DE2353179B1

DE2353179B1 - Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehaelter aus Stahlbeton

Info

Publication number: DE2353179B1
Application number: DE2353179A
Authority: DE
Inventors: Franz Dr-Ing Vaessen
Original assignee: Hochtief AG
Current assignee: Hochtief AG
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1973-10-24
Publication date: 1975-01-23
Also published as: GB1484315A; NL7413963A; FR2249404A1; DD114157A5; IT1025069B; NL164988B; DE2353179C2; AR215570A1; NL164988C; FR2249404B3; BE820837A; SU638275A3; US3991899A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zylindrischen Kernreaktor-Druckbehälter aus Stahlbeton mit einer kalten Auskleidung aus metallischem Werkstoff, einer Wärmeisolierschicht auf der Innenseite dieser Auskleidung und einer dieser Wärmeisolierschicht vorgesetzten inneren Auskleidung aus metallischem Werkstoff, der die Isolierschicht gegen das Eindringen des Kühlmittels zu schützen hat. Im allgemeinen bestehen die Auskleidungen aus Stahl. Die Isolierschicht besteht aus einem geeigneten warmfesten Beton geringer Wärmeleitfähigkeit oder aus anderen geeigneten, z. B. keramischen Werkstoffen. Sie ist zumeist aus Formsteinen zusammengesetzt.

Bei einem bekannten Kernreaktor-Druckbehälter der beschriebenen Gattung liegt die innere Auskleidung im kalten Zustand an der Isolierauskleidung an. Das führt zu beachtlichen Nachteilen, wenn der Kernreaktor-Druckbehälter unter Betriebstemperaturen und Betriebsdruck gebracht wird. Die innere Auskleidung erfährt eine Stauchung, die zu Spannungen führt, die die Streckgrenze beachtlich überschreiten. Das bedingt vorzeitige Zerstörungen, insbesondere wenn Wechselbeanspruchungen aufzunehmen sind, wie sie vorkommen, wenn der Kernreaktor-Druckbehälter von Zeit zu Zeit außer Betrieb genommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor-Druckbehälter der beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, daß die innere Auskleidung bei Betriebsdruck und Betriebstemperatur die Streckgrenze überschreitende Spannungen nicht mehr aufzunehmen hat. Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die innere Auskleidung im kalten Zustand und ohne Innendruck einen Radius r aufweist, der um das Maß Δ r kleiner ist als der Innenradius R der Isolierschicht im kalten Zustand, und daß das Maß Ar so gewählt ist, daß der Innendruck durch die Vergrößerung des Radius r um das Maß Ar in der inneren Auskleidung eine definierte Zug-Vorspannung erzeugt, die die bei Aufnahme der Betriebstemperatur entstehende, durch die Dehnungsbehinderung bedingte Druckspannung bis unter die Streckgrenze des metallischen Werkstoffes der inneren Auskleidung ermäßtigt.

Im Rahmen der Erfindung können die radial verschiebbaren Befestigungselemente auf verschiedene Weise gestaltet sein. Im einfachsten Falle ist die Anordnung so getroffen, daß die radial verschiebbaren Befestigungselemente Verankerungshülsen aufweisen, die in der Isolierauskleidung verankert sind, und daß in die Verankerungshülsen Haltebolzen oder Haltehülsen verschiebbar eingesetzt sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Bewegung der Haltebolzen oder Haltehülsen durch einen die Verankerungshülsen unterfassenden Flansch begrenzt. Selbstverständlich, ist für diese Bewegung entsprechender Spielraum in der Isolierschicht vorgesehen. Um zu erreichen, daß im kalten Zustand und bei der Montage die innere Auskleidung sich konzentrisch zu der Isolierschicht und damit dem Stahlbetonbehälter einstellt, empfiehlt es sich, die innere Auskleidung auf seiner der Isolierschicht zugewandten Seite mit aufgesetzten Federn auszurüsten, die an der Isolierschicht abgestützt sind. Ohne weiteres läßt es sich einrichten, daß die innere Auskleidung auch in vertikaler Richtung störende Beanspruchungen nicht aufzunehmen hat. Dazu lehrt die Erfindung, daß die innere Auskleidung aus mehreren Schüssen besteht, die über Ausgleichsfiansche gleichsam kompensatorbalgartig miteinander verbunden sind.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einem erfindungsgemäßen Kemreaktor-Druckbehälter die innere Auskleidung unter Betriebsdruck und Betriebstemperatur Beanspruchungen, die die Streckgrenze des eingesetzten metallischen Werkstoffes überschreiten, nicht mehr aufzunehmen hat. Die innere Auskleidung erträgt daher ohne weiteres auch eine Vielzahl von Wechselbeanspruchungen, die z. B. durch Äußerbetriebsetzung entstehen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung und ausschnittweise

F i g. 1 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kernreaktor-Druckbehälter,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,

F i g. 3 einen Vertikalschnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 1.

In den Figuren ist die vorgespannte Gefäßwand 1 des zylindrischen Kernreaktor-Druckbehälters nur ausschnittsweise angedeutet worden. Die Gefäßwand 1 ist versehen mit einer inneren Isolierschicht 2, die im Ausführungsbeispiel aus einzelnen vorgefertigten Bausteinen zusammengesetzt ist. Zwischen der Gefäßwand 1 und der Isolierschicht! befindet sich eine sogenannte kalte metallische Auskleidung 3 mit zugeordneten Kühlschlangen 4. Zum Innern 5 des Kernreaktor-Druckbehälters hin ist der Isolierschicht 2 eine innere Auskleidung aus metallischem Werkstoff vorgesetzt. Mit diesem beschäftigt sich die Erfindung näher. In der Fig. 1 ist angedeutet worden, daß die innere Auskleidung 6 im kalten Zustand und ohne Innendruck einen Radius r aufweist, der um daß Maß A τ kleiner ist als der Innenradius R der Isolierschicht 2 im kalten Zustand. Mit Hilfe von radial verschiebbaren Befestigungselementen 8 ist diese innere Auskleidung 6 an die Isolierschicht 2 verschiebbar angeschlossen, so daß sie sich durch den Innendruck an die Isolierschicht anlegen und dort abstützen kann. Das Maß Ar ist so gewählt, daß die bei der Aufnahme der Betriebstemperatur entstehende Wärmedehnung nur noch zu Druckspannungen führt, die unter der Streckgrenze des metallischen Werkstoffs liegen, aus dem die Auskleidung 6 aufgebaut ist. Das wird weiter unten noch erläutert. Zunächst entnimmt man aus den Fig. 1 und 2, daß die radialen Führungselemente 7, 8 aus einer Verankerungshülse 7 einerseits und einer darin eingesetzten Haltehülse 8 bestehen. Die Verankerungshülse 7 ist in der Isolierschicht 2 verankert und besitzt entsprechende Verankerungsmittei 9. Die Verankerung ist mit Spielraum in der Isolierschicht so ausgeführt, daß sich die Haltehülsen 8 in den Verankerungshülsen 7 verschieben können. Ihr Weg ist jedoch durch einen Flansch 10 begrenzt, der die Verankerungshülse 7 unterfaßt. Im übrigen ist die innere Auskleidung 6 an diese Haltehülse 8 angeschweißt, und zwar selbstverständlich vollkommen dicht gegen Gas bzw. Wasser. Die innere Auskleidung 6 besitzt auf ihrer der Isolierschicht 2 zugewandten Seite aufgesetzte Federn 11, die an der Isolierschicht 2 abgestützt sind. In der F i g. 2 erkennt man, daß die innere Auskleidung 6 aus mehreren Schüssen 6 a, 6 b besteht, die über Ausgleichsflansche 12 gleichsam kompensatorartig miteinander verbunden sind. Auch hier ist eine Schweißverbindung 13 verwirklicht, um absolute Dichtheit sicherzustellen. In den Fig. I und 3 ist außerdem erläutert, wie die Isolierschicht 2 mit der kalten Auskleidung 3 verbunden und an der Gefäßwand 1 abgestützt ist. Dazu sind zum Behälterinnern 5 hin auf der kalten Auskleidung 3 Bolzen 14 aufgeschweißt, die ein aufgeschnittenes oder aufgewalztes Gewinde 15 besitzen und es zusammen mit einer aufgesetzten Mutter 16 und einer Ankerplatte 17 erlauben, die Isolierschicht 2 gegen die kalte Auskleidung 3 zu verspannen. Die für diese Montage benötigten Hohlräume 18« und 18 b werden nach der Montage mit Isoliermaterial ausgefüllt.

Die Isolierschicht 2 besteht im Ausführungsbeispiel aus den schon erwähnten Blöcken. Diese Blöcke haben zwei verschiedene Ausführungsformen la, Ib. Beide Ausführungsformen haben im Grundriß den keilförmigen Querschnitt. Hierdurch wird erreicht, daß auch die Blöcke 2 a, die die Halterung der inneren Auskleidung 6 bewerkstelligen, gegenüber der Gefäßwand 1 in ihrer Lage gehalten werden.

Beim Auftreten des inneren Überdruckes dehnt sich die Auskleidung 6 zunächst frei bis zum Anschlag an die Außenfläche der Isolierblöcke 2a, 2b. Dabei erweitert sie ihren Radius um die Breite Ar des freien Raumes 19 (s. Fig. 1). Hierdurch erfährt sie eine Zugspannung

Das Maß Ar wird nun so angelegt, daß O₁ unterhalb der Streckgrenze der betreffenden Stahlqualität liegt. Nach Überwindung des Maßes A r kann O₁ nicht mehr anwachsen,.da sich nunmehr die Auskleidung 6 fest an die Außenfläche der Isolierblöcke und damit an den Beton der Gefäßwand anlegt. Tritt nun die Erwärmung des Gefäßinnenraumes um T Grad auf, wird die Auskleidung 6 auf tangentialen Druck beansprucht, da er wegen seines festen Anschlusses an die Isolierschicht die entsprechende Wärmedehnung ocfT nicht ausführen kann. Die dadurch bedingte Zwangsspannung ist o_% = KfT-E. Diese wird jedoch vermindert um den Betrag der durch die Maßnahme des freien Raumes 19 erzielte Zug-Vorspannung σ_ν Der Raum 19 könnte auch ganz oder teilweise durch eine Schicht ausgefüllt werden, deren Zusammendrückarbeit wohldefiniert ist. Ohne die Anordnung des Raumes 19, also z. B. wenn die Wärmeisolierung zwischen der kalten und der inneren Auskleidung monolithisch vergossen wird, würde die ganze Wärmedruckspannung σ₂ auftreten. Diese überschreitet aber in den praktisch vorkommenden Fällen bei weitem die Streckgrenze der in Frage kommenden Stähle. Das ist jedoch mit Rücksicht auf die mögliche Wechselbeanspruchung sowohl für die Dauerhaftigkeit des Stahlmaterials selbst als auch der Anschlußmittel, die die innere Auskleidung mit der Isolierschicht verbinden, ein schwerwiegender Nachteil. Mit der Erfindung lassen sich auch für hohe Innentemperaturen Stähle verhältnismäßig niedriger Streckgrenze verwenden. Das wirkt sich nicht nur auf die Kosten, sondern auch auf die Schweißbarkeit aus.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter aus Stahlbeton mit einer kalten Auskleidung aus metallischem Werkstoff, einer Wärmeisolierschicht auf der Innenseite dieser Auskleidung und einer dieser Wärmeisolierschicht vorgesetzten inneren Auskleidung aus metallischem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Auskleidung (6) im kalten Zustand und ohne Innendruck einen Radius r aufweist, der um das Maß Δ r kleiner ist als der Innenradius R der Isolierschicht (2) im kalten Zustand, und daß das Maß Ar so gewählt ist, daß der Innendruck durch die Vergrößerung des Radius r um das Maß A r in der inneren Auskleidung (6) eine definierte Zug-Vorspannung erzeugt, die die bei Aufnahme der Betriebstemperatur entstehende, durch die Dehnungsbehinderung bedingte Druckspannung bis unter die Streckgrenze des metallischen Werkstoffes der inneren Auskleidung (6) ermäßigt.

2. Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Führungselemente Verankerungshülsen (7) aufweisen, die in der Isolierauskleidung (2) verankert sind, und daß in die Verankerungshülsen (7) Haltebolzen oder Haltehülsen (i) verschiebbar eingesetzt sind, wobei der Verschiebeweg durch. Flansche (1©) der Haltebolzen oder Haltehülsen (8) begrenzt ist, die die Verankerungshülse (7) unterfassen.

3. Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Auskleidung (6) auf seiner der Isolierauskleidung (2) zugewandten Seite aufgesetzte Federn (11) aufweist, die an der Isolierauskleidung (2) abgestützt sind.

4. Zylindrischer Kernreaktor-Druckbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Auskleidung (6) aus mehreren Schüssen (6 a, 6 ti) besteht, die über Ausgleichsflansche (12) miteinander verbunden sind.

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