DE2403193A1

DE2403193A1 - Tragvorrichtung fuer den kern eines atomkernreaktors

Info

Publication number: DE2403193A1
Application number: DE2403193A
Authority: DE
Inventors: Didier Costes
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-01-23
Filing date: 1974-01-23
Publication date: 1974-07-25
Also published as: ES422542A1; IT1004760B; US3953289A; FR2214938B1; GB1446674A; FR2214938A1; JPS5047095A

Description

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410-22.O67P 23- 1. 1974

Commissariat a I¹Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Tragvorrichtung für den Kern eines Atomkernreaktors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragvorrichtung für den Kern eines Atomkernreaktors.

Bei einem typischen Anwendungsfall für die erfindungsgemäß ausgebildete Tragvorrichtung für die Halterung des Behälters mit dem Reaktorkern eines Atomkernreaktors ist der gesamte Atomkernreaktor in einem Reaktorbehälter aus Spannbeton eingeschlossen, und der Reaktorkern wird in einem Korb gehalten, der durch einen zylindrischen Ring und einen von Löchern für den Durchgang von Kühlmittel durchsetzten Boden gebildet ist.

Genauer gesagt geht es bei der "Erfindung um die innere Struktur für die Halterung des Reaktorkernes eines Atomkernreaktors, der in einem Reaktorbehälter aus Spannbeton durch natürliches Wasser unter Druck gekühlt und moderiert wird. Das als Primärflüssigkeit für einen solchen

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Atomkernreaktor dienende Wasser tritt in den Reaktorbehälter mit einer Temperatur in der Größenordnung von 29O⁰C ein, und es verläßt den Reaktorbehälter wieder mit einer Temperatur von J325°C, wobei es normalerweise unter einem Druck von I55 bar steht. Die Masse des Spannbetons des Reaktorbehälters wird auf einer Temperatur von 50⁰C gehalten. Die innere Tragstruktur für den Reaktorkern muß sich relativ zum Reaktorbehälter ausdehnen können, wobei sie jedoch in geeigneter Welse gehalten werden muß und auch die notwendige Abdichtung gegenüber den verschiedenen, durch die kalte Wandung hindurchgehenden Rohrleitungen gewährleistet sein muß. Besonderer Beachtung bedarf der Fall einer thermischen Isolation zwischen dem Spannbeton und dem primären Wasser durch eine Wärmedämmschicht aus stagnierendem und unter Druck stehendem Fluid, die zwischen der kalten Wandung und einem heißen inneren Behälter für die Halterung des Reaktorkerns vorgesehen ist. Dieser Behälter weist einen vertikalstehenden Ring auf, an den die Durchlässe für große horizontale Rohrleitungen für Wasser angeschlossen sind, wobei sich die Notwendigkeit einer Abdichtung Insbesondere dann ergibt, wenn das die Wärmedämmschicht imprägnierende Fluid ein Gas ist, für das eine Mischung mit dem Wasser vermieden werden muß.

Bekanntlich gibt es bereits eine ganze Reihe von Einrichtungen für die Halterung des Reaktorkerns eines Atomkernreaktors. Insbesondere sind zu erwähnen:

- Die Halterung durch Zugstäbe, die fest mit-dem den Reaktorkern enthaltenden Korb einerseits und mit einem den Reaktorbehälter aus Spannbeton abschließenden Stopfen andererseits verbunden sind;

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- die Halterung durch eine Abstützung auf dem Boden des Reaktorbehälters mit Hilfe einer in diesem Boden verankerten Bühne,auf der die Struktur des Reaktorkerns Abstützung findet;

- die Halterung mit Hilfe eines zylindrischen Ringes, der mit einem oberen Plansch auf einer Schulter am oberen Rand des Reaktorbehälters Abstützung findet.

Alle diese Ausführungen weisen entweder den Nachteil auf, daß sie die Verwendung von funktionell nicht erforderlichen Bauelementen wie Zugstäben und Ringen verlangen, oder sie lassen schwer zu behebende Schwierigkeiten hinsichtlich der Abdichtung zwischen der Struktur des Reaktorkerns einerseits und den Leitungen für den Transport des primären Kühlmittels andererseits entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragvorrichtung für den Kern eines Atomkernreaktors zu entwickeln, die eine Halterung des Korbes mit dem Reaktorkern ohne die vorstehend erwähnten Nachteile ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tragvorrichtung aus einem zylindrischen Ring besteht, der mehrere Abflachungen aufweist, deren Normalertauf die Ringmitte annähernd zusammenlaufen und die jede jeweils in ihrer Mitte mit dem Reaktorbehälter und an ihrem Rande mit dem Gefüge des Reaktorkerns starr verbunden sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die starre Verbindung zwischen dem zylindrischen

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Ring einerseits und dem Reaktorbehälter andererseits aus einer Mehrzahl von kegelstumpfförmigen Hülsen mit aufeinander zu und in etwa senkrecht zur Achse des Reaktorkerns verlaufenden Achsen gebildet, die jede an ihrer kleinen Basis mit dem Zentralbereich jeweils einer der Abflachungen des Ringes fest verbunden und mit ihrer großen Basis im Reaktobehälter verankert sind.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung der Tragvorrichtung wird der eine heiße und unter Druck stehende Einrichtung darstellende Reaktorkern in einem gekühlten und festen Behälter eingeschlossen, wobei ein heißer innerer Behälter gemeinsam mit diesem Behälter einen Zwischenraum definiert, der mit einem wärmeisolierenden Material ausgestattet ist, das mit einem Fluid imprägniert ist, das in etwa unter dem gleichen Druck steht, wie er im Inneren der Einrichtung herrscht. Dieser innere Behälter weist eine Anzahl von Abflachungen aus relativ dünnem Blech auf, von denen gewisse Bereiche an der kalten Wand durch starre und vorspringend in diese eingeschachtelte Bauelemente gehalten werden, an denen sich die entsprechende Temperaturdifferenz einstellt. Diese vorspringenden Bauelemente können insbesondere in Form von Kegelstumpf en ausgebildet sein, die heiße Rohrleitungen umge- ben,die einen Anschluß der inneren Einrichtung an äußere Kreisläufe bewirken.

Wenn die Änderungen der Innentemperatur zu einer Ausdehnung führen, verformen sich die Abflachungen des

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zylindrischen Ringes unter Durchbiegung entweder nach innen oder nach außen, wobei sie dessenungeachtet eine hohe Steifigkeit in Richtung ihrer jeweiligen Ebene gewährleisten. Die Gesamtheit der Abflachungen kann daher eine starre Aufhängung gewährleisten, die dennoch thermische Dehnungen ohne weiteres zuläßt.

Zur Erzielung einer Kompatibilität dieser Verformungen sind die Normalen zu den Abflachungen durch die Mittelpunkte von deren Halterungszonen im wesentlichen aufeinander zukaufend gelegt.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Erfindung veranschaulicht ist. Dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Hälfte eines Atomkernreaktors mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Tragvorrichtung für seinen Reaktorkern entlang der vertikalen Schnittebene B-B in Fig. 4;

Fig. 2 eine Detailansicht der Tragvorrichtung des Atomkernreaktors von Fig. 1 in der gleichen Schnittebene wie in Fig. 1, jedoch in größerem Maßstab;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Atomkernreaktor von Fig.l entlang der Schnittebene C-C in Fig.4 unter Darstellung der Anschlußleitungen für die Abführung des primären Kühlmittels und

Fig. h einen Horizontalschnitt durch eine Hälfte des Atomkernreaktors von Fig. 1 entlang der Schnittebene A-A in Fig. 1. A09830/0920

Wie die Darstellung in Pig. I zeigt, besitzt der dargestellte Atomkernreaktor einen Reaktorbehälter 2 aus Spannbeton, der oben durch einen Stopfen 3 abgeschlossen wird und auf seiner Innenseite mit einer Abdichtungsmembran 4 aus dicht zusammengefügten Blechen ausgekleidet ist, die von außen her durch in Kühlschlangen 6 umlaufendes kaltes Wasser gekühlt wird. Dieser Reaktorbehälter 2 enthält eine innere Struktur, die aus zwei zueinander konzentrischen, in etwa zylindrischen Ringen 8 und 14 mit vertikaler Achse besteht, von denen der innere Ring 8 einen den Reaktorkern 10 aufnehmenden und umgebenden Korb bildet und als unmittelbarer Träger für den Reaktorkern 10 dient, während der äußere Ring 14, an seinem oberen Rand mit dem inneren Ring 8 verbunden ist und auf seiner Außenseite einen wärmeisolierenden Überzug. 16 trägt, mit dem er der Abdichtungsmembran 4 sehr nahekommt.

Der dargestellte Atomkernreaktor besitzt beispielsweise sechs große Rohrleitungen für den Umlauf des als primäres Kühlmittel dienenden Wassers. Diese Rohrleitungen laufenfeämtlich in ein und derselben Ebene A-A zusammen. Dabei gibt es drei Zuführungsleitungen 18 und drei Abfuhrungsleitungen 20. Die Zuführungsleitungen münden jeweils über einen Diffusor 22 in einen Ringraum 24, der durch die beiden zylindrischen Ringe 8 und 14 begrenzt wird. Diese Diffusoren 22 sind jeweils mit radial verlaufenden Führungsrippen 23 für die Einführung des primären Kühlmittels in den Ringraum 24 versehen. Die Abftihrungsleitungen 20 münden oberhalb des Reaktorkerns 10 durch den zylindrischen Ring 8 hindurch in den den Reaktorkern 10 enthaltenden Raum 26.

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In der Anschlußzone für jede Zuführungs- oder Abfuhr ungs leitung 18 bzw.. 20 weist der zylindrische Ring 14 eine Abflachung M auf. Insoweit erscheint der Querschnitt des Ringes 14 als ein regelmäßiges Sechseck mit abgerundeten Kanten.

Die Abdichtungsmembran 4 weist die gleiche Form auf, so daß sich zwischen diesen beiden Begrenzungswänden ein Ringraum 28 ergibt. Dieser Ringraum 28 ist in der Praxis nur von geringer Dicke und wird in der Darstellung in Fig. 1 lediglich der besseren Sichtbarkeit halber stark vergrößert wiedergegeben.

In ihrem oberen Bereich sind die Ringe 8 und 14 fest miteinander verbunden, wobei beispielsweise der obere Rand 30 des Ringes 14 mit Hilfe von Schrauben auf dem oberen Rand des Ringes 8 festgehalten wird. Dieser Aufbau läßt einen Sitz 34 für einen abnehmbaren Deckel ~*>6 entstehen, der den oberen Abschluß des von dem im wesentlichen aus dem Ring 8 bestehenden Korb umschlossenen Raumes 26 mit dem Reaktorkern 10 bildet. Der Deckel 36 ist auf seiner Außenseite mit einem Überzug 38 aus wärmeisolierendem Material versehen. Der Deckel 36 und der Ring 8 definieren auf diese Weise eine Isolationsglocke. Der Ringraum 28 rund um diese Isolationsglocke ist mit einem Gas gefüllt,das mit dem als primäres Kühlmittel dienenden Wasser in hydrostatischem Gleichgewicht steht, wobei das Trenniveau an der Basis liegt. Der Boden 40 des Reaktorbehälters 2 ist auf seiner Innenseite mit einem porösen Material 42 belegt, das eine horizontale Schichtung aufweist und mit Wasser getränkt ist, dessen unterer kalter Teil mit der Basis

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der auf diese Weise entstehenden hydraulischen Dichtung in Verbindung steht. Bei Druckänderungen kann der Pegel des Wassers 44 im Ringraum 28 variieren, wobei die Schichtung des Materials 42 einen thermischen Schock durch Übertragung von kaltem Wasser zu einer heißen Wand und umgekehrt verhindert.

In der Darstellung in Fig. 2 ist die Verbindungsstelle zwischen dem zylindrischen Ring 14 und einer Zuführungsleitung 18 für Kühlmittel im einzelnen wiedergegeben. An dieser Verbindungsstelle ist ein zum Ring 14 gehörender Plansch 39 mittels Schrauben mit der kleinen Basis einer kegelstumpfförmigen Hülse 48 verschraubt. Die große Basis dieser kegelstumpfförmigen Hülse 48 ist im Spannbeton des Reaktorbehälters 2 verankert. Auf ihrer Außenseite trägt die Hülse 48 ebenso wie der Ring 14 einen überzug aus einem wärmeisolierenden Material. Die Zuführungsleitung 18 selbst endet in einem Kegelstumpf 52, der an seiner kleinen Basis mit der der Hülse 48 verbunden ist. Der Diffusor 22 ist mit einem Stopfen 54 versehen, der in den Ring 14 eingeschraubt ist und mit Spiel durch eine öffnung 56 im Ring 8 hindurchgeht.

Die Hülse 48 dient gleichzeitig als mechanischer Träger für den Reaktorkern 10 und als thermische Brücke.

In der Darstellung in Fig. 3 ist die Verbindungsstelle zwischen einer AbfÜhrungsleitung 20 für die Abführung des primären Kühlmittels einerseits und dem zylindrischen Ring 14 andererseits wiedergegeben. Die AbfÜhrungsleitung 20 besitzt eine Wandung 58, die mit Hilfe von Schrauben 62 in dichter Weise mit einem zum Ring 14 gehörenden Flansch 60 verschraubt ist. Der Flansch 60

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seinerseits greift mit Spiel in einen Trichter 64 ein, der seinerseits mittels Schrauben 66 an den Ring 8 angeschraubt ist. Diese Anordnung ermöglicht eine radiale Bewegung mit nur geringen Verlusten für das abgeführte Wasser im Vergleich zum zugeführten Wasser. Für den Fall einer schwereren Panne kann sich der Boden 12 des durch den Ring 8 gebildeten Korbes auf Pfosten 68 abstützen, die in den Boden 40 des Reaktorbehälters 2 eingelassen sind, wodurch ein Herunterfallen des Reaktorkernes 10 unterbunden wird.

Die Halterung des gesamten Aufbaues des Reaktorkerns 10 wird auf der Höhe der Verbindungsstellen für die Rohrleitungen an den Ringen 8 und 14 gewährleistet, wobei die ebenen Teile der Abflachungen M am Ring 14, die diese Verbindungsstellen umgeben, erhebliche Verformungen in radialer Richtung"erfahren können, ohne daß größere mechanische Spannungen auftreten. Nimmt man beispielsweise an, daß die verformten Teile Ringplatten mit einem Innendurchmesser von 700 mm und einem Außendurchmesser von 15OO mm bei einer Stärke von 7 mm äquivalent sind, so ergibt sich bei einer einer thermischen Ausdehnung entsprechenden Verformung um + 6 mm eine maximale mechanische Spannung in der Größenordnung von 48 kp/mm .

Dabei sind etwa 5000 Zyklen zulässig, was weit höher liegt als die Lebensdauer des Atomkernreaktors. Eine Wandstärke von 7 mm ist weitaus hinreichend, um die Haltefunktion zu gewährleisten, jedoch wird dem Ring 14 in seinem laufenden Teil eine höhere Wandstärke

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gegeben, damit er normalen oder zufälligen Druckunterschieden und Vibrationen besser zu widerstehen vermag.

Zur Verminderung der thermischen Spannungen ist es von Vorteil, den Innendurchmesser der Durchlässe zu vermindern, und dies führt dazu, daß an dieser Stelle ein Schallhals angebracht wird, der sich als nützlich für die Begrenzung des bei einem Hoch einer äußeren Rohrleitung auftretenden Verlustes erweist. Beispielsweise kann der Querschnitt um die Hälfte vermindert werden, und eine Leitung mit einem laufenden Durchmesser von 720 mm kann einen Hals mit einem Innendurchmesser von 500 mm aufweisen, was der Annahme eines Innendurchmessers von 700 mm für die nachgiebige Abflachung entspricht .

Die Befestigung des Ringes 14 am Ring 8 ermöglicht nach der Demontage der Stopfen 5^ und der Trichter 64 und Abnahme der Flansche 39 und 60 eine Entfernung des gesamten Aufbaues des Ringes 14, so daß dieser überprüft und gegebenenfalls erneuert werden kann, ohne daß dazu gleichzeitig der Ring 8 und der Reaktorkern 10 aufgehoben werden müßten.

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Claims

- li -

Patentansprüche

(lj Tragvorrichtung für den Kern eines Atomkernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem zylindrischenfring (14) besteht, der mehrere Abflachungen (M) aufweist, deren Normalen auf die Ringmitte annähernd zusammenlaufen und die jede jeweils in ihrer Mitte mit dem Reaktorbehälter (2) und an ihrem Rande mit dem Gefüge (8) des Reaktorkerns (10) starr verbunden sind.
2. Tragvorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß die starre Verbindung zwischen dem zylindrischen Ring (14) einerseits und dem Reaktorbehälter (2) andererseits aus einer Mehrzahl von kegelstumpfförmigen Hülsen (48) mit aufeinander zu und in etwa senkrecht zur Achse des Reaktorkerns (10) verlaufenden Achsen gebildet ist, die jede an ihrer kleinen Basis mit dem Zentralbereich jeweils einer der Abflachungen (M) des Ringes (14) fest verbunden und mit ihrer großen Basis im Reaktorbehälter (2) verankert sind.
3. Tragvorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, . daß jede der kegelstumpfförmigen Hülsen (48) jeweils mit ihrer großen Basis in je einer für die Durchführung von Fluidleitungen (18, 20) in den Reaktorbehälter (2) eingearbeiteten öffnung verankert ist.
4. Tragvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J3* dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge des Reaktorkerns (10) für dessen Aufhängung aus einem an seinem oberem Teil mit dem zylindrischen Ring (14) festjverbundenen Korb (8) besteht.

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5. Tragvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zylindrischen Ringes (14) so bemessen ist,daß zwischen diesem und einerseits einer die Innenseite des Reaktorbehälters (2) auskleidenden Abdichtungsmembran (4) und andererseits dem zylindrischen Korb (8) mit dem Reaktorkern (10) je einen Ringraum (28 bzw. 24) verbleibt, welche Ringräume über einen zwischen dem Boden (40) des Reaktorbehälters und dem unteren Ende des zylindrischen Ringes vorgesehenen Durchlaß miteinander in Verbindung stehen.
6. Tragvorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ring (14) auf seiner der Abdichtungsmembran (4) zugewandten Außenseite mit einem wärmeisolierenden Überzug (16) versehen ist.
7. Tragvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,daß der Ringraum (28) zwischen dem zylindrischen Ring (14) und der Abdichtungsmembran (4) mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist, das in hydrostatischem Gleichgewicht mit der den Raum innerhalb des zylindrischen Ringes erfüllenden Primärflüssigkeit für den Atomkernreaktor steht.
8. Tragvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß der Korb (8) mit dem Reaktorkern (10) im Bereich seiner Verbindung mit dem zylindrischen Ring (14) einen Sitz (J54) für einen mit einem wärmeisolierenden überzug (38) versehenen Korbdeckel aufweist.

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