DE3217166C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Deckelein­ heit für einen Kernreaktor.

Zweck der Erfindung ist es, mit konstruktiven Mitteln eine Verkürzung des Brennkraftaustauschzeiten bei kommerziellen Kern­ reaktoren herkömmlicher Bauweise zu ermöglichen.

Der zum Ausbau der oberen Konstruktionsteile eines solchen Kernreaktors erforderliche Zeit­ bedarf läßt einen häufigen Brennstoffaustausch nicht zu. Wegen der von den Reaktoreinbauten wahrzunehmenden Sicher­ heitsfunktionen und Tragfunktionen sind zahlreiche Bau­ teile derart miteinander zuammengebaut, daß die Inte­ grität der Konstruktion während des Reaktorbetriebs gewährleistet ist. Daher müssen zum Ausbau der Reaktor­ einbauten die einzelnen Komponenten oder Unterbaugruppen jeweils einzeln der Reihe nach von anderen Komponenten bzw. Unterbaugruppen abmontiert werden.

Diese zeitraubende Vorarbeit beginnt mit dem Ab­ klemmen der Verkabelung, welche den Steuerstabantriebs­ mechanismus mit den Überwachungs- und Regelungsorganen des Reaktors verbinden. Nach dem Abnehmen der Isolation des Reaktorbehälterdeckels müssen die Thermoelementenleitungen der Instrumentierung einzeln abgeklemmt werden. Sodann werden die Deckelmuttern mit einem Spezialwerkzeug gelöst und sodann mit den zugehörigen Stiftschrauben aus dem Behälterflansch ausgebaut. In einige der zur Aufnahme der Stiftschrauben dienenden Löcher des Behälterflansches werden Führungszapfen eingebaut, um beim späteren Wieder­ aufsetzen des Behälterdeckels eine genaue Deckelzentrierung zu erreichen, und die übrigen Schraubenlöcher werden mit Stopfen verschlossen. Der Behälterdeckel wird mittels eines ständig fest installierten Krans abgehoben und sodann langsam angehoben, während die Reaktorkammer mit boriertem Wasser geflutet wird. Nach dem Abnehmen des Behälter­ deckels werden die Steuerstabantriebsstangen einzeln von den zuhörigen Steuerstabgruppenanordnungen gelöst, die im Reaktorkern verbleiben. Schließlich werden die oberen Reaktoreinbauten und die Steuerstabantriebsstangen unter Verwendung einer Hebevorrichtung vom Reaktorbehälter ab­ gehoben. Durch diesen abschließenden Abhebevorgang wird der Reaktorkern freigelegt. Diese langwierigen Montage­ arbeiten finden nach dem Brennstoffaustausch beim Wieder­ einbau der einzelnen Komponenten im umgekehrter Reihen­ folge statt. Der Brennstoffaustausch erfordert daher ins­ gesamt einen Zeitbedarf von etwa drei bis sechs Wochen.

Eine Auswertung der Kosten eines Brennstoffaus­ tauschs eines Kernreaktors im Hin­ blick auf die Reaktorstillstandszeit zeigte die große wirtschaftliche Notwendigkeit einer Reduzierung des für den Brennstoffaustausch erforderlichen Zeitbedarfs. Die zunächst unternommenen diesbezüglichen Anstrengungen führten zur Konstruktion eines neuen Reaktors, der als Brennstoffschnellaustausch-Reaktor bezeichnet wurde. Diese in der US-PS 41 58 599 grundsätzlich beschriebene neue Reaktorkonstruktion sieht die Zusammenfassung aller Komponenten und Unterbaugruppen des oberen Konstruktions­ bereichs eines Kernreaktors zu einer einzigen integrierten Deckeleinheit vor. Diese integrierte Deckeleinheit kann dann mit der gesamten, daran belassenen Verkabelung und Kabelhalterung abgehoben werden, wie in der US-PS 38 36 430 beschrieben ist, um den Reaktorkern freizulegen.

Die US-PS 38 36 429 beschreibt die Zusammenfassung von Einzelkomponenten des oberen Konstruktionsbereichs eines Kernreaktors zur Realisierung der integrierten Deckel­ einheit des Brennstoffschnellaustausch-Reaktors. Während des Brennstoffaustauschs verbleiben alle Komponenten und Unterbaugruppen, die bei der herkömmlichen Reaktorbauart einzeln nacheinander aus dem Reaktorbehälter ausgebaut werden, fest mit dem Behälterdeckel des Brennstoffschnellaustausch- Reaktors die gesamte Verkabelung, alle den oberen Reaktor­ einbauten zugeordneten Komponenten, nämlich beispielsweise die obere Tragplatte, die Tragsäulen und die obere Kern­ platte, die Steuerstabantriebsmechanismen und die Steuer­ stabantriebsstangen. Die Steuerstabgruppen werden ebenfalls als Teil der integrierten Deckeleinheit der Brennstoff­ schnellaustausch-Reaktorkonstruktion ausgebaut.

Diese bekannte Brennstoffschnellaustausch-Reaktor­ konstruktion erfordert aber beträchtliche konstruktive Änderungen gegenüber der herkömmlichen Reaktorbauweise, um die Befestigung der oberen Reaktoreinbauten am Behälterdeckel im Sinne der Herstellung einer ausreichend stabilen Kon­ struktion zu ermöglichen. Infolgedessen läßt sich diese Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion nicht als mit der übrigen Konstruktion vorhandener Kernreaktoren in herkömmlicher Bauweise zusammenpassender Teilersatz der entsprechenden Baugruppen dieser Reaktoren ausführen. Infolgedessen läßt sich damit das Problem langer Brennstoffaustauschzeiten bei bereits in Betrieb befindlichen und gegenwärtig noch im Bau befind­ lichen Kernreaktoren nicht lösen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Deckeleinheit zu schaffen, die im Zusammen­ hang mit der übrigen Konstruktion von Kernreaktoren in herkömmlicher Bauweise einsetzbar ist und bei solchen Kern­ reaktoren einen schnellen Brennstoffaustausch ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Deckeleinheit für einen Kernreaktor gemäß der Erfndung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Deckeleinheit, welche zahlreiche Komponenten und Unterbaugruppen der oberen Reaktorkonstruktion zusammen­ faßt und in einem einzigen Abhebevorgang vom Reaktor­ behälter abgehoben werden kann, ist der zum Brenn­ stoffaustausch eines herkömmlichen Kernreaktors erforderliche Zeitbedarf beträchtlich verkürzt. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben, die in perspektivischer Darstellung eine Deckeleinheit zeigt.

Die wesentlichen Komponenten der in der Zeichnung dargestellten Deckelein­ heit für einen Kernreaktor umfassen den Behälterdeckel mit den Steuerstabantriebsmechanismen, eine Hebevorrichtung, eine Fangplatte, Hebestangen, einen Kühlmantel, ein Kabelanschlußbrett und die Verkabelung, Kühlgebläse, einen Bedienungsstand und Windeneinheiten. Die nachstehende Erläuterung bezieht sich auf eine Zusammenfassung dieser Komponenten zu einer verbesserten Deckeleinheit für einen Kernreaktor in herkömmlicher Bauweise. Es ist jedoch zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Deckeleinheit im Gegensatz zu der obenerläuterten bekannten Brennstoff­ schnellaustausch-Reaktorkonstruktion kein oberes Einbauten­ paket und keine Steuerstabanordnungen umfaßt, da die Ein­ beziehung dieser Unterbaugruppen größere konstruktive Änderungen des Reaktorbehälters der herkömmlichen Bauart er­ fordern würde.

Die Zeichnung zeigt eine Deckel­ einheit. Eine dreibeinige Hebevorrichtung 12 ist mittels Bolzen an einer Fangplatte 14 befestigt. Die Fangplatte 14 sitzt auf drei Hebestangen 16, die ihrerseits am Reaktor­ behälterdeckel 18 befestigt sind. Bei der Fangplatte 14 handelt es sich grundsätzlich um eine schwere verstärkte Stahlplatte zum Niederhalten und Abfangen der Steuerstab­ antriebsgehäuse im Falle eines größeren Problems.

Ein Kühlmittel 20 ist unmittelbar auf der Oberseite des Behälterdeckels montiert und umschließt die Steuerstab­ antriebsmechanismen 22, welche das Einschieben und Herausziehen der Steuerstabgruppen in den und aus dem Reaktorkern steuern. Der Kühlmantel 20 stellt ein Haupt­ tragteil der Deckeleinheit dar und bildet gleichzeitig eine Umfassung zur Herstellung einer kühlenden Umgebung für die Steuerstabantriebsmechanismen 22. Unmittelbar an dem Kühlmantel 20 sind Kühlgebläse 24 montiert. Die Hebelstangen 16 sind in den Kühlmantel 20 eingebunden, um der Konstruktion zusätzliche Steifigkeit zu verleihen und um die Hubkraft von der Fangplatte 14 auf den Behälter­ deckel 18 zu übertragen. Die Verkabelung 26 ist vom oberen Ende des Steuerstabantriebsmechnismen um das obere Ende der integrierten Deckeleinheit 10 herum zu einer An­ schlußplatte 28 geführt, die seitlich an der Deckeleinheit angeordnet ist. Von der Anschlußplatte 28 ist die Ver­ kabelung über ein Kabelbett 30 zu den betreffenden Kabel­ anschlüssen geführt.

Das Kabelbett 30 ist kürzer als das entsprechende Kabelbett der bekannten Brennstoffschnellaustausch-Reaktor­ konstruktion, um der besonderen Geometrie der Reaktor­ anlagen in herkömmlicher Bauweise zu entsprechen. Das Kabelbett ist mit seinem reaktorseitigen Ende am Kühlmantel 20 ge­ haltert und mit seinem anderen Ende auf nicht dargestellten Halterungen an einer Wand eines Dampferzeugers abgestützt. Im Zuge der Brennstoffaustauscharbeiten wird die Ver­ kabelung 26 an der Anschlußplatte 28 gelöst und verbleibt auf dem Kabelbett 30. Das Kabelbett 30 kann dann vom Reaktorbehälter weggeklappt werden. Diese Anordnung unter­ scheidet sich von der Kabelbettanordnung des Brennstoff­ schnellaustausch-Reaktors, bei welchem die Reaktorkammern derart besonders gestaltet ist, daß das Kabelbett während des Brennstoffaustauschs fest an der Deckeleinheit ver­ bleiben kann.

Der Kühlmantel 20 ist aus vier Abschnitten zusammen­ gesetzt, die miteinander verschraubt sind, während bei der Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion nur drei Abschnitte vorgesehen sind. Der untere Kühlmantel­ abschnitt 20a ist unmittelbar auf der Oberseite des Behälter­ deckels 18 angeschraubt. Er weist eine Vielzahl von Klappen 32 auf, die den Zugang zur Behälterdeckel­ isolation und zu den nicht dargestellten Thermoelementen­ säulen der Instrumentierung zu Wartungszwecken ermöglichen. Außerdem trägt der untere Kühlmantelabschnitt 20a nicht dargestellte Leitbleche, welche die Steuerstabantriebs­ mechanismen 22 umgeben und zur Strömungsleitung der Kühl­ luft dienen.

Der mittlere Kühlmantelabschnitt 20b ist mit dem oberen Ende des unteren Abschnitts 20a verschraubt. Dieser mittlere Abschnitt 20b trägt wiederum Leitbleche sowie eine Windentragkonstruktion 34, die zwei um den mittleren Kühlmantelabschnitt 20b herum verlaufende Schienen auf­ weist, von denen eine äußere Schiene die Haupttrag­ rollen 36 der Windeneinheiten 38 trägt und die innere Schiene als Gegenstütze für die Windeneinheiten 38 dient. Die Windeneinheiten 38 werden zur Handhabung von Deckel­ schrauben-Spannwerkzeugen und Deckelschrauben-Abhebe­ werkzeugen beim Brennstoffaustausch verwendet.

Der obere Kühlmantelabschnitt 20c ist mit dem oberen Ende des mittleren Abschnitts 20b verschraubt und trägt wiederum nicht dargestellte Leitbleche sowie eine Anzahl von Kühlgebläsen 24 für die Steuerstabantriebsmechanismen. Die Kühlgebläse 24 zirkulieren Luft durch den Kühlmantel 20 zur Abführung von Wärme von den Steuerstabantriebsmechanis­ men 22.

Eine Plattform 20d, die den oberen Kühlmantelab­ schnitt 20c umschließt, dient zur Halterung der Ver­ kabelung 26 zur Speisung der Steuerstabantriebsmechanis­ men und der Instrumentierung. Die Kabel der Steuerstab­ antriebsmechanismen 22 und der nicht dargestellten Thermo­ elemente verlaufen entlang nicht dargestellter Kabel­ halterungen zur Plattform 20d. Die gesamte Verkabelung läuft zur Anschlußplatte 28, welche das Kabelbett 30 mit der Plattform 20d verbindet. Die Verwendung der Plattform 20d und der Anschlußplatte 28 erleichtert ein schnelles Lösen und Wiederanschließen des Kabel­ bettes von der bzw. an die Deckeleinheit, was bei der Brennstoffschnellaustausch-Reaktorkonstruktion nicht erforderlich ist.

Die drei vertikalen Hebestangen 16 sind mittels Bolzen am Behälterdeckel 18 und außerdem jeweils an zwei Stellen entlang ihrer Länge am Kühlmantel 20 befestigt. Sie dienen zur Übertragung einer von einem Kran auf die Fangplatte 14 ausgeübten Hubkraft auf den Behälterdeckel 18. Die Hebestangen 16 können sich vertikal etwas relativ zum Kühlmantel 20 bewegen, sind jedoch gegen eine Querbewegung in horizontaler Richtung festgelegt. Am oberen Ende 42 sind die Hebestangen 16 jeweils mit einer geschoßartig abgerunde­ ten Spitze versehen, um eine Führung beim Aufsetzen der Fangplatte 14 auf die Hebelstangen 16 zu erreichen.

Die Fangplatte 14 ist als kreisrunde ebene Platte 44 ausgebildet, die mit Hubösen 46 verschraubt sind, an welchen die Hebevorrichtung 12 mittels Bolzen befestigt ist. Die ebene Platte 44 ist mit einer Vielzahl abgefaster Bohrungen 48 zur Aufnahme von Gehäuseansätzen 50 der Steuerstab­ antriebsmechanismen versehen. Durch diese Anordnung wird eine seitliche Abstützung der Steuerstabantriebsmechanis­ men 22 erreicht und verhindert, daß im Fall eines größeren Bruches irgendein Teil der Mechanismen 22 die nicht darge­ stellte Reaktorkammerwand durchdringt. Die Bohrungen 48 der Fangplatte 14 sind zur Erleichterung des Einbaus abgefast. Die Ausbildung der Fangplatte 14 der beschriebenen Deckeleinheit 10 als angeschraubte ebene Platte unterscheidet sich von der geschweißten eier­ kistenartigen Gitterkonstruktion der Fangplatte der bekannten Anordnung. Die Gestaltung als angeschraubte ebene Platte erleichtert die Herstellung der Fang­ platte 14, bildet eine zweckmäßigere und größere Sicherheit bietende Standfläche für Bedienungspersonal, und läßt die Berücksichtigung besonderer Schweißvor­ schriften entfallen.

Ein unmittelbar an der Fangplatte 14 angeschraubter Bedienungsstand 52 bietet einen sicheren und zweckmäßigen Zugang zur Huböse der Hubvorrichtung 12 zum Anhängen an einen nicht dargestellten Kranhaken.

Die beschriebene Deckel­ einheit stellt also eine zweckmäßige kompakte Konstruktion dar, mit welcher eine Verkürzung der Reaktorstillstands­ zeit und eine Verringerung der erforderlichen Arbeits­ kräfte durch Reduzierung der Anzahl der beim Brennstoff­ austausch am Reaktor vorzunehmenden Demontage- und Wieder­ montagearbeiten erreicht wird.

Claims (6)

1. Integrierte Deckeleinheit für einen Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Komponenten zu einer einzigen integrierten Baueinheit (10) zusammengefaßt sind: Ein Druckmittelbehälter (18) zum dichten Abschluß eines Reaktorbehälters, Steuerstabantriebs­ mechanismen (22) zur Steuerung der Stellung von Steuer­ stabgruppen innerhalb des Reaktorkerns, ein Kühlmittel (20), der die Steuerstabantriebsmechanismen umschließt, eine Fangplatte (14) zur seitlichen Abstützung der Steuerstab­ antriebsmechanismen (22) und zur Verhinderung eines Heraus­ schleuderns eines Steuerstabantriebsmechanismus Krananhängemittel (12) zwecks Ab­ hebens der Deckeleinheit bzw. Aufsetzen derselben vom bzw. auf den Reaktorbehälter, eine Mehrzahl vertikaler Hebestangen (16), welche die Krananhängemittel (12) mit dem Druckbehälter (18) verbinden, eine Anzahl von Winden­ einheiten (38) zur Handhabung von Spann- und Ausbauwerk­ zeugen für die Deckelschrauben, eine Tragkonstruktion (34, 36) für die Windeneinheiten, eine Anzahl von an dem Kühlmantel (20) befestigten Kühlgebläsen (24) zum Er­ zeugen einer Kühlluftströmung durch den Kühlmantel, eine Kabelanschlußplatte (28), die mit einem die Verkabelung zur Deckeleinheit führenden Kabelbett (30) in schnell lösbarer Weise verbindbar ist, und eine Kabelführung (20d), welche die Kabel zwischen der Kabelanschlußplatte und den Einführungsstellen in den Kühlmantel führt.

2. Deckeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kühlmantel (20) aus einer Mehrzahl über­ einander gesetzter und miteinander verschraubter Abschnitte (20a, 20b, 20c) zusammengesetzt ist, deren unterer Ab­ schnitt (20a) eine Anzahl von Wartungsklappen bzw. -türen für den Zugang zu den innerhalb des Kühlmantels befindlichen Komponenten aufweist.

3. Deckeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangplatte (14) als ebene Platte mit einer Vielzahl abgefaster Bohrungen ausgebildet ist, welch letztere das Aufsetzen der Fangplatte auf die Steuerstabantriebsmechanismen erleichtern, und daß die Fangplatte den oberen Abschluß der vom Kühlmantel (20) gebildete Umfassung bildet.

4. Deckeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krananhängemittel (12) ein dreibeiniges Hebegestell aufweisen, das an der Fangplatte (14) befestigt ist und an seinem oberen Ende eine Öse zur Aufnahme des Kranhakens aufweist.

5. Deckeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Hebestangen (16) an ihrem oberen Ende jeweils eine das Aufsetzen der Fang­ platte erleichternde, geschoßförmig abgerundete Spitze (42) haben.

6. Deckeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion (34, 36) für die Windeneinheiten (38) zwei konzentrische Ring­ schienen aufweist, welche um den Kühlmantel (20) herum verlaufen und an diesem befestigt sind.