DE2221015A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Franz Klingseisen 2221015 PA. Dlpl.-lng. Klingselsen ■ 8 München 8O ■ LucllB-Grahn-Straße 38 MHMfHPM ΛΠ

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Kernreaktor

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren oder nukleare Anlagen mit einem im Innern eines zylindrischen, vertikalen Gehäuses angeordneten Reaktorkern aus langgestreckten, senkrechtstehenden Elementen, die von einer Umkleidung eng umgrenzt sind, und mit einem zylindrischen Mantel, der zwischen dem Reaktorkern und dem Gehäuse angeordnet ist.

Eine der Aufgaben dieses Mantels ist, mit dem Gehäuse einen Ringraum zu bilden, der bei einer Zirkulation mit im allgemeinen absinkenden Fluid als Leitung für das Kühlmittel dient. Strömt dieses Fluid mit erhöhter Geschwindigkeit, so besteht die Gefahr, daß der Mantel heftigen Vibrationen

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ausgesetzt wird, die man dadurch zu vermeiden versucht, daß man ihn aus einem massiven Stück fertigt. Außerdem beabsichtigt man im allgemeinen,vom Mantel aus die Umkleidung des Reaktorkerns aufzubauen.Diese Umkleidung muß mit sehr großer Genauigkeit ausgeführt werden und der Anbau an den Mantel erfordert bei diesem eine entsprechende Genauigkeit der Ausführung. Der Mantel muß deshalb sorgfältig bearbeitet werden und eine hohe Widerstandsfestigkeit gegenüber Deformationen haben, was ein Grund mehr ist, dessen Masse zu vergrößern.

Bei den bekannten Ausführungsformen ist deshalb ein solcher Mantel in nuklearen Anlagen der oben beschriebenen Art ein Teil von sehr hoher Genauigkeit, das die erforderliche Masse besitzt, damit es im Betrieb die durch Bearbeitung vorgegebenen Abmessungen beibehält und gegenüber Vibrationen widerstandsfähig ist. Dieser Mantel ist mit seinem oberen Rand im Innern des Gehäuses aufgehängt und er weist einen unteren Rand auf, der an der Innenwand des Gehäuses über in senkrechter Richtung verschiebbare Verbindungsstücke hoher Genauigkeit anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei nuklearen Anlagen der eingangs beschriebenen Art den Aufbau eines solchen Mantels wie auch dessen Einbau zu vereinfachen und die Kosten zu senken.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Mantel Feststelleinrichtungen, z.B. Schraubenbolzen, zugeordnet v/erden, welche ihn in seiner Stellung unter dem Einfluß einer einstellbaren Kraft eingespannt halten und an einem starren Element des Aufbaus als Widerlager anliegen. Das Gehäuse ist im allgemeinen so ausgebildet, daß es als Widerlager dienen kann.

Während der Grad der Genauigkeit der in senkrechter Richtung verschiebbaren Verbindungsstücke der bekannten Bauweis^ dazu führt, daß sie nur auf einer Hohe des Mantels angeordnet werden

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können, damit die Herstellung und der Einbau nicht übermäßig kompliziert wird, können die Feststelleinrichtungen nach der Erfindung ohne Schwierigkeit auf mehreren Höhen angeordnet werden, wodurch der Mantel gegenüber der Gefahr von Vibrationen besser geschützt werden kann, obgleich es möglich ist, seine Masse zu verringern. Andererseits sind Feststelleinrichtungen wie Schraubenbolzen wesentlich weniger kostspielig als die bekannten verschiebbaren Verbindungsstücke, die genau hergestellt werden müssen.

Mit der Erfindung wird ferner eine Ausgestaltung vorgeschlagen, durch welche diese Feststelleinrichtungen auf einem Mantel angebracht werden können, der eine Schutzbeschichtung aus nichtrostendem Stahl oder dergleichen aufweist, ohne daß die C4ualität dieser Schutzumkleidung in irgendeiner Weise vermindert wird.

In der gleichlaufenden Patentanmeldung "Kernreaktor" (Priorität der franz. Patentanmeldung Nr.71.15325 vom 29. April 1971) beschreibt die Anmelderin eine Umkleidung eines Reaktorkerns, die im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungsformen aus einem selbsttragenden Aufbau besteht, der als unabhängiges Element mit den erforderlichen Abmessungen hergestellt wird und ausreichend fest ist, um diese Abmessungen beizubehalten, ohne daß er am Mantel zum Anliegen kommt. Eine solche Umkleidung ist für eine erfindungsgemäße Ausführungsform besonders geeignet, denn sie bildet ein weiteres Anschlag- oder Widerlagerelement für die Feststelleinrichtungen des Mantels. Andererseits hat dadurch der Konstrukteur die Möglichkeit, alle Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit des Mantels unberücksichtigt zu lassen, die von jenen verschieden sind, welche die Ausbildung eines Führungsrohres für das Kühlmittel erfordern, das zwischen dem Gehäuse und der Umkleidung angeordnet ist.

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Die Erfindung führt somit nach einer ihrer Anwendungsmöglichkeiten zu einem relativ leichten und an sich flexiblen Mantel ■ des Reaktors, der im wesentlichen als Führungselement für das Kühlmittel dient und gegen Vibrationen durch Feststelleinrichtungen gesichert ist, die ihn'eingespannt halten, indem sie an Gehäuse und/oder an einer starren Umkleidung des Reaktorkerns anliegen.

Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 in einem axialen Vertikalschnitt eine Gesamtansicht eines Reaktoraufbaus mit den erfindungsgemäßen Feststelleinrichtungen zeigt.

Fig. 2 stellt in einem senkrechten Schnitt die Anordnung eines Schraubenbolzens und des ihm zugeordneten Widerlagers dar.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Widerlagers bzw. Anschlags für den Schraubenbolzen.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Widerlagers für einen Schraubenbolzen.

Fig. 5 zeigt perspektivisch ein Element dieser letzteren Ausführungs f orm.

Fig. 6 stellt schematisch eine Schraubenbolzenanordnung dar, die auf einer Trennwand der den Reaktorkern umgebenden Umkleidung angebracht ist.

Nach Fig. 1 weist ein Reaktor ein Gehäuse 1 auf, das aus einer zylindrischen Umhüllung mit senkrechter Achse und einem halbkugelförmigen Unter- und Oberteil zusammengesetzt ist. Am

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oberen Abschnitt des Gehäuses ist auf dessen Innenseite eine Ringschulter 2 ausgebildet, die zur Aufhängung eines zylindrischen Mantels 3 dient. Ein unten am Mantel aufliegendes Traggitter 4 trägt ein Bündel nicht dargestellter, in senkrechter Richtung langgestreckter Brennstoffelemente. Diese Elemente sind durch eine seitliche Umkleidung 5 eng umschlossenj, die auf ihrer Außenseite durch horizontale Trennwände 6 mit geschlossener Kontur versteift ist. Diese Trennwände 6 v/eisen auf ihrem kreisförmigen Außenrand eine flexible Lippe 7 auf, die elastisch auf der Innenfläche des Mantels 3 anliegt₉ wie Fig. 6 deutlich zeigt.

Das Gehäuse 1 ist am oberen Abschnitt mit Rohrstutzen 8 und versehen, die für den Ein- und Austritt des Kühlmittels dienen. Nach einer bekannten Arbeltsweise strömt das Kühlmittel längs des Gehäuses im Ringraum zwischen Gehäuse und Mantel nach unten und steigt hierauf im Bereich dar Brennstoffelemente wieder nach oben» bevor es durch die Austrittsrohre 9 aus= tritt.

Auf drei verschiedenen Höhen sind Schraubenbolzen 10 vorgesehen, die durch den Mantel 3 geführt sind, und auf äer Innenfläche des Gehäuses 1 anliegen. Weitere Schraubenbolzenanordnungen 11 sind auf den horizontalen Trennwänden 6 starr befestigt und stützen sieh auf der Innenfläche des Mantels ab. Wie aus Fig. 1 ersichtlich istg "befinden sich die Schraubenbolzenanordnungen 11 auf zwei verschiedenen Höhen in einer Stellung miiBch&n, den Ebenen;; auf denen die Schraubenbolzen 10 angeordnet sind»

Nach Fig. 2 weist e.lu Schraubenbolzen 10 ©Inen Gewindescliaft 12 auf, der In eiDt-; In einer Bohrung 14 dos Mantels 3 eingesetzte Gewindcruuffe 1.⁷J elngeGchpaiifot istc Der Mantel 3 ist auf seinen beiden Seiten. Mit sdnsr Beschichtung 15 aus Stahl

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umkleidet. Die Bohrung 14 weist auf jeder Seite des Mantels eine ringförmige Verbreiterung auf, in die ein Ring 16 eingesetzt ist. Die Ringe 16 sind mit der Muffe 13 und der Beschichtung 15 durch elektronische Schweißung verbunden. Das Grundmaterial des Mantels 3 ist relativ billig, während die Elemente 13% 15 und 16 aus nicht korrodierendem Metall bestehen.

Das Gehäuse 1, das auf der Innenseite mit einer Beschichtung 17 ausgekleidet ist, weist gegenüber dem Schraubenbolzen bzw. Gewindeschaft 12 einen Ansatz oder eine Auftragsschweißung ^S mit einer bearbeiteten Flache 19 auf. Auf dieser Fläche liegt ein Anschlagelement 20 an, aas als Sitz oder Widerlager für den Schaft- 12 des achrmiber.i'bolaeris dient. Das Widerlager 20 besteht im wesentlichen aus eiaer rechteckigen Platte, die auf ihrer lonenseite (dor der a-ioaai 12 gegenüberliegenden Seite) eine-·. Rille aufweist_s o.i e aaroii eine zylindrische

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κ;·η' idei ist (Fig. 3).

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ä..:'· oliie Aussparung 22 oder ■-; i-'lcilte so an dein Vorsprung ■:.:.ι\·βΓα Umfang anliegt. Durch a-ν· Rj.e.inenten 18 und 20 :^;- e ei ektronische Ver- ;a Sj eibr-onenstrahlbündel ³i;:ci.e entlanggefülirt wird.

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fest eingespannt gehalten wird. Durch diese Einspannung kann der Mantel sehr wirksam vor Vibrationen geschützt werden, denen er aufgrund der sehr großen Zirkulationsgeschwindigkeit des Kühlmittels an den Eintritts- und Austrittsstellen 8 und 9 sowie längs des Ringraumes zwischen Mantel und Gehäuse ausgesetzt werden könnte.

Für den Aufbau der Schraubenbolzen 12 sind keine besonderen Erfordernisse insbesondere hinsichtlich der G_enauigkeit zu berücksichtigen, weil es sich um in ihrer Stellung einstellbare Elemente handelt und diese Elemente alle Abstandsänderungen ausgleichen können, die sich durch den Aufbau zifischen der Innenfläche des Gehäuses und der Außenfläche des Mantels ergeben.

ilit den Gewindemuffen 13 und den Ringen 16 können diese Schraubenbolzen auf einem Mantel angebracht werden» der mit einer nicht korrodierenden Beschichtung umkleidet ist, und es liegt keine Begrenzung hinsichtlich deren Anwendung in der Masse aus nicht korrodierendem Metall vor.

Im Betrieb kann sich der Mantel in senkrechter Richtung unter dem EinfluiB der Temperatur frei verschieben. Während des Verschiebens gleiten die abgerundeten Enden 23 der Schraubenbolzen 12 längs der zylindrischen Flächen mit vertikaler Achse in den Rillen 21. Die Form dieser Rillen dient gleichfalls dazu, eine Verdrehung des Mantels zu verhindern.

Die auf der Außenseite einer Widerlagerplatte 20 ausgebildete Aussparung 22 verleiht dieser eine gewisse Aufnahmefähigkeit für eine elastische Deformation, so daß die Aufrechterhaltung der durch den Schraubenbolzen 12 ausgeübten Einspannkraft gewährleistet ist.

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Die Fig. 4 zeigt in einem Horizontalschnitt eine andere Ausführungsform eines Widerlagers oder Anschlags für einen Schraubenbolzen 12. Bei dieser Ausführungsform wird zunächst auf der Innenfläche des Gehäuses 1 ein kranzförmiger Ansatz oder eine Auftragsschweißung 24 ausgebildet, die man zur Ausbildung einer ebenen Ringfläche bearbeitet, auf der dann eine Hülse 25 aufgesetzt wird. Diese Hülse wird mit der Auftragsschweißung durch kreisförmigen Beschüß mit einem Elektronenstrahlbundel auf der Zwischenfläche zwischen den beiden Elementen verbunden. Der Elektronenstrahlbesch-^uß kann mit einer an sich bekannten Vorrichtung durchgeführt werden, die ein Elektronenstrahlbundel E längs der Achse der Hülse emittiert und in der Transversalebene der Zwischenfläche mittels einer Ablenklinse umlenkt. Die Verschweißung wird somit im Innern der Hülse 25 vorgenommen. Hierauf wird j in die Hülse eine Scheibe 26 eingesetzt und durch kreis- ! förmigen Beschüß mittels eines Elektronenstrahlbündels auf der Zwischenfläche zwischen dem Rand der Scheibe und der Innenfläche der Hülse verschweißt. Die dem abgerundeten ' Ende 23 des zugeordneten Schraubenbolzens 12 zugekehrte Seite der Scheibe weist eine Rille 21 entsprechend der oben beschriebenen auf, welche die Form eines Zylinderaus- ; Schnitts mit senkrechter Achse hat. Die Scheibe 26 ist in ι Fig. 5 perspektivisch dargestellt. !

Die Fig. 6 zeigt in einem Vertikalschnitt eine Anordnung 11 ! mit einem Schraubenbolzen 27, durch den auf den. Mantel 3 durch Anlage auf der Umkleidung 5 des Reaktorkerns eine Einspannkraft ausgeübt wird. Der Schraubenbolzen 27 mit horizontaler Achse ist in einem Block 28 mit Gewindebohrung eingesetzt, der auf einer horizontalen Trennwand 6 der Umkleidung, 5 aufliegt. Der Block 28 ist auf seiner Unterseite mit einem Zapfen 29 versehen, der in eine Bohrung der Trennwand 6 eingesetzt und durch elektronische Verschweißung 30 auf der Zwischenfläche zwischen diesem Zapfen und der Innenfläche

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der Bohrung befestigt ist. In der Umkleidung 5 ist eine Bohrung 31 ausgebildet, in. deren Achse der Schraubenbolzen 27 angeordnet ist, so daß er vom Innern der Umkleidung aus betätigt werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können in besonders wirksamer ¥eise die Gefahren des Auftretens von Vibrationen am inneren Aufbau von nuklearen Anlagen beseitigt werden, die unter dem Einfluß der besonders heftigen turbulenten Strömung des in schnelle Zirkulation versetzten Kühlmittels sich ergeben. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Verbesserung der Anordnung und Befestigung dieses inneren Aufbaus, eine Vereinfachung dieser Arbeitsvorgänge und das Entfallen zahlreicher und zwingender Herstellungstoleranzen, wie sie durch die bisher übliche Verfahrensweise der Befestigung erforderlich waren.

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Claims (12)

-10-Patentansprüche

1.) Kernreaktor, gekennzeichnet durch einen Mantel (3) im Innern eines Gehäuses (1), der eine Umkleidung (5) des Reaktorkerns umgibt, und durch eine Feststelleinrichtung (10, 11) mit einstellbarer Druckkraft zur Aufrechterhaltung der Einspannung des Mantels in seiner Stellung, die am Gehäuse (1) und/oder an der Umkleidung (5) angreift.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schraubenbolzen (10, 12) vorgesehen sind, welche den Mantel (3) durchsetzen.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) aus auf beiden Seiten beschichtetem Metall besteht und die Schraubenbolzen (10, 12) in Muffen (13) eingeschraubt sind, die in Bohrungen (14) des Mantels angeordnet und mit der Beschichtung (ΐ5) verschweißt sind.

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4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (14) zur Aufnahme der Muffen (13) auf jeder Seite des Mantels (3) ringförmige Verbreiterungen aufweisen, in denen Ringe (16) eingesetzt sind, die durch Schweißen mit den Muffen und der Beschichtung (15) verbunden sind.

5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) auf der vertikalen Innenseite ein Widerlager (20) für die Feststelleinrichtung in der Form eines Schraubenbolzens aufweist.

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6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (20) plattenförmig ausgebildet ist und auf seiner Innenseite eine Rille (21) mit einer vertikalen zylindrischen Fläche aufweist.

7. Kernreaktor nach Anspruch .5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Widerlager (20) bildende Platte auf ihrer Außenseite mit einer Aussparung (22) versehen ist, welche der Gehäusefläche gegenüberliegt und auf dieser nur längs des Umfangs oder einem Teil des Umfangs aufliegt.

8. Kernreaktor nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (20) auf der bearbeiteten Fläche einer Auftragsschweißung (18) aufliegt, die auf der Innenfläche des Gehäuses (1) vorspringend ausgebildet ist, und mit dieser bearbeiteten Fläche durch ein Elektronenstrahlbündel verschweißt ist.

9. Kernreaktor nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlagerelement ein kreisförmiges Rohrstück (25) mit horizontaler Achse aufweist, das mit einem Ende auf einer ringförmigen bearbeiteten Fläche einer Auftragsschweißung (24) aufliegt, die auf der Innenfläche des Gehäuses (1) vorstehend ausgebildet ist, und am gegenüberliegenden Ende durch eine Scheibe (26) verschlossen ist, die auf ihrer Innenseite eine Rille (21) mit einer vertikalen zylindrischen Fläche für die Anlage des Endes (23) eines Schraubenbolzens (12) aufweist.

10. Kernreaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (25) mit der Auftragsschweißung (24) durch kreisförmigen Beschüß mit Elektronenstrahlbündel in einer Ebene senkrecht zur Achse des Rohrstückes und mit der Scheibe (26) durch kreisförmigen Beschüß mit einem axial gerichteten Elektronenstrahlbündel verschweißt ist.

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11. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Umkleidung (5) des Reaktorkerns eine Schraubanordnung (11) starr befestigt ist, die auf der Innenfläche des Mantels (3) angreift.

12. Kernreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubanordnung (11) einen Schraubenbolzen (27) aufweist» der in einem Block (28) eingeschraubt ist, welcher auf einer mit der Außenseite der Umkleidung (5) verbundenen Trennwand (6) aufliegt, wobei der Schraubenbolzen durch eine Bohrung (31) in der senkrechten Wand der Umkleidung (5) betätigbar ist.

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