DE1684936A1

DE1684936A1 - Kernreaktordruckkessel

Info

Publication number: DE1684936A1
Application number: DE19671684936
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl-Phys D Steinert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-12-29
Filing date: 1967-12-29
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1247897A; AT325722B; ATA772768A; CH481454A; FR1602981A; DE1684936B2; DE1684936C3

Description

3JEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

Erlangen, den ^8. OEZ. J357 Werner-von-Siemems Str. 50

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Kernreaktordruckkessel

Kernreaktoren wurden normalerweise bis heute mit Stahldruckbehältern aungerüstet. Die bei steigenden Leistungen der Kernreaktoren benötigten größeren Druckbehälter sind praktisch an der Grenze ihrer Herytellbarkeit angelangt, so daß schon Reaktoren mit. Stahlbetondruckbehältern projektiert und gebaut wurden.Auch die Verwendung vorgespannten Betons für solche Zwecke ist bekannt,

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insbesondere sei auch auf die Vorschläge hingewiesen, Reaktordruckbehälter aus vorgefertigten-Betoneinzelteilen herzustellen. Bei derartigen Druckgefäiien ergeben sich jedoch eine Reihe von Problemen. Erwähnt sei die Wärmeisolierung und = die Kompensation der thermischen Ausdehnung, insbesondere an Durchführungen von Rohrleitungen, Stutzen und dergleichen durch die Behälterwände. Auch ist noch nicht zu übersehen, wie _Ä· Reparaturen an der Behälterinnenwand oder an der Isolierung ausgeführt werden können. · ' ~

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktordruckkessel aus vorgespanntem Stahlbeton mit Aufnahmemöglichkeit für Primärkreiselemente einer Kernkraftanlage. Sie löst dabei die Aufgabe, die eingangs genannten Schwierigkeiten bei bekannten Stahlbetondruckgefäben im großem Umfang zu vermeiden.

Erfindungsgemäu besteht der Druckkessel in seinem zylindrischen £ sowie Bodenteil aus in an sieh.bekannter Weise vorgespanntem Beton, ist die axiale Bewehrung in einem auf der offenen Behälterseite aufliegenden Stahlring verankert und ist für den Abschluß des Behälters 1 ein mit einer inneren Stahldiehthaut des Behälters abdichtend verbundener Stahldeckel vorgesehen, der gleichzeitig als Traggerüst bzw. Zentriereinrichtung für die Kesseleinbauten dient und gegenüber dem Stahlrihg als Sperrkörper verriegelt und abgestützt ist. An diesen genau in die

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obere Öffnung -des vorgespannten Stahlbetonbehälters passenden Deckel sind die im Inneren des Behälters befindlichen Einbauten befestigt oder werden durch diesen zentriert, so daß auch alle Verbindungen derselben mit- außerhalb des Kes- . sels angeordneten Kraftwerkselementen allein über den Stahl deckel geführt sind. Ein j Störung des Spannungszustandes des Stahlbetonkessels durch hindurchgeführte Leitungen usw, tritt somit nicht auf. Nach Abheben des Stahldeckels sind die Einbauten im Störungsfall für Reparaturzwecke leichter zugänglich, das gleiche gilt auch für den Stahlbetonbehälter selbst, -

Zur näheren Erläuterung dieses Erfindungsgedankens sei auf die Figuren 1 bis 3 hingewiesen, in denen ein mögliches Auoführungsbeispiel dargestellt ist und aus dem die grouen mit dieser Erfindung verbundenen Vorteile deutlich hervorgehen.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch den Stahlbetondruckkeseei mit einem darin eingesetzten integrierten Druckwasserreaktor. Der Kessel selbst besteht aus.dem zylindrischen Teil und dem Bodenteil 1 sowie dem Stahldeekel 2. Der Stahlbetonkessel kann dabei in einem Stück oder aus Fertigbauteilen durch waagrechte dünne Trennungslinien angedeutet - an der Baustelle zusammengesetzt werden. Die Bewehrung erfolgt durch

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Ringseile 11 und axiale Spannseile 12, die auf der Oberseite des Kessels in einem Verankerungsring 14 aus Stahl mit entsprechender Vorspannung befestigt sind. Die im Bodenteil des Stahlbetonkessels angedeuteten Bewehrungselemente sind mit 3 bezeichnet. Der stählerne Abschlutsdeckel 2 mit den daran befestigten Bauteilen ruht zunächst auf Vorsprüngen 15 der Stahlbetonwandung und wird durch Sperrkörper 25 gegenüber dem Verankerungsring 14 abgestützt, so daß damit die Druckfestigkeit - der Innendruck kann wesentlich über 100 at betragen - gewährleistet ist. Der Stahlbetonbehälter - -iut in an sich bekannter Weioe auf seiner Innenseite mit einer ütahldichthau.t 16 aus duktilem Blech überzogen. Nach dem Schließen den Gefäues wird diese Dichthaut unter Belassung genügenden Dehnungsspielraumes mit dem Stahldeckel 2 dicht verschweißt, z.B. mit Hilfe einer sogenannten Schwei !.-.lippendichtung.

Als wichtigstes Bauelement is.t am Deckel 2 der eigentliche Reaktorkern 5 befestigt. Die Befestigung geschieht in diesem Beispiel über einen Haltekorb 22, der in seinem oberen Ende für den Kühlmitteldurchtritt durchbrochen ist und mit seinem unterem Ende das Kerntraggerüst 23 hält. Dies ist eine Stahlplatte mit Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel. Auf ihr ruht im Innern des Haltekorbs 22 der eigentliche Reaktorkern 5, der. im wesentlichen aus den Kühlkanälen 51 und den darin angeordneten Brennelementen besteht, auf "deren Aufbau aber hier nicht näher eingegangen werden soll. Außerhalb des Haltekorbes

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ruht z.B. auf dem Kerntraggerüst 22 der thermische Schild 24. Diese Anordnung ist mit Abstand von einem unten geschlossenen Stahlzylinder 21 umgeben, der keiner Druckbeanspruchung ausgesetzt ist und gegenüber dem Betonmantel einen Kühlspalt 3 beläßt. Auf seiner Außenseite ist dieser Stahlzylinder mit einer Wärmeisolierung 31 - an sich bekannter Bauart - versehen. Oberhalb des thermischen Schildes 24 sind in dem Ringraum .zwischen dem Haltekorb 22 und dem Stahlzylinder 21 Dampferzeuger 6 angeordnet·, die mit ihren AnschluIdleitungen 61 den S-tahldeckel 2 durchsetzen.

Über dem. Reaktorkern 5 ist beispielsweise in Gestalt eines ebenfalls am Stahldeckel 2 befestigten und diesem gegenüber abgedichteten Stahlgefäßes ein Innerer Druckhalter 4 angeordnet, der z.T. mit Betriebswasser gefüllt ist und über Bohrungen in den Brennelementladekanal 52 mit der Wasserfüllung des Druckgefäßes im Druckausgleich steht. Dieser innere Druckhalteraum 4 ist entweder über eine Leitung 41 mit einem äußeren Druck erzeuger 42 in Figur 2 verbunden, in welchem in an sich bekannter ,Weise mit Hilfe von elektrischen Heizelementen ein solcher Dampfdruck gebildet wird, der eine völlige Füllung des Kesselinnenraumes mit Ausnahme des Druckhalters. 4 gewährleistet sowie mit Sicherheit ein Sieden der Kühlflüssigkeit im Reaktorkern 5 verhindert, oder der Druckhai teraum selbst ist mit Heizelementen ausgestattet (nicht dargestellt). Auch die Regelstäbe bzw, deren Führungsrohre durchsetzen den Stahldeckel 2 an den Durchführungen 71. Sie sind in diesem ,Falle in Analogie zum Aufbau des

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Mehr zweck^orschungsreak tor b* in Karlsruhe schräg angeordnet,. Durch die spezielle Anordnung der Dampierzeuger· oberhalb des Reaktorkernes 5 bildet sich im primären Kühlmittel eine Naturumlaufo&römung aus, wobei der Haltekorb 22 al« Leitzylinder fungiert. Diese Naturumlaufwirkung kann noch durch den Einsatz von Pumpen 62 - in der rechten Hälfte dieser Figur - ergänzt und verbessert werden, die ebenfalls mit dem Stahldeckel 2 verbunden sind.

Daraus geht hervor, daß*alle Bauelemente innerhalb des Reaktordruckkessels 1 durch den Deckel 2 desselben geführt sind und daher Durchbrechungen im Stahlbetonmantel desselben nicht mehr notwendig sind.

Diese Konstruktion hat u.a. den Vorteil, daß für Reparaturen an den Dampferzeugern 6 nur der Stahldeckel 2 nach Lösunr ^¹" Sperrkörper 25 soweit angehoben werden muß, bis die Wärmetauscher frei 25ugängig sind. Der Reaktorkern 5 befindet sich dann noch innerhalb des Stahlbetonkessels 1 und wira durch diesen weitgehend abgeschirmt.

Während des Betriebes herrscht im Inneren des StahlbetondruckgefäiJes praktisch. Druckausgleich - wie bereits erwähnt -. Dies ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Der Kühlspalt 3 ist mit kühlem umlauf enden Wasser gefüllt, das die Stahlbetonwandung 1 vor schädlicher Erwärmung schützt. Der Umlauf wird durch eine

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kleine Pumpe 32, das Temperaturniveau durch einen Kühler 35 gewährleistet, beide sind über die Leitung 54 mit dem Kühlsnalt '*; verbunden. Die Leitung 34 steht auch mit dem Druckerzeuger 42 außerhalb des Kernreaktors in Verbindung, der wiederum über die Leitung 41 mit dem inneren- Druckhai te raum 4 und dieser über die mit Durchbrechungen versehenen Beladekanäle 51 mit dem Kühlmittelstrom im Inneren des Druckgefäßes in Druckausgleich .stehtr Der der Wärmeübertragung dienende Kühlmittelstrom bei'in- ' det sich also vollkommen innerhalb des Druckgefäßes 1, ledig- ^" lieh ein kleiner Anteil der Kühlmittelmenge zirkuliert aln Kühlmedium für den Stahlbetonbehälter zeitweise außerhalb des Druckgefäßes.. .

Figur 3 zeigt, wie ein derartiges StahlbetondruckgefäL) mit eingebautem Druckwasserreaktor innerhalb eines üicherheitsgebäudes 8 angeordnet werden kann. Dieses kann verhältnismäßig schmal gehalten werden, mit der in ihm angebrachten Krananordnung 9 ist nicht nur die Bedienung der Beladekanäle 52 sondern auch M das Anheben des Deckels 2 mit den beispielsweise daranhängenden Einbauten möglich. Der zwischen dem Druckkessel T und dem Sicherheitsgebäude 8 befindliche Ringraum ist zweckmäiaigerweise .mit Wasser gefüllt, das nicht nur einer weiteren Abschirmung der gesamten Anlage nach auuen sondern vor allen Dingen auch in Zusammenhang mit den Leitungen 82 und einer inneren dichten Stahlwand 81 als Druckunterdrückungssystem im Falle eines Lecks in der Reaktoranlage bzw. den Dampfleitungen 61 fungiert. In dieser

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Übersichtsskizze sind als weitere Einbauten nur noch ein Druckerzeuger 42 und eine Schleuse 91 angedeutet. Bei entsprechender größerer Ausbildung dieses Sicherheitsgebäudes 8 können selbstverständlich auch das Brennelementabsetzbecken sowie, weitere Hilfsanlagen neben dem eigentlichen Reaktordruckgefäß 1 angeordnet werden. Auch aind die Belüftung des &icherhej.tsgebäudes' und der Abluftschornütein 92 nur angedeutet.

Das Kühlmittel kann in diesem Beispiel eines Druckwasserreaktors leichtes oder auch schweres Wasser sein, selbstverständlich sind auch andere Reaktortypen für den Einsatz in einen derartigen Stahlbetondruckgefäii geeignet, wie auch dieses Aufbauprinzip eines Stahlbetondruckgefäües.auch für andere Zweige der Technik mit Vorteil angewendet werden kann.

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Claims

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Pat entanspräche

My Kernreaktordruckkessel aus vorgespanntem Stahlbeton mit Aufnahmemöglichkeit für Priraärkreiselemente einer Kernkraftwerksanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkessel in seinem zylindrischen sowie Bodenteil aus in an sich bekannter Weise vorgespanntem Beton besteht, die ^

axiale Bewehrung in einem auf der offenen Behälterseite aufliegenden Stahlring verankert ist und für den Abschluß des BehälEers ein mit einer inneren Stahldichthaut des Behälters abdichtend verbundener druckfester Stahldeckel vergesehen ist, der gleichseitig als Traggerüst bzw. Zentriereinrichtung.für Kesseleinbauten s.B. Dampferzeuger dient und gegenüber dem Stahlring über Sperrkörper verriegelt und abgestützt is/c.
2. Druckkessel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß * die Verbindungen der Kesseleinbauten mit den autSerhalb des Kessels angeordneten Kraftwerkselementen allein über den Stahldeckel geführt sind.
3. Druckkessel nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß . ; der Stahldeckel als massiver, gleichzeitig der Abschirmung dienender Körper ausgebildet ist.

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4. Druckkessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnex, daß der Stahldeckel in an sich bekannter drueki'ester Leichtbauweise, beispielsweise mit rippen- oder wabenartigen Verstärkungen ausgebildet ist.
5. Verwendung des Druckkessels nach Anspruch 1 bis 4 Tür den Aufbau eines integrierten Druckwasserreaktors.

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