DE3402055A1

DE3402055A1 - Spannbeton-druckbehaelter, insbesondere fuer eine kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE3402055A1
Application number: DE19843402055
Authority: DE
Inventors: Claus Dr.-Ing. Dr. 6702 Bad Dürkheim Elter; Josef Dr.-Ing. Dr. 7521 Hambrücken Schöning
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1984-01-21
Filing date: 1984-01-21
Publication date: 1985-08-01
Also published as: JPS6141079A; JPH048664B2; US4696790A

Description

HOCHTEMPERaTUR-REAKTORBaU GmnbH Köln 14. Okt. 1983

Int. Nr. 8305 ZPT/P5-Wg/Hl

__

Un-

Spannbeton-Druckbehälter, insbesondere für eine Kernreaktoranlage

Die Erfindung betrifft einen Spannbeton-Druckbehälter, insbesondere für eine Kernreaktoranlage, mit mindestens einer Behälteröffnung, die durch einen mit Hilfe von Spannelementen niedergehaltenen Beton-Deckel verschlossen ist, wobei der Deckel an seinem Randbereich eine Auflagefläche aufweist, die auf einer entsprechenden ebenen Lagerfläche des Druckbehälters ruht.

Bei Spannbeton-Druckbehältern können während des Betriebes geringfügige Verformungen der Behälterwand auftreten, wodurch der Ausbildung und Abdichtung der Betondeckel, welche Durchdringungen oder Durchbrechungen der Behälterwand nach außen abschließen, besondere Aufmerksamkeit zu widmen ist. Denn eine sichere Abdichtung muß auch im Dauerbetrieb gewährleistet und darüber hinaus die Möglichkeit gegeben sein, die Dichtfunktion des Deckels zu überwachen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen

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Spannbeton-Druckbehälter der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Dichtheit des Verschlusses bei Verformungen des Druckbehälters auf einfache Weise gewährleistet ist und überwacht werden kann. 5

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß in der Auflagefläche mindestens zwei mit Abstand verlaufende und die Behälteröffnung umgebende Ringnuten mit eingelegten Dichtungen angeordnet sind, daß die zwischen der Lagerfläche und der Auflagefläche gebildete Trennfuge im Bereich zwischen den beiden Ringnuten durchgehend mit einem Ringkanal verbunden ist, der mindestens einen in den Außenraum führenden Anschlußkanal aufweist, und daß die Spannelemente so angezogen sind, daß bei Belastung des Druckbehälters durch Innendruck der Beton-Deckel noch mit einer solchen Kraft niedergehalten ist, daß der Betondeckel und insbesondere die Auflagefläche den auftretenden Verformungen des Druckbehälters bzw. der Lagerfläche elastisch folgt.

Durch die Anordnung von zwei nebeneinander verlaufenden und die Behälteröffnung umgebenden Dichtungen in Verbindung mit der vorgenannten Art der Niederhaltung des Betondeokels auf die Lagerfläche wird eine solche Abdichtung erreicht, die durch Verformungen von Deckel und/oder Behälterwand nicht beeinflußt werden kann. Gleichzeitig ergibt sich durch die Anordnung des Ringkanals und dessen Anschluß an die Trennfuge eine Möglichkeit, die Wirksamkeit der Dichtungsanordnung auf einfache Weise zu überprüfen. Denn das zwischen die Dichtungen eintretende Gas kann durch den in den Außenraum führenden Anschlußkanal abgesaugt und erfaßt werden.

Um ein Klaffen der Trennfuge zwischen Auflagefläche und Lagerfläche bei Belastung zu vermeiden, ist es gemäß

einer Weiterbildung der Erfindung empfehlenswert, daß die Auflagefläche, ausgehend von der der Behälteröffnung benachbarten ersten Ringnut, sich in Richtung zur Behälteröffnung unter einem geringen Winkel oC von der δ Lagerfläche kreiskegelförmig abhebt.

Eine in die gleiche Richtung zielende Maßnahme besteht vorteilhaft darin, daß der Betondeckel durch peripher umlaufende Ringspannkabel mit einer Ringvorspannung versehen ist, die im oberen Bereich des Betondeckels größer als im unteren Bereich ist. Vorzugsweise steigt die Deckelvorspannung von unten nach oben stetig an. Hierdurch wird erreicht, daß im Betondeckel eine Vorspannung entsteht, deren Stärke und Verteilung die Form eines nach außen zeigenden Gewölbes aufweist und die einem Klaffen des Deckels zusätzlich entgegenwirkt.

Um die Wirksamkeit der Dichtungsanordnung kontinuierlich erfassen zu können, empfiehlt es sich, an den Anschlußkanal einen Gasdetektor anzuschließen, der zur Erfassung von Gas, das aus dem unter Innendruck stehenden Innenraum des Druckbehälters herrührt, geeignet ist. Gasdetektoren oder Gasspürgeräte dieser Art sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Eine andere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß im Bereich der Dichtungen Kühlrohre im Betondeckel und/oder im Druckbehälter angeordnet sind. Hierdurch wird eine thermische Überlastung der Dichtungen vermieden und somit die Möglichkeit geschaffen, außer den üblichen Dichtungen aus Stahl oder Weicheisen solche Dichtungen einzusetzen, die aus geeignetem Kunststoff bestehen. Ein geeigneter Kunststoff dieser Art ist Polytetrafluoäthylen.

Für eine gute Wärmedämmung im Bereich des Deckels und

der Behälterdurchdringung empfiehlt es sich, daß die Öffnung mit einer Wärmeisolierung ausgekleidet ist, die unter Bildung eines Zwischenraumes vor einer Deckelisolierung endet, wobei der Zwischenraum mit einer elastisehen Isolierung ausgefüllt ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen HO hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch den Druckbehälter einer Kernreaktoranlage in stark vereinfachter und verkleinerter Darstellung, Fig. 2 die Einzelheit II der Fig. 1 in größerer

Darstellung und

Fig. 3 den Bereich III der Fig. 2 in größerer Darstellung.
20

Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Axialschnitt durch einen Spannbeton-Druckbehälter 10 von kreisförmigen Umriß. Dieser setzt sich aus einer kreisringzylindrischen Seitenwand 12, jeweils einem ebenen oberen Abschlußteil 14 und einem unteren Abschlußteil 16 zusammen. Im Innenraum 18 des Druckbehälters, der von einer Kaverne gebildet ist, ist die eigentliche Kernreaktoranlage 20, gegebenenfalls in einem Stahldruckbehälter angeordnet.

Der obere Abschlußteil 14 weist eine Durchdringung 22 auf, die kreisförmigen Querschnitt aufweist und vertikal nach oben gerichtet ist. Die öffnung 24 an der Außenwand des oberen Abschlußteiles 14 ist durch einen Beton-

Deckel 26 verschlossen.

Um dem Druckbehälter die nötige Vorspannung zu geben, ist eine Vielzahl von vertikal verlaufenden Spannkabeln 28 vorgesehen. Diese durchdringen den Druckbehälter und sind oben und unten mit geeigneten Spannvorrichtungen 30 versehen.

Zur horizontalen Vorspannung des Druckbehälters sind weitere Spannkabel 32 vorgesehen, welche die Peripherie des Druckbehälters umgreifen und die ebenfalls mit einer Vorspannung versehen sind.

Fig. 2 zeigt den Bereich II der Fig. 1 als Einzelheit ¹S und in größerer Darstellung. Danach ist die Durchdringung 22 mit einer Auskleidung 34 aus Stahl versehen, die auf dem Beton des oberen Abschlußteiles 14 anliegt. Das obere Ende dieser Auskleidung 34 ist mit einem Kragen 36 versehen, welcher den Rand der öffnung 24 umgibt und auf der Außenseite des oberen Abschlußteiles 14 aufliegt. Die nach oben zeigende Fläche des Kragens 36 bildet hierbei die Lagerfläche 38, auf welcher der Deckel 26 abgestützt ist.

Hierzu weist der kreisförmige, ebene Deckel 26 an seinem unteren Ende eine Abschlußplatte 40 aus Stahl auf, deren Peripherie auf das Profil des Deckels 26 abgestimmt ist. Jener Bereich der Abschlußplatte 40, welcher auf der Lagerfläche 38 zu liegen kommt, bildet die Auflagefläche 42 des Deckels. Lagerfläche 38 und Auflagefläche 42 sind jeweils kreisringförmig ausgebildet und fein bearbeitet.

Im Bereich der Auflagefläche 42 ist die Abschlußplatte 40 dicker als in ihrem inneren Bereich ausgebildet. In der Auflagefläche 42 ist daher eine erste Ringnut 44 ausgespart, welche die Behälteröffnung 24 mit Abstand

umgibt und konzentrisch zur Behälteröffnung angeordnet ist. Die erste Ringnut 44 ist mit Abstand von einer konzentrischen zweiten Ringnut 46 umgeben. In den Ringnuten 44, 46, die jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, sind Ringdichtungen 48 angeordnet, die jeweils zwischen den Grund der Ringnuten und der Lagerfläche 38 eingespannt sind, so daß eine Abdichtung erreicht wird.

Zwischen den beiden Ringnuten 44, 46 ist die Auflagefläche 42 etwas zurückgenommen, so daß ein konzentrisch umlaufender Ringkanal 50 entsteht, durch den die Trennfuge 52 zwischen Deckel und Druckbehälter unterbrochen wird. An den Ringkanal 50 ist ein Anschlußkanal 54 angeschlossen, der in der Abschlußplatte 40 radial nach außen geführt ist und durch eine Rohrleitung 56 mit einem Gasdetektor 58 verbunden ist. Der Gasdetektor 58 ist hierbei so ausgebildet, daß er bereits Spuren jenes Gases, das sich im Innenraum des Druckbehälters bzw. in der Durchdringung 22 befindet, erfassen und anzeigen kann. Die Einzelheiten über die Anordnung und Ausbildung der Ringnuten 44, 46 sowie der Ausbildung des Anschlußkanals 54 sind der später beschriebenen Figur 3 besser zu entnehmen.

Um den Deckel 26 auf die Lagerfläche 38 zu pressen bzw. um den Deckel niederzuhalten, sind vertikal verlaufende Spannelemente 60 in Form von Spannkabeln vorgesehen, die im oberen Abschlußteil 14 verankert sind. Die Spannelemente 60 durchdringen die Lagerfläche 38, die Auflagefläche 42 sowie den Beton des Deckels 26 außerhalb der Ringnuten 44, 46 und sind an ihren oberen Enden mit Spanngliedern 62, z. B. in Form von Schrauben, versehen, mit denen auf den Deckel 26 eine Vorspannung aufgebracht wird, die den Deckel 26 auf den Druckbehälter 10 drückt. Es ist eine Vielzahl von Spannelementen 60 vorgesehen,

die über den Rand des Deckels gleichmäßig verteilt sind.

An der Peripherie des Beton-Deckels 26 sind umlaufende, im Profil rechteckförmige Ausnehmungen 64 vorgesehen. In diesen Ausnehmungen sind Ringspannkabel 66 eingelegt, die dem Beton-Deckel 26 mit Hilfe von Spanngliedern eine horizontale Ringvorspannung geben. Hierbei ist die Ringvorspannung so gewählt, daß am unteren Ende des Deckels am geringsten, am oberen Ende am größten ist, wobei der Anstieg der Vorspannung vorzugsweise stetig erfolgt. Die Höhe der Vorspannung wird durch entsprechendes Anziehen der Ringspannkabel 66 erreicht, gegebenenfalls kann die Anzahl der in den Ausnehmungen 64 angeordneten Ringspannkabeln 66 nach oben hin ansteigen.

Im Beton des Deckels 26 sind ringförmig und konzentrisch zueinander verlaufende Kühlrohre 68 angeordnet, die an der Abschlußplatte 40 gut wärmeleitend, z. B. durch Verschweißung, befestigt sind. Hierbei sind diese Kühlrohre 68 so verteilt, daß der radiale Abstand der Kühlrohre 68 im Bereich der Auflagefläche 42 geringer ist als im anderen Bereich des Deckels. Hierdurch wird der Bereich der Auflagefläche 42 sehr stark gekühlt. Die Kühlrohre 68 sind jeweils mit einem Anschlußstutzen 70 verbunden, durch den ein Kühlmittel, z. B. Wasser, den Kühlrohren zugeführt bzw. von diesen abgeführt werden kann.

Auf die gleiche Weise ist die Auskleidung 34 der Durchdringung 22 sowie der Kragen 36 mit weiteren Kühlrohren ausgerüstet. Auch hier verlaufen die weiteren Kühlrohre 72 im Beton des oberen Abschlußteils 14 und sind gut wärmeleitend befestigt, wobei im Bereich des Kragens 42 der gegenseitige Abstand der weiteren Kühlrohre 72 gering ist, so daß die Lagerfläche 38 sehr gut gekühlt wird. Auch diese Kühlrohre sind mit nicht dargestellten

Anschlußstutzen versehen, für die Zufuhr und Abfuhr eines Kühlmittels, insbesondere Wasser.

Die Auskleidung 34 ist auf der Innenseite mit einer kreisringzylindrischen Schicht einer Wärmeisolierung versehen. Auch ist die Abschlußplatte 40 im Bereich der Öffnung 24 mit einer Isolierung 76 ausgerüstet, wobei zwischen der Stirnseite der Wärmeisolierung 74 und der Isolierung 76 ein Zwischenraum vorhanden ist, der mit einer kreisringförmigen elastischen Isolierung 78 ausgefüllt ist. Als Isolierstoff für die Wärmeisolierung 74 und die Isolierung 76 kann jeweils Steinwolle verwendet werden, die elastische Isolierung 78 kann aus Schaumgummi bestehen. Die elastische Isolierung 78 hat den Zweck, bei wärmebedingten oder spannungsbedingten Längen oder Formänderungen von Druckbehälter und/oder Deckel keinerlei Spaltbildung zwischen der Wärmeisolierung 74 und der Isolierung 76 auftreten zu lassen.

Fig. 3 zeigt den Bereich III der Fig. 2 als Einzelheit und in stark vergrößerter Darstellung. Man erkennt die Lagerfläche 38 sowie die Auflagefläche 42, in welcher die Ringnuten 44, 46 eingearbeitet sind, und in denen die Dichtungen 48 angeordnet sind. Der ursprünglich kreisförmige Querschnitt der Dichtungen 48 ist im Betriebszustand in elliptische Form zusammengedrückt. Der Rinkanal 50, der zwischen der Lagerfläche 38 und einer Zurücknehmung der Auflagefläche 42 gebildet ist, verbindet die beiden Ringnuten 44 und 48, so daß der Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungen 48 über den Anschlußkanal 54 nach außen verbunden ist und an den Gasdetektor 58 angeschlossen werden kann. Der Anschlußkanal 54 verläuft zunächst vertikal und dann horizontal in der Abschlußplatte 40.

aus Fig. 3 erkennt man auch sehr gut, daß die Lagerfläche 38 eben ausgebildet ist, und daß die Auflagefläche 42, ausgehend vom Bereich der ersten Ringnut 44, sich unter einem geringen Winkel ·*- zum Zentrum des Deckels hin kreiskegelförmig abhebt. Hierdurch wird ein Klaffen des Deckels unter Betriebsgbedingungen vermieden. Der Winkel cL beträgt 2 bis 8 Grad, vorzugsweise 3 bis 5 Grad. Zwischen der Wurzel 84 der Abhebung und der ersten Ringnut 44 verbleibt ein kreisringförmiger Bereich,

¹^ vorzugsweise von der Breite der Ringnut 44, in dem Auflagefläche 42 und Lagerfläche 38 noch aufeinanderliegen.

Obwohl in Fig. 1 nur eine einzige Durchdringung 22 mit Abschlußdeckel 24 dargestellt ist, können im Bedarfsfall noch weitere Durchdringungen mit weiteren Abschlußdeckeln vorgesehen sein, die auf die gleiche hier beschriebene Weise ausgebildet und befestigt sind.

Der Anstieg der Ringvorspannung des Deckels 26 von unten nach oben wird so gewählt, daß die Ringvorspannung am oberen Ende des Deckels das 1,5 bis 2,5-fache der Ringvorspannung am unteren Ende des Deckels beträgt. Vorzugsweise jedoch wird das 1,6 bis 1,8-fache gewählt.

Für die Wahl der Vorspannung, mit welcher der Deckel 26 auf die Lagerfläche 38 niedergedrückt wird, gilt Folgendes. Während des Betriebs wirkt der Innendruck des Druckbehälters mit einer in Richtung des Pfeiles 82 nach oben gerichteten Gesamtkraft auf den Deckel 26 ein (Fig. 2). Hierbei ist angenommen, daß der Druck im Innenraum 18, 22 des Druckbehälters größer ist als der Außendruck. Die vertikale und nach unten gerichtete Vorspannung des Deckels 26 ist nun so einzustellen, daß die nach unten in Richtung des Pfeiles 80 wirkende Kraft größer ist als die nach oben gerichtete Gesamtkraft (Pfeil 82). Hier-

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durch hat die nach unten gerichtete Kraft immer einen Überschuß, der den Deckel auf die Lagerfläche 38 derart niederdrückt, daß der Deckel ohne weiteres Verformungen des Druckbehälters elastisch folgen kann. Die nach unten wirkende Kraft beträgt vorzugsweise das 1,3 bis 2-fache der nach oben wirkenden Gesamtkraft, vorzugsweise das 1,3 bis 1,5-fache. Bei dieser Festlegung ist selbstverständlich das Eigengewicht des Deckels 26 zu berücksichtigen.

Während des Betriebs übernehmen die beiden Dichtungen 48 die Abdichtung des unter Innendruck stehenden Innenraumes 18, 22 gegenüber dem Außenraum. Die Dichtwirkung der Dichtungen wird hierbei durch den Ringkanal 50 im Zusammenhang mit dem angeschlossenen Gasdetektor überwacht. Dringt nämlich Gas vom Innnenraum trotz der inneren Dichtung 48 in den Ringraum 50 ein, so wird dieses durch den Anschlußkanal 54 und die Rohrleitung 56 dem Gasdetektor zugeführt, der dieses Gas erfaßt, anzeigt und gegebenenfalls Alarmvorrichtungen auslöst, so daß Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Intensive Kühlung im Bereich der Dichtungen 48 durch die Kühlrohre 68 und 72 ermöglicht den Einsatz von Kunststoffdichtungen anstelle der üblicherweise vorgesehenen Metalldichtungen. Die vorgenannten Maßnahmen werden günstig unterstützt durch die Art der vorgesehenen Ringvorspannung des Deckels 26 sowie durch die Ausbildung des Winkels «^ zwischen der Lagerfläche 38 und der Auflagefläche 42.

Obwohl in den Figuren lediglich zwei Ringnute 44, 46 mit eingelegten Dichtungen gezeigt sind, können im Bedarfsfall noch weitere vorgesehen sein, das gleiche gilt auch für die Ringkanale 50.

Für die Diraensionierung können folgende unverbindlichen

Richtwerte angenommen werden:

Die radiale Breite der Lagerfläche 38 beträgt etwa 1/5 bis 1/8 der lichten Weite der Durchdringung 22, der radiale Abstand zwischen erster Ringnut 44 und der Behälteröffnung ZH (oder der Auskleidung 3¹O ist ungefähr zwei- bis viermal so groß wie die Breite der Ringnut HH, wobei die Ringnuten HH, 46 vorzugsweise gleiches Profil haben. Die Ringdichtungen 48 haben im Querschnitt ein Kreisprofil mit einem Durchmesser -je nach Deckelgröße- von 30 bis 100mm, die Tiefe und Breite der Ringnuten HH, sind auf diesen Durchmesser abgestimmt. Der gegenseitige gleichbleibende Abstand der Ringnuten 44, 46 ist ungefähr gleich der Breite der Ringnuten. Der Ringkanal 50 erstreckt sich radial von einer zur anderen Ringnut, die Tiefe des Ringkanals beträgt ca. 1/3 bis 1/4 der Tiefe der Ringnuten 44, 46. Der Durchmesser eines Deckels beträgt ca. 0,8 bis 5m, die Dicke das ca. 0,4 bis 0,6-fache des Durchmessers.

Claims

A η s p rüche

1/ Spannbeton-Druckbehälter, insbesondere für eine Kernreaktor-Anlage, mit mindestens einer Behälteröffnung (24), die durch einen mit Hilfe von Spannelementen (60) niedergehaltenen Beton-Deckel (26) verschlossen ist, wobei der Deckel (26) an seinem Randbereich eine Auflagefläche (42) aufweist, die auf einer entsprechenden Lagerfläche (38) des Druckbehälters ruht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auflagefläche (42) mindestens zwei mit Abstand verlaufende und die Behälteröffnung (24) umgebende Ringnuten (44, 46) mit eingelegten Dichtungen (48) angeordnet sind, daß die zwischen der Lagerfläche (38) und der Auflagefläche (42) gebildete Trennfuge (52) im Bereich zwischen den beiden Ringnuten (44, 46) durchgehend mit einem Ringkanal (50) verbunden ist, der mindestens einen in den Außenraum führenden Anschlußkanal (54) aufweist, und daß die Spannelemente (60) so angezogen sind, daß bei Belastung des Druckbehälters durch Innendruck der Deckel (26) noch mit einer solchen Kraft niedergehalten ist, daß der Deckel und insbesondere die Auflagefläche (42) den auftretenden Verformungen des Druckbehälters (10) bzw. der Lagerfläche (38) elastisch folgt.
2. Spannbeton-Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (42), ausgehend von der der Behälteröffnung (24) benachbarten ersten Ringnut (44), sich in Richtung zur Behälteröffnung unter einem geringen Winkel JL von der Lagerfläche (38) kreiskegelförmig abhebt.
3. Spannbeton-Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (26) durch peripher umlaufende Ringspannkabel (66) mit einer Ringvorspannung versehen ist, die im oberen Bereich des Deckels (26) größer als im unteren Bereich ist.
4. Spannbeton-Druckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringvorspannung von unten nach oben vorzugsweise stetig ansteigt.
5. Spannbeton-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschlußkanal (5*0 ein Gasdetektor (58) angeschlossen ist, der zur Erfassung von Gas, das aus dem Innenraum (18, 22) des Behälters herrührt, geeignet ist.
6. Spannbeton-Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Dichtungen (48) Kühlrohre (68, 72) im Deckel (26) und/oder im oberen Abschlußteil (14) des Druckbehälters angeordnet sind.
7. Spannbeton-Druckbehälter nach einem der Ansprüehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringung (22) mit einer Wärmeisolierung (74) versehen ist, die unter Bildung eines Zwischenraumes vor einer Isolierung (76) des Deckels endet, wobei der Zwischenraum mit einer elastischen Isolierung (78) ausgefüllt ist.