines Kernreaktors bilden, mit Vorrichtungen zur Ausübung elastischer Kräfte auf wenigstens einen Teil der Blockstapel, derart, daß die Blöcke in Richtungen gegeneinandergedrückt werden, in denen sie konstruktionsgemäß einander berühren sollen, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stapel (1) und dem ihn umgebenden Druckgefäß (12) mit Spiel ein auf dem gleichen Boden wie der Blockstapel (1) stehender, starrer Käfig (A, S, 6) angeordnet ist und federnd wirkende Organe (20) vorhanden sind, die sich einerseits am Käfig (4,5,6), andererseits an den zusammenzudrückenden Blöcken (1) abstützen.

2. Haltesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig im wesentlichen aus waagerechten starren Bandagen (4) besteht, welche in lotrechter Richtung miteinander durch Streben (5) verbunden sind.

3. Haltesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die waagerechten Bandagen (4) aus Metallstreifen bestehen.

4. Haltesystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste waagerechte Bandage des Käfigs auf insbesondere mit Nadellagern (11) versehenen Gleitblöcken (8, 9) ruht, welche geringe waagerechte radiale Verformungen des Käfigs gegenüber seiner Unterlage zulassen.

5. Haltesystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Vorrichtungen aus an den Bandagen (4) befestigten Gehäusen (15), aus

in diesen Gehäusen geführten Anschlaggliedem (19j, welche in waagerechten radialen Richtungen verschiebbar sind und sich an Platten (13) abstützen, welche sich ihrerseits an den zu haltenden Blöcken abstützen, aus zwischen dem Gehäuse und den Anschlaggliedem angeordneten Druckfedern (20) und aus Vorrichtungen zur Einstellung des Wertes des von diesen Federn auf die Blöcke ausgeübten Drucks bestehen.

6. Haltesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (20) aus einem Tellerfederstapel bestehen.

7. Haltesystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtungen dadurch gebildet werden, daß die Anschlagglieder (19) aus zwei regelbar ineinander einschraubbaren Teilen bestehen.

8. Haltesystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Anschlagglied einen sphärischen konvexen Abschnitt (Ii)₁), welcher in einem zylindrischen Teil (18) des entsprechenden Gehäuses (15) verschiebbar ist sowie eine sphärische Auflagefläche (19) aufweist, welche mit einer entsprechenden an der Stützplatte (13) befestigten Auflagefläche zusammenwirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 782 922, 784 292;
Publication 1668 von Babcock und Wilcox Limited: »Calder Hall Atomic Power Station«, Reprinted from Nuclear Engineering, VoI 1, Nr. 7, Oktober 1956, Faltblatt zwischen S. 12 und 13;
Atomics, 8, Nr. 2, S. 54, Februar 1957.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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