DE1684651C3

DE1684651C3 - Kernreaktor mit einem Betondruckbehälter

Info

Publication number: DE1684651C3
Application number: DE1684651A
Authority: DE
Inventors: Alexander Gillies Whetstone Leicestershire Young (Grossbritannien)
Original assignee: NUCLEAR POWER CO (WHETSTONE) Ltd WHETSTONE LEICESTERSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: NUCLEAR POWER CO (WHETSTONE) Ltd WHETSTONE LEICESTERSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1965-06-11
Filing date: 1966-06-10
Publication date: 1978-08-17
Also published as: GB1146326A; DE1684651B2; DE1684651A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem vorgespannten zylindrischen Betondruckbehälter und mehreren Wärmeaustauschern.

Es ist bereits aus der britischen Patentschrift 8 66 037 eine Kernreaktoranlage bekannt, die einen Reaktorkern und mehrere Wärmeaustauscher zum Abziehen der im Kern erzeugten Wärme aufweist, wobei ein Betondruckgefäß mit einer zylindrischen vorgespannten Betonwandung vorgesehen ist, die den Reaktorkern und ebenso die Wärmeaustauscher umschließt. Bei dieser bekannten Anordnung sind die Wärmeaustauscher mit dem Reaktorkern innerhalb der Kammer untergebracht, die von der zylindrischen vorgespannten Wandung des Druckgefäßes umschlossen ist, und diese Kammer wird durch eine zusätzliche innere zylindrische Wandung in eine kreisförmige innere Kammer, die den Reaktorkern beherbergt, und eine Ringkammer aufgeteilt, in der die Wärmeaustauscher angeordnet sind. Der Ringraur.i wird durch radial verlaufende Scheidewände in Abschnitte eingeteilt, die sich von der inneren zylindrischen Wand nach der äußeren vorgespannten zylindrischen Wand erstrecken. Bei dieser bekannten Anordnung wirken die vorgespannte zylindrische Außenwand und die innere zylindrische Wandung, die ebenfalls verstärkt und aus vorgespanntem Beton hergestellt sein kann, als strukturell getrennte Einheiten. Insbesondere wäre die innere zylindrische Wandung nicht in der Lage, beträchtliche radial nach innen gerichtete Kräfte über die im weiten Abstand angeordneten radialen Wände aufzunehmen, woraus folgt, daß die innere und äußere konzentrische Wandung im wesentlichen unabhängig voneinander arbeiten müssen und daß z, B. die radialen Wände keine radial nach innen gerichteten Kräfte übertragen, wie es die Vorspannmittel der Außenwand ermöglichen würden, um sowohl die äußere als auch die innere Wandung vorzuspannen.

Außerdem ist aus der FR-PS 13 06 797 ein Kernreaktor-Betondruckbehälter bekannt, der aus einer zylindrisehen Einzelwand aus Beton besteht, die über die gesamte Dicke unter Vorspannung steht, weiche von Vorspannkabeln ausgeübt wird, die sich unter Zugbeanspruchung in Umfangsrichtung um die zylindrische Wand erstrecken und mit ihren Enden an in !5 Längsrichtung verlaufenden Rippen verankert sind, die außun an der Zylinderwand ausgeformt sind. Bei diesem bekannten Kernreaktor sind die Wärmeaustauscher in Hilfsbehältern aus Beton untergebracht, die außerhalb des Hauptdruckbehälters in der Nähe desseJben angeordnet sind und durch die unter Zug stehenden, ringsumlaufenden Kabel in ähnlicher Weise unter Vorspannung gehalten werden. Dabei ist der Hauptdruckbehälter mit den Nebenbehältern zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt, indem die Vorspannkabel, die um einen Teil des Hauptdruckbehälters herumgeführt sind, sich auch um einen Teil der Nebendrackbehälter herum erstrecken.

Beide Anordnungen besitzen jedoch Nachteile. Es ist nämlich erwünscht, daß der vorhandene Beton optimal ausgenutzt wird, und zwar sowohl hinsichtlich seiner baulichen Möglichkeiten (diese Ausnutzung ist bei dem zuerst erwähnten Reaktor nicht gegeben) als auch in bezug auf die biologische Abschirmung (dies ist bei dem zuletzt erwähnten Kernreaktor nicht gegeben, weil hier J5 der Beton der Hilfsdruckgefäße, der die Wärmeaustauscher umschließt, nicht zur Abschirmung des Reaktorkerns im Hauptdruckbehälter beiträgt). Es ist außerdem erwünscht, die Druckbehälteranordnung so kompakt als möglich aufzubauen, und dies ist nicht möglich, wenn Hilfsdruckbehälter außerhalb des Haup druckbehälter vorgesehen sind, um die Wärmeaustauscher aufzunehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

einen Kernreaktor zu schaffen, bei dem der Rcaktor kern in einem Betondruckbehälter eingeschlossen ist, dessen Beton in vorteilhafter Weise sowohl im Hinblick auf die baulichen Möglichkeiten als auch im Hinblick auf seine biologischen Abschirmfunktionen ausgenutzt wird und der außerdem in kompakter Bauweise Wärmeaus-

tauscher aufweist," die die im Kern erzeugte Wärme abziehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kernreaktor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß innerhalb der zylindrischen Wandung sich in Längsrichtung erstreckende Ausnehmungen zur Aufnahme der Wärmeaustauscher vorgesehen sind und daß die Vorspannkabel vollständig radial außerhalb der Ausnehmungen die zylindrische Wandung umspannend angeordnet sind.

M) Die Anordnung von Wärmeaustauschern innerhalb der Wandstärke des Betondruckbehälters, welcher den Reaktorkern umschließ!, ermöglicht einen sehr viel kompakteren Aufbau, als es bei Anordnung zusätzlicher Hilfsdruckbehälter möglich ist. Dadurch, daß der μ gesamte Beton für einen einzigen Druckbehälter benutzt wird, der den Reaktorkern umschließt, wird gewährleistet, daß die biologische Abschirmung des Betons in sehr wirksamer Weise ausgenutzt wird. Die

Anordnung der Vorspannmittel vollständig radial außerhalb der Ausnehmungen bedeutet, daß, obgleich eine reifenartige Umschließung der zylindrischen Wand des Druckbehiilters über die gesamte Dicke erhalten wird, der innere Teil der Wandstärke, in dem die die Wärmeaustauscher aufnehmenden Ausnehmungen angeordnet sind, frei von Vorspannmitteln gehalten wird. Dies ist sowohl im Hinblick auf eine Vereinfachung des Zusammenbaus als auch im Hinblick darauf vorteilhaft, daß man bei der Konstruktion verhältnismäßig frei ist mit der Anordnung der Ausnehmungen.

Vorzugsweise sind die Ausnehmungen für die Wärmeaustauscher im gleichen Abstand von der Längsachse des Behälters und voneinander angeordnet

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Enden der Vorspannkabel an in Längsrichtung verlaufenden Rippen verankert sind, die außen an der zylindrischen Wandung angeordnet sind, ist jeder Ausnehmung eine Rippe zugeordnet, so daß die Rippen außerhalb der Ausnehmung eine zusätzliche Verstärkung und Strahlungsabschirmung bewirken.

Im Hinbiick auf die Verankerung und Vorspannung entspricht damit diese Ausführung dem Kernreaktor gemäß der FR-PS 13 06 797. Gemäß der Erfindung ist jedoch die Anordnung derart getroffen, daß die Vorspannkabel nicht in dem radial inneren Teil der Wandstärke liegen, wobei in diesem Teil die Ausnehmungen für die Wärmeaustauscher angeordnet sind und wobei der reifenartige Zusammenhalt gewährleistet bleibt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausnehmungen zylindrisch ausgebildet, und die Achse jeder Ausnehmung liegt in der Radialebene, weiche eine der Rippen halbiert.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Horizontalschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Druckbehälters,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Teil-Horizontalschnitt,

Fig.3 einen Schnitt nach der Linie IH-III gemäß F ig. 2,

F i g. 4 eine !schematische Darstellung, weiche veranschaulicht, wie ein Vorspannkabel gemäß Fig.2 und 3 seine* Lage in bezug auf andere Vorspannkabel an verschiedenen Punkten rings um den Druckbehälter ändert.

Gemäß Fig. 1 besteht der vorgespannte Betondruckbehälter aus einer vertikalen zylindrischen Wandung 20, die an beiden Enden durch Oetonendkappen geschlossen ist. Die Wandung 20 weist zwölf vertikal verlaufende zylindrische Ausnehmungen 21 auf, die zur Aufnahme der Wärmeaustauscher dienen. Der zylindrische Mittelraum 22 des Druckbehälters enthält den Reaktorkern und die ihm zugeordnete, in der Zeichnung nicht dargestellte Ausrüstung.

Der Druckbehälter wird in der folgenden Weise vorgespannt. Die Betonendkappen werden durch orthogonale Gruppen von in der Zeichnung nicht dargestellten Vorspannkabeln verspannt, die an den Seitenwandungen verankert sind. Die zylindrische V/andung 20 weist mehrere vertikale, in der Zeichnung nicht dargestellte Vorspannkabcl auf, die in den Endkappen verankert sind. Zusätzlich ist eine Anzahl von ringsumlaiufcnden Kabeln vorgesehen, die die radialen Belastungen aufnehmen sollen. Einige dieser ringsumlaufenden Kabel kfnncn auch dazu benutzt

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werden, die Endkappen vorzuspannen, anstalt diese durch orthogonale Gruppen von Kabeln vorzuspannen, wie dies vorstehend beschrieben wurde.

Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Lagen von ringsumlaufenden Vorspannkabeln vorgesehen, wobei jede Lage ein Gruppe, bestehend aus zwölf ringsumlaufenden Vorspannkabeln A] bis Fi, Ai bis F₂, aufweist In Fi g. 1 sind nur die Vorspannkabel A\ und Ai vollständig dargestellt, um die Übersicht zu verbessern. Radial benachbart zu jeder Ausnehmung 21 erstreckt sich eine vertikale Rippe über die volle wirksame Höhe des Behälters am äußeren Umfang derselben. Diese Rippen sind in Fi g. 1 mit den Bezugszeichen 1 bis 12 gekennzeichnet

Jedes ringsumlaufende Vorspannkabel ist an einem Ende an einer Seitenfläche einer ersten Rippe befestigt und mit dem anderen Ende auf der entgegengesetzten Seitenfläche jener Rippe, die der ersten Rippe diametral gegenüberliegt, so daß jedes Vorspannkabel zweimal durch die jeweilige Diametralebene hindurchtritt, in der die Achse der Ausnehmungen 21 liegt ^i den beiden Rippen entsprechen, an denen das Vvrspannkabel verankert ist. Dieses Prinzip ist klar aus F i g. 1 ersichtlich.

Die nachstehende Tabelle zeigt, welche Vorspannkabe! in welcher Rippe verankert sind: Die erste Reihe zeigt die Rippen, an denen die Vorspannkabel befestigt sind, und die zweite und dritte Reihe zeigen die Vorspannkabel, die sich im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeigersinn gemäß F i g. 1 von der ^:n der ersten Reihe der Tabelle an erster Stelle stehenden Rippe erstrecken.

Rippen	Im Uhrzeiger	Im Gegenuhrzeiger
	sinn	sinn
1.7	A,	A₂
2,8	B,	B₂
3,9	C	C₂
4, 10	A	D₂
5,11	E,	E₂
6, 12	F,	F₁

Die Anordnung und das Verfahren zur Verankerung der Vorspannkabel ist symmetrisch, so daß die F i g. 2 und 3, die in größerem Maßstab gezeichnet sind, die typische Anordnung der Vorspannkabel bei einer der Rippen, nämlich der Rippe 10, zeigen.

Gemäß F i g. 2 und 3 sind die beiden Vorspannkabel D\ und D₂ an der Rippe 10 mittels Ankern 23 befestigt Die Vorspannkabel C₂, B₂, A₂, F\ und E\ sind durch die Betonwandung 20 in der Nähe der Rippe 10 in zwei Höhenlagen geführt, wie im einzelnen aus F i g. 3 ersiclitlicn ist Die Vorspannkabel D₂, C₂ und B₂ liegen in einer Höhe, und die Vorspannkabel D\, E\ und ^c\ liegen niedriger, wobei in beiden Fällen die Aufzählung radial von außen nach innen erfolgte. Das Vorspannkabel A₂ wechselt von einer Höhenlage graduell über eine Umfangslänge der Rippe 10 in die andere Höhenlage, so daß im Schnitt IM-III das Vorspannkabel A₂ zwischen diesen beiden Höhenlagen erscheint. Dies ist deutlicher aus Fig.4 ersichtlich, und diese Figur zeig!, wie ein typisches Vorspannkabel (in diesem Fall das Kabel Di) seine Radiallage relativ zu den anderen in aufeinanderfolgenden Rippen ärJ?rt, so daß das äußerste Vorspannkabel in der obersten Höhenlage der Rippe 10 (Fig. 3) ein mittleres Vorspannkabel in der unteren

Höhenlage der Rippe Il wird und nach unten in die niedrige Höhenlage bei der Rippe I verläuft und schließlich das äußerste Vorspannkabel an der untersten Höhenlage der Rippe 4 wird, an der es verankert ist.

F' i g. 3 zeigt, wie Gruppen von /wolf Vorspannkabeln wiederhol! über die Höhe der Wandung 20 geführt sind.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß in irgendeinem gegebenen Radialschnitt /wischen den Rippen sechs ringsumliuifcndc Vorspannkabcl aus jeder der Gruppen von /wolf Vorspannkabeln vorgesehen sind, wiihrend in Radialschnilten, die die Rippen schneiden, d.h. in Radialschnitten, die durch die Hohlräume 21 geführt sind, sieben Vorspannkabel verlaufen. Diese Anordnung gewährleistet eine größere Vurspannkrafi an den Radialabschnitlen des Gefäßes, während die festigkeit gegenüber inneren Zerreißkräften infolge eines Innendrucks in den Ausnehmungen 21 erhöht wird. Die Rippen bewirken außerdem eine zusätzliche Neutronenabschirmung. die den Verlust der Abschirmwirkung, der infolge der Ausnehmungen 21 auftritt, gun/ oder teilweise kompensiert. Falls erforderlich, können in der Zeichnung nicht dargestellte örtliche Vorspannglieder von einer Seite jeder Rippe nach der anderen vorgesehen sein.

Die Zahl der Rippen ist vorzugsweise die gleiche wie die Zahl der Ausnehmungen 21. Die letzteren brauchen jedoch nicht im gleichen Abstand zueinander angeordnet zu werden, und sie brauchen auch nicht die gleiche Größe zu haben.

Sie brauchen auch nicht zylindrisch zu sein. Kine entsprechende Anpassung der Vorspannung an veränderte Größe, Gestalt und veränderten Abstand der Ausnehmungen kann dadurch erzielt werden, daß Größe und/oder Lage der Rippen verändert wird oder daß wahlweise Vorspanngliedcr der vorbcschricbcncn Art benutzt werden.

Sämtliche Vorspannkabel laufen vorzugsweise in vorgeformten Kanälen im Beton.

Die Erfindung beschränkt sieh nicht auf Druckbehälter, bei denen der Innenraum 22 zylindrisch ist. Dieser Raum kann z. B. auch sphärisch sein oder zylindrisch wobei ein F.nde oder beide Enden haubenartig geformt sind.

Obgleich die Vorspannkabcl 4| bis /■',, A_: bis /·": vollständig auf einem größeren Radius liegen als die Ausnehmungen 21, wird durch sie dennoch die zylindrische Wand 20 über die gesamte Dicke nach Art eines Reifens zusammengedrückt.

Hier/u 2 Bhiit /.

Claims

Patentansprüche;

1. Kernreaktor mit einem vorgespannten zylindrischen Betondruckbehälter und mehreren Wärmeaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der zylindrischen Wandung (20) sich in Längsrichtung erstreckende Ausnehmungen (21) zur Aufnahme der Wärmeaustauscher vorgesehen sind und daß die Vorspannkabel (Ai bis Fi, A₂ bis F₂) vollständig radial außerhalb der Ausnehmungen (21) die zylindrische Wandung (20) umspannend angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (21) im gleichen Abstand voneinander und von der Längsachse des Behälters angeordnet sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkabel (Ai bis Fi, A₂ bis F₂) innerhalb des Betons der zylindrischen Wandung (20)angeordnet sind.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1 bis 3, bei welchem die Enden der Vorspannkabel an in Längsrichtung verlaufenden Rippen verankert sind, die außen an der zylindrischen Wandung angeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausnehmung (21) eine Rippe (1 bis 12) zugeordnet ist, so daß die Rippen außerhalb der Ausnehmung eine zusätzliche Verstärkung und Strahlungsabschirmung bewirken.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (21) zylindrisch ausgebildet sind und die Achse jeder Ausnehmung in der Radialebene liegt, welche eine der Rippen (1 bis 12) halbiert