DE1589761A1 - Standrohr fuer Kernreaktoren - Google Patents
Standrohr fuer KernreaktorenInfo
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Description
DIPL.-ING. GONTHER KOCH
DR. TINO HAIBACH
8 MÜNCHEN 2, f 8. DθZ. 1967
THE ENGLISH ELECTRIO COMPANY LIMITED, London f.C.2, England
Standrohr für Kernreaktoren
Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen, mittels deren ein Kernreaktor zugänglich gemacht werden kann, und sie
betrifft insbesondere Anordnungen, die mindestens ein Standrohr umfassen, das so eingerichtet ist, daß es in die aus Beton bestehende
biologische Abschirmung eines Kernreaktors eingebaut werden kann, um durch eine Wand der Abschirmung hindurch den
den Brennstoff enthaltenden Core des Reaktors innerhalb der Abschirmung zugänglich zu machen, wobei jedem solchen Standrohr
ein herausnehmbarer Stopfen zugeordnet ist. Berner umfaßt die Erfindung Standtohre und Stopfen, die Bestandteile
solcher Anordnungen bilden.
Der Ausdruck "biologische Abschirmung" bezeichnet z.B. eine Kombination, die eine biologische Abschirmung und ein
Druckgefäß aus Spannbeton umfaßt. Standrohre, die sich durch eine v/and oder eine Abdeckung einer solchen Abschirmung erstrecken,
müssen sowohl einem in dem Druckgefäß herrschenden Innendruck als auch einem durch den Spannbeton hervorgerufenen
äußeren Druck standhalten. Das letztere ist insbesondere dann
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der Pall, wenn der Innendruck verringert oder beseitigt wird,
so daß der Außendruck bestrebt ist, das Standrohr zusammenzudrücken.
Ferner ist es erforderlich, zu verhindern, daß die Standrohre als Wärmeleiter zur V/irkung kommen, so daß sich die Temperatur
des Betons über einen noch gefahrlosen ««ert hinaus erhöhen
könnte. Daher müssen die Standrohre auf geeignete Yieise isoliert und/oder gekühlt werden, und zwar mindestens während des
J Betriebs des Reaktors.
Bine weitere zu erfüllende Forderung besteht darin, daß
die radiale Dicke der ./and des Standrohrs möglichst gering sein
soll, damit man möglichst kleine Abstände zwischen benachbarten Standrohren vorsehen kann· Dies ist deshalb von besonderer Bedeutung,
da die Reaktorcores bei einer gegebenen Leistungsabgabe ständig kleiner werden; da bei einem Reaktor gewähnlich
eine große Zahl von ütandrohren vorhanden ist, kann schon eine Verringerung des Abstandes zwischen benachbarten Standrohren
P um nur etwa 10 bis 15 mm einer erheblichen Haumersparnis führen.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Standrohr für einen Kernreaktor, da§ dazu bestimmt ist, in die aus Beton bestehende
biologische Abschirmung des Reaktors eingebaut zu werden, um durch eine Öffnung in der »7and der Abschirmung den innerhalb
der Abschirmung angeordneten, den Brennstoff enthaltenden Core zugänglich zu machen, ein äußeres Rohr, das gleichachsig mit
einem inneren Rohr und in einem Abstand von letzterem angeordnet ist, so daß die beiden Rohre einen Ringraum abgrenzen,
wobei die Rohre durch mehrere Stangen oder Stäbe in einem
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Abstand voneinander gehalten werden, wobei diese Stäbe in inniger Berührung mit den beiden Rohren stehen, so daß die
Stangen oder Stäbe und die Rohre zusammen eine belastbare Konstruktion bilden und wobei der ringförmige Raun an beiden
Enden geschlossen ist.
Gemäß einen bevorzugten Merkmal der Erfindung werden die Stäbe so angeordnet, daß sie einen Strömungsweg für ein Strömung seit t el abgrenzen·
Vorzugsweise wird jeder Stab zwischen den beiden Rohren duroh eine Druckbeanepruchung in inniger Berührung mit den
Rohren gehalten.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Srfindung ist eine dünnwandige Metallhülse, deren Wandstärke erheblich kleiner ist als diejenige des inneren Rohrs gleichachsig mit dem
inneren Rohr und mindestens über einen Teil der Länge des inneren Rohrs in einem Abstand davon angeordnet, um den Wärmedurchgang quer zur Achse des Standrohrs zu verringern.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung . ist das untere finde- des Standrohrs an einer sich in einer
axialen Richtung erstreckenden Standrohrverlängerung befestigt, die sich in Richtung auf den Reaktorcore erstreckt, und zwar
mit Hilfe einer Verbindungsbuchse, die gleichacnsig mit der Standrohrverlängerung und dem Standrohr angeordnet ist und gegen
axiale Bewegungen gegenüber diesen Teilen gesichert ist, so daß sie als durch Zugkräfte beanspruchbares Lastaufnahmeglied zur
Wirkung kommt.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird ein Standrohrstopfen vorgesehen, der in das Ende eines
erfindungsgemäßen Standrohrs eingebaut werden kann und mit einem eine Wärmekonvektion in der Umfangsrichtung verhindernden
Ring versenen ist, der ein sich in der Umfangsrichtung erstreckendes
Kanalteil umfaßt, sowie ein weiteres Kanalteil, welches das erwähnte, sich in der Umfangsrichtung erstreckende
Kanalteil locker umgibt, wobei das an zweiter Stelle genannte Kanalteil so angeordnet ist, daß seine Rückseite nach außen
gerichtet ist, damit sich dieses zweite Kanalteil an der Innenwand des otandrohrs abstützt.
ύeitere einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Besenreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt in einem verkürzten senkrechten Schnitt eine
bevorzugte Ausführungsform eines erfinduhgsgemäßen Standrohrs.
Fig. 2 ist ein in eine Ebene abgewickelter Schnitt längs ' der Linie II-II in Fig. 1 und läßt die Anordnung der Abstandsstäbe
des Standrohrs nach J'ig. 1 deutlicher erkennen, wobei
xig. 1 als Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 gezeichnet
ist.
Fig. 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt, der einen die
.,ärmekonvektion verhindernden Hing in Verbindung mit einem
otandronrstopfen in einem erfindungsgemäßen Standrohr zeigt.
Fig. 4 zeigt in einem verkürzten Teilschnitt eine Abwandlung der Anordnung nach ?ig. 1.
BAD
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Gemäß Mg. 1 umfaßt ein Standrohr, das sich durch die
aus Spannbeton bestehende Abdeckung oder Decke 10 einer Kombination erstreckt, die das Druckgefäß und die biologische Abschirmung
eines Kernreaktors umfaßt, setzt sich im wesentlichen aus einem äußeren zylindrischen Bohr 11 und einem inneren zylindrischen
Bohr 12 zusammen. Das äußere Bohr 11 hat vorzugsweise
eine höhere Festigkeit als das innere Bohr 12, und es hat zu diesem Zweck eine größere Wandstärke als das innere Bohr, und/
oder es besteht aus einem Material mit einer höheren Streckgrenze; es hat in erster Linie die Aufgabe, den durch den Beton
von außen her aufgebrachten Kräften standzuhalten. Das innere Bohr 12 nimmt in erster Linie Kräfte auf, die durch den ^ruck des
Beaktorkühlgases aufgebracht werden, das von dem hier nicht gezeigten Beaktocore aus zugeführt wird, welcher unterhalb des
Standrohrs angeordnet ist und mit dem Standrohr durch ein
Standrohrverlängerungsrohr 13 verbunden ist, das sich nach unten zu dem Core erstreckt.
Die Bohre 11 und 12 werden durch mehrere Längsstäbe 14 und
einige sich jeweils über einen Teil des Umfangs erstreckende
Stäbe 15 in einem Abstand voneinander gehalten. Eine typische Anordnung solcher Stäbe 14 und 15 ist deutlicher aus Pig. 2
ersichtlich, wo das innere Bohr 12 teilweise in einer Abwicklung dargestellt ist; hierDei repräsentiert aer ADstand zwischen
den Linien I-I und A-A einem Viertel des Umfangs bzw. einem
»Vinkel von 90° an der Achse des Standrohrs. Die Stöbe 14 und
unterteilen den ringförmigen Baum 16 zwisohen den Bohren 11 und
in mehrere Strömungswege für Kühlwasser, das dem Baum 16A über eine Bohrleitung 17 nahe dem oberen Ende des Standrohrs
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zugeführt wird, um mit Hilfe eines hier nicht gezeigten ähnlichen
Rohrs abgeführt zu werden, das ebenfalls nahe dem oberen Ende des Standrohrs angeordnet ist. Der obere Teil 16A des Ringraums
16 oberhalb der Stäbe 14 bildet einen Verteilerraum für das zugeführte Kühlwasser.
Am oberen und unteren Ende des Standrohrs sind die Rohre 11 und 12 mit ringförmigen Abschlußstücken 18 bzw. 19 verschweißt,
durch welche auch das obere und das untere Ende des Ringraums ' abgeschlossen wird. Das untere Abschlußstück 19 ist mit einer
druckdichten Stahlauskleidung 20 des Druckgefäßes verbunden.
Eine dicke Schicht 21 aus einem wärmeisolierenden Material ,liegt an der Innenseite der Auskleidung 20 an und v/ird durch die
Enden der Standrohrverlängerungen 13 sowie durch Buchsen oder Hülsen 22 in ihrer Lage gehalten; jede der Hülsen 22 ist mit
dem zugehörigen unteren Abschlußstück 19 und dem Standrohrverlängerungsrohr 13 durch Umbördeln oder auf andere geeignete
f/eise fest verbunden. Das obere Ende jeder Hülse 22 kann sich
f um einen begrenzten Betrag ungehindert nach oben bewegen, wenn
sich die Hülse bei ihrer Erwärmung ausdehnt.
Eine dünnwandige Auskleidung 23 aus nichtrostendem Stahl is1
an ihrem unteren Ende fest in das Standrohrverlängerungsrohr 13 so eingebaut, daß sie sich innerhalb des inneren Rohrs 12 des
Standrohrs und gleichachsig mit diesem nach oben erstreckt, wobei ein Abstand zwischen der Auskleidung 23 und dem inneren Rohr 12
durch Vorsprünge 23A der Auskleidung 23 oder durch andere geeignete Mittel aufrechterhalten wird, so daß sich die Auskleidung
23 gegenüber dem inneren Rohr 12 bei lemperaturänderun-
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- 7 gen ausdehnen und zusammenziehen kann.
Normalerweise wird das obere Ende des Standrohrs durch einen in Pig. 1 nicht dargestellten Standrohrstopfen abgeschlossen,
der mit Hilfe einer Brennstoffbeschickungsmaschine bzw. einer Bedienungsvorrichtung entfernt werden kann, wenn der
Reaktorcore über das Standrohr zugänglich gemacht werden soll. Wird eine solche Maschine oder Vorrichtung über dem Standrohr
angeordnet, um heiße bzw. Strahlungsgefährliche Brennstoffelemente
aus dem Reaktor zu entfernen, ist es erforderlich, für eine zusätzliche Kühlung des Standrohrs zu sorgen. Dies geschieht
dadurch, daß man zusätzliches Kühlwasser durch eine Rohrleitung 24 pumpt, die normalerweise durch hier nicht gezeigte
Verschlußmittel geschlossen gehalten wird, wobei dieses Kühlwasser von der erwähnten wlaschine oder einer anderen Quelle
aus zugeführt wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform mündet das Hohr 17 in dem Rohr 24 zwischen
dessen Austrittsende und den erwähnten Verschlußmitteln.
Pig. 3 zeigt einen Teil eines Standrohrstopfens 30, der
in einem Standrohr angeordnet ist. Um eine Konvektion des zur Kühlung dienenden ixases in dem Standrohr zu verhindern, ist der
Stopfen 30 mit einem oder mehreren Ringen 31 ausgerüstet, von denen jeder ein sich in der Umfangsrichtung erstreckendes kanalförmiges
Bauteil 32 umfaßt, das an einer dünnwandigen äußeren Hülse 35 des Stopfens 30 befestigt ist, sowie ein zweites kanalförmiges
Bauteil 34, welches das Bauteil 32 locker umgreift, und das durch seine eigene Elastizität so nach außen gedrückt
wird, daß seine Rückenfläche an der Innenfläche des Standrohrs
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bzw. im vorliegenden Fall an der Innenfläche der Auskleidung anliegt. Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Ring die Innenwand
des Standrohrs erheblich weniger in radialer. Richtung beansprucht als z.B. ein starrer oder unter Federspannung stehender
Kolbenring! allerdings könnte man solche Ringe in Fällen
verwenden, in denen dieser Gesichtspunkt keine Rolle spielt; ferner setzt ein Ring der soeben beschriebenen Art einer axialen
■Bewegung des Stopfens 30 gegenüber dem Standrohr einen geringeren
Reibungswiderstand entgegen.
Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform einer Verbindung zwischen dem Standrohr und dem otandrohrverlängerungsrohr.
In diesem Fall ist das mit 40 bezeichnete Standrohrverlängerungsrohr mit dem unteren Abschlußstück 19 des Standrohrs
durch einen radialen Bolzen 41 verbunden, der bei gleichzeitiger Verformung unter Kraftaufwand in eine Ringnut 4OA der Wand
des Verlängerungsrohrs hineingedrückt wird, so daß der Bolzen in seiner Lage gehalten wird. Der Bolzen 41 greift in eine
Öffnung 19A des unteren Abschlußstgcks 19 ein. Die Zugbeanspruchungen
werden durch eine Hülse 42 aufgenommen, die das obere Ende des Verlängerunö-srohrs 40 nahe der isolierenden
Schicht 21 eng umschließt, unterhalb deren die Hülse 42 so verformt ist, daß sie mit einer Schulter 4OB des xiohrs 40 zusammenarbeitet.
Das obere Ende der .iülse 42 wird durch den Bolzen 41 in seiner lage gehalten.
Die Isolierung 21 kann z.i,. mehrere ,Schichten 43 aus
nichtrostendem Stahl umfassen, die an ihren der otandrohrverlängerung
benachbarten Rändern so nach unten umgebogen sind, daß die*verschiedenen .schichten in der aus Fig.. 4 ersichtlichen
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BAD
- 9 Weise in ihrer lage gehalten werden.
Gemäß Mg, 1 besitzt das Kühlwasserzuführungsrohr 17 eine
·. sich erweiternde Mündung, die so angeordnet ist, daß zwischen ihr und dem Rohr 24 ein enger ringförmiger Spalt 25 verbleibt,
um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an dieser Stelle zu gewährleisten, so daß eine zusätzliche Kühlung bewirkt wird,
wenn in der weiter oben beschriebenen Weise ein .Brennstoffbeschickungsvorgang
durchgeführt wird. Diese Anordnung dient auch dazu, eine gute Druckrückgewinnung zu gewährleisten, wenn
das Kühlmittel in den Ringraum 16 eintritt, und ferner verringert oder beseitigt diese Anordnung die Gefahr, daß Kühlwasser
in der Gegenrichtung in die Kühlwasserzuführungsleitung 17 eintritt.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Standrohrs werden die Stäbe 14 und 15 in der
Mitte zwischen ihren Enden durch Heftschweißungen mit der Außenfläche des inneren Rohrs 12 verbunden, das dann in das
äußere Rohr 11 eingeführt wird, um dann mit Hilfe eines Druckmittels
aufgeweitet zu werden, bis die Stäbe 14 und 15 auf Druck beansprucht und in inniger lastaufnahmeberührung mit den
beiden äohreh 11 und 12 gehalten werden, d.h. bis die elastische Rückfederung des äußeren Rohrs 11 beim Y/egnehmen des Drucks
diejenige des inneren Rohrs 12 überschreitet. Eine Unterstützung
des inneren Rohrs 12 während dieses Aufweitungsvorgangs in dem
dem Verteilerraum 16A benachbarten Teil kann z.B. durch Stäbe aus einem schmelzbaren Material bewirkt werden, ferner mit
Hilfe eines Druckmittels oder durch lose eingebaute Materialstücke, die später unter Kraftaufwand wieder entfernt werden
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- ίο -
können. Alternativ könnte man die Rohre auf mechanischem Wege mit Hilfe eines aufapreizbaren Doms aufweiten, oder man könnte
eine Verformung mit Hilfe von Sprengstoff durchführen oder andere geeignete Mittel anwenden.
Die Stäbe H und 15 können so angeordnet werden, daß der durch sie abgegrenzte Kühlwasser-Strömungsweg einen einzigen
Strömungsweg bildet, wobei das kühlwasser am unteren Ende über
eine Rohrleitung abgeführt wird; alternativ könnte man wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Strömung in entgegengesetzten
Ricntungen derart vorsehen, daß das Kühlwasser am oberen Ende des Ringraums 16A abgeführt wird. Die Hauptrichtung
des Strömungsweges braucht nicht der Längsachse des Standrohrs zu folgen. Beispielsweise könnte man einige Stäbe oder
alle Stäbe schraubenlinienförmig oder teilweise schraubenlinienförmig anordnen. Durch eine geeignete Anordnung und Gestaltung
verschiedener Stäbe bzw. Streifen oder Leisten ist es möglich, dem otrömungsweg jede gewünschte Gestalt zu verleihen.
Patentansprüche:
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Claims (13)
1. Standrohr für einen Kernreaktor, das zum Einbauen in
die aus Beton bestehende biologische Abschirmung des Reaktors bestimmt ist und dazu dient, durch eine n'and der Abschirmung
hinduroh einen innerhalb der Abschirmung angeordneten, Brennstoff enthaltenden Reaktorcore zugänglich zu machen, gekennzeichnet durch ein äußeres Rohr (11), das
gleichachsig mit einem inneren Rohr (12) und in einem Abstand von letzterem so angeordnet ist, daß die beiden Rohre zwischen
sich einen ringförmigen Raum (16) abgrenzen, sowie durch mehrere Stangen oder Stäbe (14, 15), die in inniger Berührung
mit den beiden Rohren stehen, so daß die Stäbe und die Rohre insgesamt eine zusammengesetzte belastbare konstruktion bilden,
wobei der ringförmige Raum an beiden .rinden abgeschlossen ist.
2. Standrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stangen oder Stäbe (14, 15) so angeordnet
sind, daß sie einen Strömungsweg für ein Kühlmittel abgrenzen.
3. Standrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Stäbe (14, 15) zwiscnen den
Rohren (11, 12) unter Druckbeanspruchung in inniger Lastaufnahmeberührung festgehalten wird.
4. Standrohr nach Anspruch 1 bis 3» gekennzeichnet durch erste Sinlaßmittel (17) und Auslaßmittel
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I 003 / O I
für das Kühlmittel, wooei diese Mittel nahe dem außerhalb der
biologiscnen Abschirmung (10) angeordneten £nde des otandrohrs
mit dem ringförmigen Raum (16) in Verbindung stehen.
5. btandrohr nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einlaßmittel (17) ein Rohr mit
einem sica erweiternden Austrittsende umfassen.
6.) standrohr nach Anspruch 4 oder 5, gekenn-
zeichnet durch weitere Mnlaßmit uel (24) zum Zuführen
zusätzlicher LählmiVielmengen zu dem ringförmigen Raum (16).
7. .Standrohr nacn ^na^ruch 6, dadurch g e k e η η zeicnnet
, daß üie v/eiteren j^inlaßmittel (24) ein Rohr
umfassen, dessen Austrittsende mit dem ringförmigen xitum (16)
nahe dem erwähnten inde des otancrohrs in Verbindung steht, und
daß das Au^trittsende der ersten ^inlaumit-^el (17) innerhalb
des Au^trittsenaes des erwähnten Rohrs angeordnet ist.
8. ^tundronr noch Anspruch 1 bis 7, g e k e η η zeicnnet
durch eine ;.ülse (23) aus . etall, die eine
er^eblicn kleinere .-iidstäri.^ xiat ^Is da3 innere Rohr (12),
v.'obei die r.ülse gleichachsig mit aem inneren Rohr innerhalb
desselben und winces tens üher einer, i'eil ihrer länge in einem
Abstand von ueia inneren .>.0:'.r angeordnet ist, um den türmedurchgang
.in der «uerric^tung zu verringern.
9. otandrohr nacr. ^.nsr.rucn o, dadurch gekennzeichnet , daü; die Hülse (23) so angeordnet ist, daß
sie sich in dem inneren -.ohr (12) axial bev.eeen kann, wenn sie
sich infolge einer -eiriperbturänderung ousdennt oäer zuGammen-
t- 009815/-027
10. Standrohr nach Anspruch 1 bis y, bei dem das untere
Ende des Standrohrs an einer sich in axialer dichtung erstreckenden
Standrohrfrerlängerung befestigt ist, die sich in
Ricütung auf den Eeaktorcore erstreckt, gekennzeichnet
durch eine Verbindungshülse (22), die gleichachsig mit der Verlängerung (13) und dem otandronr angeordnet und sowohl an
der Verlängerung als auch an dem Standrohr befestigt ist und gegen axiale Bewegungen gegenüber der Verlängerung gesichert
ist, so daß sie als belastbares, auf Zug beanspruchtes Bauteil wirict. (
11. standroar nacn Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hülse (23) aus Metall
über das Standrohr hinaus und innerhalb der Verbindungshülse (22) erstreckt, wobei ein Ende der Hülse aus Metall an der
Standrohrverlängerung (13) befestigt ist,
12. Anordnung, mittels deren ein Äeaktorcore zugänglich
gemacht werden kann, wobei die Anordnung mindestens ein Standronr nach Anspruch 1 bis 11 und einen herausnehmbaren Standrohrstopfen
umfaßt, der in das bzw. jedes Standrohr über das aus der biologischen Abschirmung hinausragende Ende des Standrohrs eingeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet,
daß der bzw. jeder Stmpfen einen sich in der Umfangsrichtung erstreckenden, eine Konvektion verhindernden Hing
(31) umfaßt, wobei dieser Hing ein sich in der Umfangsrichtung
erstreckendes kanalfö'rxiiiges Bauteil (32) umfaßt, das den
Stopfen (30) fest umschließt, sowie ein weiteres kanalfö'rmiges
Bauteil (34), welches das sich in der Umfangsrichtung erstreckende kanalförmige Bauteil (32) locker umschließt, wobei
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das zweite kanalförmige Bauteil (34) so angeordnet ist, daß
seine Rasenfläche nach außen gerichtet ist, um sich an der
Innenwand des dtandrohrs abzustützen.
13. Standrohrstopfen zum einführen in ein finde eines
Standrohrs nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen sich in der Umfangsrichtung erstreckenden, eine
Konvektion verhindernden Ring (31), der ein sich in der Umfangsrichtung erstreckendes kanalförmiges üauteil (32) umfaßt, das
den Stopfen (30) fest umschließt, sowie ein weiteres kanalförmiges Bauteil (34), welches das sich in der Umfangsrichtung
erstreckende kanalförmige Bauteil locker übergreift, wobei das
zweite kanalförmige Bauteil (34) so angeordnet ist, daß seine Rasenfläche nach außen gerichtet ist, um sich an der Innenfläche
des Standrohrs abzustützen.
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