DE2644261A1

DE2644261A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2644261A1
Application number: DE19762644261
Authority: DE
Inventors: Roger Aubert; Jacques Baujat
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1977-04-14
Also published as: FR2326766B1; US4081325A; PH12719A; JPS5243098A; FR2326766A1; CA1074026A; GB1520212A

Description

PATENTANWÄLTE

A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

DR-INCl

W. STOCKMAIR

K. SCHUMANN

DR HER NAT. - CWL-FHVS.

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

CR HERNAT.

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P Λ0 835

30. Sept. 1976

COMMISSARIAT A L¹EKERGIE ATOMIQUE

29, rue de la Federation, F-75752 Paris, Franrkeich

Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit von einem Druckbehälter umgebenen Inneneinrichtungen und betrifft insbesondere eine verbesserte Anordnung eines Reaktorkerns in einem Druckbehäler, welche gleichzeitig als Wärmeschild wirksam ist und eine Prüfung der Innenflächen des Druckbehälters ermöglicht.

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Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere für Druckwasserkernreaktoren begrenzter Leistung, d.h. für Reaktoren mit einem Reaktorkern von relativ niedrigem Gewicht.

Der Druckbehälter umgibt den Reaktorkern .und ist von primärem Kühlwasser durchströmt·. Er hat einen zylindrischen Körper, v/elcher unten durch einen angeschweißten Boden verschlossen ist und oben einen abnehmbaren Deckel hat, welcher das Beschicken und Entleeren des Kerns ermöglicht.

Der Druckbehälter hat einen größeren Durchmesser als der Reaktorkern, und der dadurch freibleibende Raum ist mit primärem Kühlwasser gefüllt, welches als Reflektor wirksam ist und für die Kühlung sorgt. Ein aus ringförmigen Teilen aus Metall geformter Hitzeschild absorbiert wenigstens einaaTeil der vom Reaktorkern ausgehenden Gammestrahlung.

Die Wandstärke des Druckbehälters ist für die Aufnahme der hohen Drücke des primären Kühlwassers ausgelegt. Für die Herstellung des Druckbehälters wird gewöhnlich ein niedrig legierter Stahl verwendet, und zum Schutz gegen durch das unter Druck umgewälzte primäre Kühlwasser verursachte Korrosion werden die Innenflächen mit einer Schicht aus rostfreiem Stahl bekleidet.

Ein Druckbehälter mit einem solchen Aufbau ist erfahrungsgemäß widerstandsfähig gegen die hohen Temperaturen zwischen ca. 280 und 300 ⁰C und die hohen Drücke von ca. 150 Bar des Kühlwassers.

Der Druckbehälter muß in regelmäßigen Zeitabständen untersucht werden, um an den Schweißnähten zwischen seinen einzelnen Teilen sowie an der rostfreien Auskleidung auftretende Schäden zu entdecken bzw. ihre Entwicklung zu beobachten.

Bei bekannten Reaktoren muß für eine solche Inspecktion der Reaktorkern und die übrige Inneneinrichtung des Druckbehälters ausgebaut werden. Der Ausbau und der spätere Wiedereinbau der

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inneren Einrichtungen, also der Reaktorkerns, des Hitzeschilds usw. nummt sehr viel Zeit in Anspruch, macht ein äußerst sorgfältiges und genaues Arbeiten notwendig und erfordert für die Arbeit selbt sowie zur biologischen Abschirmung sehr aufwendige Yorrichtungen.

Im Inneren des Druckbehälters ist der Reaktorkern von einem zylindrischen Mantel umgeben, zwischen welchem und der Innen-· fläche des Druckbehälters ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden ist, welcher sich vom Boden des Reaktorkerns bis an sein oberes Ende erstreckt.

Zum Auswechseln des Reaktorkerns werden der Deckel sowie das obere zylindrische Teil des Druckbehälters und das obere Stützgitter abgenommen. Bei bekannten Ausführungen erfordert eine Inspektion der Innenflächen des Druckbehälters den Ausbau des gesamten Reaktorkerns mit seinem Mantel.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kernreaktors der genannten Art, bei welchem eine Inspektion der Innenflächen des Druckbehälters ohne Ausbau von dessen Inneneinrichtungen möglich ist, so daß also keine aufwendigen biologischen Schutzeinrichtungen zum Abdecken der ausgebauten Inneneinrichtungen notwendig sind. Dadurch lassen sich die Betriebsunterbrechungen des Reaktors wesentlich verkürzen, was die Konkurrenzfähigkeit der Kernenergie gegenüber anderen Arten von Energie erheblich verbessert.

Gemäß der Erfindung ist bei jedem Auswechseln des Brennstoffs eine Inspektion des Druckbehälters möglich, was jedoch bei bekannten Reaktoren eine übermäßig lange Betriebsunterbrechung nach sich zöge.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Kernreaktor mit einem Druckbehälter, welcher eine senkrechte Achse und einen Boden aufweist und oben durch einen Deckel verschlossen ist, vorgesehen, daß er einen den Reaktorkern umgebenden zylindrischen Mantel auf-

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weist, zwischen weichein und dem Druckbehälter ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden ist, daß der Mantel einen den Reaktorkern tragenden Boden und einen oberen Rand hat, daß der obere Rand des Mantels von einem damit konzentrischen Tragring utageben und mit diesemj'-.über radiale Stege verbunden ist, daß der Tragring auf einer an der Innenfläche des Druckbehälters vorhandenen Stufe ruht, daß zwischen dem Mantel, dem Tragrung und den Stegen Durchlässe für Prüfvorrichtungen vorhanden sind und daß der Mantel an seiner Außenseite Einrichtungen zum Führen und Fortbewegen der Prüf vorrichtungen hat.

In einer vorteilhaften Ausführungsform hat der den Kern umgebende Mantel oben einen Deckel, welcher von einem dem Tragring des Mantels entsprechenden und über Stege damit verbundenen Ring umgeben ist, wobei der Ring des Deckels auf dem Tragring des Mantels aufliegt.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktormantel an seiner dem Druckbehälter zugewandten Außenfläche eine Anzahl von ringförmigen, lotrecht zu seiner Achse angeordneten Schienen für die Führung eines sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des Druckbehälters erstreckenden senkrechten Trägers, entlang welchem ein der Innenfläche des Druckbehälters zugewandtes Prüfgerät mittels eines dazu gehörigen Bewegungsantriebs und zusammen mit diesen verschieblich geführt ist.

Bei dieser Ausführungsform ist der Reaktormantel feststehend angeordnet und das Prüfgerät beweglich geführt.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist an der Außenseite des Reaktormantels eine senkrechte Führungsschiene angebracht, entlang welcher ein der Innenfläche des Druckbehälters zugewandtes Prüffgerät mittels eines dazu gehörigen Bewegungsantriebs und zusammen it diesen verschieblich geführt ist, und am Boden des Reaktormantels steht in Verlängerung von dessen Achse ein Lagerzapfen hervor, welcher mit einem Lager am Boden

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des Druckbehälters zusammenwirkt, so daß sich der Mantel heben und senken sowie um seine lotrechte Achse drehen läßt.

In dieser Ausführungsform erfolgt die Bewegung des Prüfgeräts durch Drehen des Kernmantels und des damit verbundenen Geräts»

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Ansicht eines Druckwasserreaktors in senkrechtem Schnitt,

S¹Ig. 2 eine Draufsicht auf das obere Ende eines Kernmantels,

Pig. 3 eine Schnittansicht des Anschlusses einer Heißwasserleitung am Reaktormantel, .

Pig. 4 eine senkrechte Schnittansicht einer Yorriehtung zum Anheben des Reaktormantels und

Pig. 5 eine Teilansicht eines Reaktors -in senkrechtem Schnitt mit einer anderen Ausführungsform von Pührungseinrichtungen für ein Prüfgerät.

Pig. 1 zeigt in senkrechtem Schnitt einen Druckbehälter 2 für einen Kernreaktor mit erfindungsgemäßen Inneneinrichtungen. Der Druckbehälter 2 hat eine aus ringförmigen Heilen 4, 6 zusammengesetzte zylindrische Wandung und einen gewölbten Boden 8. Die Teile sind durch Schweißnähte 10, 12 miteinander verbunden.

Oben ist der Druckbehälter 2 mit einem mittels Schrauben 16 befe stigten Deckels 14 verschlossen. Perner hat der Druckbehälter wenigstens einen Stutzen 18 für den Anschluß einer primären Kühlmittelleitung 20.

Im Inneren enthält der Druckbehälter einen von einem Mantel umgebenen Reaktorkern 25· Der Mantel 22 hat einen Boden 24, auf

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welchem der Reaktorkern 25 ruht, und welcher von Durchlässen durchsetzt ist, so daß das primäre Kühlmittel von unten nach oben hindurchströmen kann. Zwischen dem Kernmantel 22 und der Wandung des Druckbehälters ist ein ringförmiger Zwischenraum 23 vorhanden. - ·

Gemäß der Erfindung ist der Kernmantel 22 an einer an der Innenwandung des Druckbehälters gebildeten Stufe 26 aufgehängt. Dazu dient ein auf der Stufe 26 ruhender Tragring 28, welcher über radiale Stege 30 fest mit dem oberen Ende des Kernmantels verbunden ist (Fig. 2). Zwischen dem Mantel 22, dem Tragring und den Stegen 30 sind einzelne weite Durchlässe 32 vorhanden. Ein über dem Mantel;.22 angeordnetes Gitter 34- &at einen sich auf dem Tragring 28 abstützenden zweiten Tragring 36-, mit welchem es über radiale Stege 38 fest verbunden ist. Die Stege 30 und 38 verlaufen jeweils übereinander, so daß die von ihnen begrenzten Durchlässe miteinander fluchten. Der Boden 24 des Mantels 22 hat einen axial hervorstehenden Lagerzapfen 40, welcher mit einem Lager 42 am Boden des Druckbehälters 2 zusammenwirkt, so daß sich der Mantel wie nachstehend erläutert um ein kleines Stück heben und senken läßt.

Dank der vorstehend beschriebenen Ausführung des Kernmantels ist der ringförmige Zwischenraum 23 nach Abnahme des Deckels über die Durchlässe 32 direkt zugänglich, so daß es möglich ist, den Druckbehälter insbesondere mittels Ultraschall zu überprüfen.

In einer ersten Ausführung hat der Kernmantel 22 an seiner Außenseite eine sich über seine gesamte Höhe erstreckende Führungsschiene 44 für ein Prüfgerät 46, beispielsweise ein Ultraschall-Prüfgerät. Für die Auf- und Abbewegung des Prüfgeräts 46 über die Höhe des Druckbehälters dient eine Anordnung etwa aus einer mit der Führungsschiene verbundenen Zahnstange und einem mit dem Gerät verbundenen Ritzel. Damit läßt sich das Gerät insbesondere an die Schweißnähte 10, 12 heranführen. Der Kern-

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mantel kann dabei leicht angehoben und dann um den Lagerzapfen 40 herum gedreht werden, um das Gerät 46 auf diese Weise in einem vollen Umlauf an den Schweißnähten 10, 12 entlangzuführen.

Das Anheben und Drehen des Kernmantels 22 geschieht mittels einer nach Abnahme des Deckels 14 auf den Druckbehälter 2 aufsetzbaren Vorrichtung (Pig. 3). Die Vorrichtung 50 hat ein Gehäuse 52, welches sich mit vier Füßen 54- auf dem oberen Hand des Druckbehälters abstützt. Die Füße können mittels Schrauben in den für die Befestigung des Deckels 14 vorhandenen Schraub- · löchern auf dem Behälter befestigt sein. Die Vorrichtung hat ein Tragstück 58 mit vier Armen 60. Diese haben am freien Ende jeweils eine Gabel 62 zum Umgreifen jeweils eines der radialen Stege JO. Zum Verbinden des Tragstücks 58 mit dem Kernmantel dienen Bolzen 64, welche in miteinander fluchtende Bohrungen 66, 68 in den Gabeln 62 bzw. Stegen 30 eingeführt werden.

Das Tragstück 58 sitzt an einer senkrechten Welle 70? welche sich mit dem oberen Ende auf einem Drucklager 74- abstützt. Dieses sitzt in einem innerhalb des Gehäuses 52 senkrecht beweglich geführten Block 76. Dieser enthält einen Motor mit einem Ritzel 80, welches mit einem auf der Welle 70 befestigten Zahnrad 82 kämmt, so daß der Motor die Welle um eine senkrechte Achse in Drehung versetzen kann.

Der Block 76 enthält ferner ein Führungslager 84 für die Welle und ist mittels eines Zahnstangentriebs 86 im Gehäuse auf und ab bewegbar.

Die beschriebene Vorrichtung dient dazu, den Kernmantel 22 mittels des Zahnstangentriebs 86 und unter Führung durch den Lagerzapfen 40 zunächst um ein kleines Stück anzuheben und ihn dann, ' weiterhin unter Führung durch den Lagerzapfen 40, um seine senkrechte Achse zu drehen.

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Dazu muß jedoch zunächst· die Verbindung zwischen dem Mantel und der Leitung 90 gelöst werden. Die Leitung 90 ist innerhalb des Stutzens 18 und des daran angeschlossenen Rohrs 20 angeordnet und mündet über einen Durchlaß 92 in das obere Teil des Kernmantels 22. Sie dient dazu, das Heißwasser den primären Wärmetauschern und Umwälzpumpen zuzuführen.

Eine Verbindung zwischen der" Leitung 90 und dem Kernmantel 22 ist in 3?ig. 4· dargestellt. Die Leitung 90 setzt sich zusammen aus einem Rohr 94-, einer daran anschließenden Muffe 96 und einem im Durchlaß 92 des Mantels 22 befestigten Anschlußstutzen 98.

Der Stutzen 98, die Muffe 96 und das Rohr 94· sind so ineinandergesteckt, daß sich die Muffe zum Ausgleich von Wärmedehnung und -schrumpfung frei verschieben kann. Mit dem Stutzen 98 ist die Muffe 96 durch einen Querbolzen 100 verbunden. Der Durchlaß 92 ist von einer in der Wandung des Mantels 22 gebildeten Ringnut 102 umgeben, in welche ein am inneren Ende des Stutzens rückwärts hervorstehender Steg 104- greift. Zum Festhalten des Stutzens 98 am Kernmantel dient ein Schubring 106, welcher verschieblich in einer !Tut 108 eines den Durchlaß 92 halbkreisförmig umgebenden Wandvorsprungs 110 gehalten ist und den "Stutzen 98 so abstützt, daß er sich nicht in den Mantel 22 hineinschieben läßt. Mittels Schrauben 112 ist der Schubring am Stutzen 98 befestigbar. Im eingebauten Zustand ist der Schubring 106 in Verlängerung des Stutzens 98 von einem Durchlaß 107 durchsetzt.

Um vor dem Anheben des Kernmantels 22 die Verbindung zwischen ihm und der Leitung 90 zu lösen, werden zunächst die Schrauben entfernt und der Schubring 106 aus der Nut 108 hervorgezogen. Damit läßt sich der Stutzen 98 nun zusammen mit der Muffe 96 mittels eines (nicht gezeigten) GreifWerkzeugs, welches in Bohrungen 104- an der Innenseite des Stutzens greift, in den Mantel hineinziehen und dann aus dem Druckbehälter herausheben.

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in

Pig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Kernmantels 22, welche eine Untersuchung der gesamten Schweißnähte des Druckbehälters ermöglicht, ohne daß der Mantel 22 dazu angehoben und gedreht werden muß.

Der Kernmantel 22 selbst sowie seine Halterung im Druckbehälter ist in gleicher Weise ausgeführt wie in Pig. 1 und 2 dargestellt. Ein Unterschied besteht lediglich in den Einrichtungen für die Führung des Geräts 46 zum Untersuchen der Schweißnähte. Das untere Ende des Mantels 22 ist von einer ringförmigen Führungsschiene 120 umgeben, welche mittels Tragstützen 122 am Mantel befestigt ist. Das Prüf- oder Untersuchungsgerät 46 ist an einem aufrecht stehenden Träger 124 angeordnet, welcher durch einen der Durchlässe 32 in den ringförmigen Zwischenraum 23 einführbar ist und sich dann mit seinem unteren Ende auf der Führungsschiene 120 abstützt. Vorzugsweise ist das obere Ende des Kernmantels 22 von einer zweiten ringförmigen Führungsschiene 126 umgeben, auf welcher eine am oberen Ende des . Trägers 124 gelagerte Rillenrolle 128 läuft.

Das Untersuchungsgerät 46 ist mittels (nicht gezeigter) .Antriebseinrichtungen entlang dem aufrecht stehenden Träger 124 bewegbar. Der Träger 124 selbt ist unter Führung durch die Schienen 120, 126 um den gesamten Kernmantel herum bewegbar, so daß sich das Gerät an den Schweißnähten des Druckbehälters 2 entlangführen läßt.

Somit ermöglicht also die besondere Ausbildung der Halterungen für den Kernmantel eine mühelose Untersuchung der Innenflächen des Druckbehälters und insbesondere der die Teile desselben miteinander verbindenden Schweißnähte.

ORJGIiMAL INSPECTED

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Claims

Patentansprüche:

V1.) Kernreaktor mit einem Druckbehälter, welcher eine senkrechte Achse und einen Boden aufweist und oben durch einen Deckel verschlossen ist, sowie mit darin angeordneten Inneneinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine.^aIs "Kernmantel" bezeichnete zylindrische Wandung (22) aufweist, zwischen welcher und der Wandung des Druckbehälters (2) ein ringförmiger Zwischenraum (23) vorhanden ist, daß der Kernmantel einen Boden (24), auf welchem ein Reaktorkern (25) ruht, sowie einen oberen Rand aufweist, daß der obere Rand des Kernmantels von einem damit koaxialen und über radiale Stege (30) damit verbundenen Tragring (28) umgeben ist, welcher auf einer an der Innenwandung des Druckbehälters gebildeten Stufe (26) ruht, daß zwischen dem Mantel, dem Tragring und den Stegen Durchlässe für Untersuchungsgeräte (4-6) vorhanden sind und daß der Kernmantel an seiner Außenseite Einrichtungen (44; 120, 126) für die bewegliche Führung von Untersuchungsgeräten aufweist.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernmantel (22) an seinem oberen Ende durch einen Deckel (34) verschlossen ist, welcher von einem dem Tragring (28) des Mantels entsprechenden und auf diesem ruhenden, über radiale Stege (38) mit dem Deckel verbundenen Ring (36) umgeben ist«,
3- Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernmantel (22) an seiner dem Druckbehälter zugewandten Außenseite von ringförmigen, in zur Achse des Mantels lotrechten Ebenen verlaufenden Schienen (120, 126) umgeben ist, daß auf den Schienen ein; senkrechter, sich im wesentlichen über die Höhe des Druckbehälters erstreckender Träger (124) beweglich geführt ist und daß auf dem Träger eine bewegliche Einrichtung mit einem der Innenwandung des Druckbehälters zugewandten Untersuchungsgerät (46) und einem Bewegungsantrieb für dieses in Längsrichtung bewegbar geführt ist.

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4. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Kernmantels (22) eine senkrechte Führungsschiene (44) befestigt ist, auf welcher eine bewegliche Einrichtung mit einem der Innenwandung des Druckbehälters (2) zugewandten TJntersuchungsgerät (46) und einem Bewegungsantrieb für dieses in Längsrichtung bewegbar geführt ist, und daß am Boden (24) des Kernmantels in Verlängerung von dessen senkrechter Achse ein mit einem Lager (42) an der Innenseite des Bodens (8) des Druckbehälters zusammenwirkender Lagerzapfen (40) hervorsteht, welcher den Kernmantel bei senkrechten Bewegungen sowie bei Drehungen um seine senkrechte Achse führt.

5- Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernmantel (22) an seinem oberen Teil Einrichtungen (30, 68) für den Angriff einer Vorrichtung (50) zum Anheben und Drehen des Kernmantels nach Abnahme des Deckels (14) des Druckbehälters (2) aufweist.

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