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Aus Stahl bestehender, kugelförmiger Sicher-
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heitsbehälter fü Kernreaktoranlagen Die Erfindung betrifft~einen aus
Stahl bestehenden, kugelförmigen Sicherheitsbehälter für Kernreaktoranlagen, der
teilweise auf einem Betonfundament aufliegt und teilweise freistehend ausgeführt
ist, Betoneinbauten enthält und von Leitungen durchdrungen wird, wobei der Sicherheitsbehälter
durch rechtwinklig zu seiner Oberfläche orientierte Verankerungsglieder mit dem
Beton verbunden ist, die angrenzend an den Sicherheitsbehälter über einen Teil ihrer
Länge mit einer nachgiebigen Packung gegenüber dem Beton distanziert sind.
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Bei dem aus der DE-PS 2.551 595 bekannten Sicherheirtsbehälter sind
stabförmige Verankerungsglieder durch.
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den gesamten Beton geführt und mit Hilfe von Platten verspannt, die
auf der Außenseite des Betons zu beiden Seiten des Sicherlieitsbehälters vorgesehen
sind. Deshalb wird die Haltekraft, die Versetzungen zwischen den Betoneinbauten
und dem Sicherheitsbehäl't?r, insbesondere im rdbebenfall, verhindern soll, damit
die durch den Sicherheitsbehälter führenden Leitungen nicht bëschädigt werden, durch
diegesamte Betonschicht zu beiden Seiten des Sicherheitsbehälters übertragen. Die
Verankerungsglieder fallen deswegen groß aus. Dies ist angesichts der gewünschten
Vorspannkràft von 500 Mp an jeder Einspannstelle verhältnismäßig aufwendig.
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Die Erfindung sucht deswegen nach einer Verankerungs-
möglichkeit,
bei der die zu berücksichtigenden Kräfte einfacher, d.h. auf kürzerem Wege aufgenommen
werden können. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die Verankerungsglieder
nur in den durch den oberen und unteren Pol der Kugel verlaufenden Meridianebenen
rechtwinklig zur Oberfläche orientiert sind und quer zu diesen Ebenen innerhalb
des Betons verbreitert sind.
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Bei der Erfindung sind die Verankerungsglieder als "schlaffe Bewehrungen
ausgeführt, die nur für den Fall einer starken seitlichen Beanspruchung wirksam
werden. Dagegen ist zum Beispiel bei Aufweitungen, wie sie im Fall der Innendruckprobe
zur Dichtigkeitsprüfung des Sicherheitsbehälters auftreten, keine Festlegung gegeben,
weil die nachgiebige Packung in diesem Fall, in dem sich die Kugel von unten gesehen
gleichmäßig nach oben streckt, also in Richtung der durch den unteren und oberen
Pol verlaufenden Meridianebenen, für eine freie Beweglichkeit sorgt. Treten dagegen
Seitenkräfte auf, wie im Fall eines Erdbebens, so wirken die aus den Meridianebenen
herausführenden, also quer dazu verlaufenden Teile der .Verankerungsglieder als
Halteelement und sorgen damit für die Beibehaltung der Zuordnung der Leitungen zum
Sicherheitsbehälter, so daß Brüche ausgeschlossen sind. Dabei brauchen die Verankerungsglieder
nur so lang zu sein, wie Kräfte in den Beton eingeleitet werden sollen. Üblicherweise
werden dazu Längen von 1 m oder weniger genügen. Ferner kann die Verankerung im
Beton einfach gestaltet sein.
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Außerdem entfallen die Platten an der dem Sicherheitsbehälter abgekehrten
Seite von Betonfundament und -einbauten.
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Die Verbreiterung kann bei Stäben als Verankerungsglieder
durch
eine Neigung quer zu den Meridianebenen gebildet werden. Dabei können die Stäbe
abwechselnd gegenläufig geneigt sein, um eine gleichmäßige Beanspruchung zu erhalten,
so daß die Anordnung der Stäbe einem Jägerzaun ähnelt. Die Neigung beträgt 30 bis
600, vorzugsweise 450.
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Man kann als Verankerungsglieder aber auch Bleche verwenden, die quer
zu den Meridianebenen orientiert und mindestens 10 mal so breit wie dick sind. Die
Bleche können auch einen um einen Breitenkreis der Kugel verlaufenden Kragen bilden,
also sozusagen abstandslos aneinander gereiht sein. Dabei ist es günstig, wenn die
Kragen im Bereich der nachgiebigen Packung örtlich verjüngt sind, um elastisch-plastische
Gelenke zu bilden, die die Verformung bei Innendruckbeanspruchung erleichtern. Die
Verbindung erstreckt sich vorzugsweise über zwei konzentrische Ringbereiche. Ihre
Tiefe kann 5046 der Blechdicke betragen. Jedenfalls sollten die Ubergänge zur normalen
Blechdicke gut abgerundet sein. Ferner kann die "Beweglichkeit" der Kragen dadurch
verbessert werden, daß ihr dem unteren Pol zugekehrter Winkel in den Meridianebenen
um 1 bis 30 größer als 900 ist.
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Die Bleche können im Bereich von Schweißnähten der Kugel Ausnehmungen
aufweisen, um mit ihrer Befestigung nicht auf die Dichtigkeit der Schweißnaht der
Kugel einzuwirken. Vorzugsweise sind die Bleche oder Stäbe auf beiden Seiten der
Kugel fluchtend angeordnet, so daß die Haltekräfte zwischen dem Beton der Einbauten
und dem des Fundaments mit der geringst möglichen Beanspruchung des Sicherheitsbehälters
selbst aufgebracht werden.
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Im Hinblick auf die Dichtigkeit ist es ferner günstig, wenn die Bleche
oder Stäbe aus duktilem Werkstoff bestehen. Die Bleche sollten mit einer K-Naht
angeschweißt sein.
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Die der Kugel abgekehrten Enden der Verankerungsglieder können vorteilhaft
Armaturen zur formschlüssigen Verbindung mit Armierungseisen aufweisen. Solche Armierungseisen
sind zumeist in Form von Stäben ausgebildet. Deshalb ist es günstig, wenn die Armaturen
angeschweißte Bleche mit Bohrungen zum Einstecken von Armierungsstäben sind. Die
mit Bohrungen versehenen Bereiche können durch Einkerbungen so gelenkig" gemacht
werden, daß die Verankerungsglieder nur durch Zug und nicht durch Biegung belastet
sind und entsprechend auch nur solche Zugkräfte auf den Sicherheitsbehälter ausüben.
Ferner können solche Einkerbungen zum Einlegen von weiteren quer verlaufenden Armierungseisen
dienen.
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Besonders günstig ist es für den Fall eines in der Kugel angeordneten
vertikalen Betonzylinders, der bei Kernreaktoranlagen mit einem Druckwasserreaktor
als sogenannter Trümmerschutzzylinder dient, wenn zwei konzentrische Reihen von
Verankerungsgliedern so angeordnet sind, daß sie mit Vertikalarmierungen auf der
Außen- und Innenseite des Betonzylinders in Verbindung stehen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden
Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 einen Vertikalschnitt
durch den für die Erfindung wesentlichen Teil einer Kernreaktoranlage mit einem
Druckwasserreaktor. Die Fig. 2 und 3 zeigen in wesentlich größerem Maßstab
Einzelheiten
der Verankerung, insbesondere der Verbindung mit der Armierung des Betons.
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Die Kernreaktoranlage nach Fig. 1 besitzt als Sicherheitsbehälter
eine Stahlkugel 1, die einen Durchmes ser von 56 mm aufweist und von einer aus Beton
bestehenden Sekundärabschirmung 2 umgeben ist. Die Stahlkugel 1 ruht, im Vertikalschnitt
gesehen, über etwa ein Drittel ihres-UmSanges auf einem Betonfundament 3, das mit
dem Fundament 6 der Sekundärabschirmung über einen zentralen Bereich 7 und ringförmige
Wände 16 baulich vereinigt ist. Zwischen-dem Beton fundament 3 und den horizontalen
Wänden 4 der Sekundärabschirmung 2 -liegt ein im Querschnitt- annähernd dreieckiger
Zwischenraum 5, der zur Unterbringung von Hilfsanlaget genutzt wird.
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In dem Sicherheitsbehälter 1 sind als wesentliche Kohponenten der
Druckwasserreaktoranlage mit zum -3eispiel 3800 MW thermischer Leistung ein Reaktordruckbehälter
8 und mehrere Dampferzeuger 9 angeordnet, die mit dem Reaktordruckbehälter 8 über
Leitungen 10 verbunden sind. Im Zuge der Leitungen 10 liegen Hauptkühlmittelpumpen,
die in der Fig. 1 nicht gezeichnet-sind.
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Die genannten Primärkomponenten sind von dicken Betonwänden 17 eingeschlos~sen.
Die -äußere Begrenzung dieser Einschließung ist ein sogenannter Trümmeschutzzylinder
11, der die bei einem Unfall evtl. umhergeschleuderten Bruchstücke auffangen und
so den Sicherheitsbehälter 1 schützen soll.
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Auf dem Triimmerschutzzylinder 11 ist ein Rundlaufkran 12 angeordnet.
Die Räume 13 zwischen dem Trümmersc:hutzzylinder 11 und der diesen einschließenden
Kugel 1 sind
zur Unterbringung von weiteren Hilfsanlagen genutzt.
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Dort führen in der Nähe des Kugeläquators von den Dampferzeugern 9
ausgehende Dampfleitungen 15 durch den Sicherheitsbehälter 1 und geradlinig weiter
durch die Sekundärabschirmung 2.
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Der Sicherheitsbehälter 1 ist Uber etwa ein Drittel des unteren Querschnittumfanges
von Beton unterstützt, der aus dem Betonfundament 3, den Wänden 16 und einer von
diesen getragenen äußeren Betonkalotte 18 besteht.
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Der Kalotte 18 liegt die innere Betonkalotte 19 gegenüber, auf der
alle weiteren Betoneinbauten 11, 17 gründen. Beide Kalotten 18, 19 sind durch Verankerungsstäbe
20 huber den Sicherheitsbehälter 1 miteinander verbunden, an dem die Verankerungsstäbe
in den sogenannten Meridianebenen, d.h. in den durch den oberen Pol 22 und den unteren
Pol 23 der Kugel 1 verlaufenden Querschnittsebenen rechtwinklig zur Kugelfläche
angreifen.
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Erfindungsgemäß sind die Verankerungsglieder jedoch im Gegensatz zum
Bekannten nicht radial orientiert. Sie reichen vielmehr aus ihrer durch eine Befestigungsstelle
an der Kugel 1 definierten Meridianebene hinaus, weil sie quer zu dieser Ebene verbreitert
sind. Beim Ausführungsbeispiel ist dies daran zu sehen, daß als Verankerungsglied
zu beiden Seiten der Stahlkugel 1 je ein umlaufender konischer Blechkragen 25 und
26 vorgesehen ist. Die Blechkragen 25, 26 sind mit K-Nähten 28 und 29 fluchtend
angeschweißt, so daß in dem in Fig. 2 dargestellten Schnitt die Verankerung als
Gerade erscheint.
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Die Blechkragen haben im Gegensatz zu den 38 mm starken
Blechen
der Kugel 1 nur eine Dicke von 15 mm, ihre Länge beträgt etwa 500 mm. Dabei ist
der der Kugel benachbarte Teil über eine Länge L von 300 mm in einer nachgiebigen
Packung 30 angeordnet. Diese besteht aus aufgeschäumten Polystyrol, das mit dünnen,
nämlich zum Beispiel nur 4 mm dicken Blechen 31 gegenüber dem Beton 18, 19 abgedeckt
ist. Im unteren Kragen 25 sind in der Nähe der Kugel 1 Bohrungen vorgesehen, durch
die Rohre 33 mit aufgeweiteten Enden 34 verlaufen. Diese Rohre halten die Bleche
31 fest. Sie bilden ferner eine Entlüftungsmöglichkeit, mit der beim Gießen des
Betons die Bildung von Luftsäcken unter dem Kragen 25 vermieden wird.
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Der nach unten offene, d.h. dem unteren Pol 23 zugekehrte Winkel W
zwischen den Kragen 25, 26 und der Sicherheitshülle 1 ist bei einem in Richtung
des Pfeiles 35 verlaufenden Verformungsweg V des Sicherheitsbehälters von 20 mm
und bei einer Packungslänge L von 300 mm um 1/2 arc sin V/L größer als 90°. Er beträgt
daher 90 1,9 a 91,90. Damit werden für diesen Fall Zugspannungen in den Kragen 25,
26 vermieden. Außerdem kann die Beweglichkeit der Kragen 25, 26 vorteilhaft durch
zwei konzentrische Ringbereiche 39, 44 verbessert werden, die in Fig. 2 im Kragen
25 gestrichelt angedeutet sind. Dort ist die Blechdicke auf 8 mm, d.h. fast 50,'
verjüngt, so daß plastisch-elastische Gelenke gebildet werden.
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An den freien Enden der Kragen 25, 26 sind dreikantige Stahlprismen
36, 37 angeschweißt, die an der dem Kragen zugekehrten Fläche abgeschrägt sind und
durch Brennschneiden von Grobblech mit Wanddicken von 80 mm hergestellt werden.
Die Stahlprismen 36, 37 erhalten eine vertikal gerichtete durchgehende Bohrung 38
mit 54 mm Durchmesser für die Aufnahme von Armierungseisen 40
mit
50 mm Durchmesser, die mit Muttern 41, 42 auf einem Gewindeende 43 mit metrischem
Gewinde M50 festgelegt werden können.
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Die Fig. 3 läßt erkennen, daß das Blech des Kragens 25 im Bereich
einer Schweißnaht 45 der aus Blechen zusammengeschweißten Kugel 1 mit einer Ausnehmung
47 versehen ist. Damit ist sichergestellt, daß die Schweißnaht 45 nicht durch die
Erwärmung beim Herstellen der K-Naht 28 beeinträchtigt wird und auch weiterhin uneingeschränkt,
zum Beispiel mit Ultraschall prUfbar bleibt.
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Die Fig. 3 läßt ferner erkennen, daß die Prismen 36, 37 zwischen Schlitzen
50 angeschweißt sind, die in den Kragen 25 eingeschnitten sind. In den Schlitten
50 sitzen quer verlaufende Bewehrungseisen 51 mit 28 mm Durchmesser, so daß eine
kurze Verbindung für die Übertragung von Kräften erreicht wird, die vom Kragen 25
über die vertikalen Armierungseisen 40 ausgehen und mit Hilfe der Bewehrungseisen
51 auf den Beton 18 übertragen werden sollen.
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15 Patentansprüche 3 Figuren
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