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Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor mit
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einem zylindrischen Seitenreflektor Die Erfindung betrifft einen
gasgekühlten Hochtemperaturreaktor mit einem den Kern umschließenden zylindrischen
Seitenreflektor aus Graphitsteinen, mit mindestens einer wärmeisolierten metallischen
Heißgasleitung zur Verbindung eines unterhalb des Kerns vorgesehenen Heißgassammelraumes
mit einer Komponente des Kühlgaskreislaufs, wobei die Heißgasleitung verschiebbar
an dem Seitenreflektor angebracht ist, und mit einem von kaltem Kreislaufgas durchströmten
Ringraum um den Seitenreflektor.
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Es gehört zum Stand der Technik, bei gasgekühlten Kernreaktoren, die
mit den Primärkreislaufkomponenten, wie z.B. Dampferzeugern, in einem gemeinsamen
Druckbehälter untergebracht sind, das aus dem Reaktorkern austretende erhitzte Kühlgas
durch Leitungen, die zur Reduzierung des Druckverlustes eine große Nennweite haben
müssen, zu den einzelnen Komponenten zu führen und das abgekühlte und verdichtete
Gas durch einen von dem Seitenreflektor und einem thermischen Seitenschild gebildeten
Ringraum zu dem Reaktorkern zurückströmen zu lassen.
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So ist aus der Offenlegungsschrift 29 13 462 eine Kernreaktoranlage
bekannt, die im wesentlichen einen Hochtemperaturreaktor und eine Anzahl von Dampferzeugern
umfaßt, die jeweils durch eine Heißgasleitung mit einem unterhalb des Reaktorkerns
befindlichen Heißgassammelraum verbunden sind. Infolge der hohen Temperaturen des
Kühlgases bestehen die Heißgasleitungen aus metallischem Werkstoff und sind auf
ihrer Innenseite mit einer thermischen Isolierung versehen. Sie sind verschiebbar
in die äußere Wand des aus Graphitsteinen aufgebauten zylindrischen Seitenreflektors
eingelassen, um das Entstehen von Wärmespannungen zu vermeiden. Das abgekühlte,
von den Gebläsen kommende Kühlgas wird durch einen Ringraum zwischen thermischem
Seitenschild und Seitenreflektor zu dem Kaltgassammelraum zurückgeführt.
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Das Anschließen der metallischen und wärmeisolierten Heißgasleitungen
an den graphitischen Seitenreflektor ist mit erheblichen technischen Schwierigkeiten
verbunden, da trotz der (notwendigen) Verschiebbarkeit der Heißgasleitungen gegenüber
dem Seitenreflektor eine sichere Abdichtung zwischen den mit Heißgas und mit Kaltgas
beaufschlagten Räumen gewährleistet sein muß. Bei dem bekannten Kernreaktor ist
die Abdichtung der Anschlußstellen der Heißgasleitungen gegen den Ringraum mit Folien
vorgenommen.
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In der Offenlegungsschrift 24 49 430 ist eine Rohrverbindung für mit
hohem Druck und hoher Temperatur beaufschlagte Rohrleitungen beschrieben, die zur
Kompensation von Wärmebewegungen dient und nach dem Kolbenringprinzip arbeitet.
Die in ringförmigen Nuten geführten Kolbenringe sind in mehrere Segmente unterteilt,
und jedes Segment wird unter Einwirkung einer Schraubenfeder radial nach innen gedrückt.
Der eine Rohrleitungsteil
ist als Kolbenringhalter ausgebildet,
während der andere Rohrleitungsteil als Gleitbuchse ausgestaltet ist und in dichtenden
Kontakt mit den Kolbenringsegmenten gebracht werden kann.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, bei einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor der eingangs beschriebenen
Bauart die Verbindung zwischen dem Seitenreflektor und einer Heißgasleitung derart
auszuführen, daß die beiden Komponenten sich in allen drei Hauptrichtungen relativ
zueinander bewegen können, ohne daß unzulässige Kräfte in die Graphitsteine des
Seitenreflektors eingeleitet werden.
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Außerdem soll die Verbindung eine hinreichende Gasdichtheit besitzen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß ein die
Anschlußstelle der Heißgasleitung umgebender metallischer Tragrahmen mittels Andruckfedern
an dem Seitenreflektor befestigt ist, der einen in den Ringraum vorspringenden ringförmigen
Bund aufweist, daß auf den Bund ein ringförmiger Träger aufgesetzt ist, an dem mehrere
hintereinander angeordnete ringförmige Gleitleisten aus Grauguß gehaltert sind,
die unter Einwirkung von radial nach innen drückenden Federelementen stehen, und
daß die Heißgasleitung frei in dem Ringraum endet und an diesem Ende von einem hülsenförmigen
metallischen Dichtrahmen umschlossen ist, der in festem Kontakt mit den Gleitleisten
steht und im Zusammenwirken mit diesen das heiße gegen das kalte Kreislaufgas abdichtet.
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Die Abdichtung des Heißgasleitungsanschlusses erfolgt also nach dem
Kolbenringprinzip, wobei die Führung der Gleitleisten quasi beweglich ausgebildet
ist. Der Tragrahmen, der die
Gleitleisten mit ihren Halterungen
trägt, behindert nicht die Wärmebewegungen des Seitenreflektors, und die mit Federn
vorbelasteten Gleitleisten können sich in radialer Richtung bewegen (radial in Bezug
auf die Mittelachse der Heißgasleitung) und auf dem Dichtrahmen gleiten. Die Verbindung
Gleitleisten/ metallischer Dichtrahmen stellt somit eine Schiebeverbindung dar,
die (im Rahmen der vorgegebenen Randbedingungen) sämtliche Relativbewegungen zwischen
der Heißgasleitung und dem Seitenreflektor zuläßt.
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Vorteilhaft wirkt sich bei dieser Schiebeverbindung auch aus, daß
durch die getroffene Werkstoffwahl ein Reibverschweißen von Bauteilen miteinander
verhindert wird.
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Der Tragrahmen kann rechteckig oder auch vieleckig ausgebildet sein.
Seine dem Seitenreflektor zugekehrte Fläche kann eben sein; günstiger ist es jedoch,
sie der Oberfläche des zylindrischen Seitenreflektors anzupassen.
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Um das Anbringen des Tragrahmens an dem Seitenreflektor zu erleichtern,
ist es vorteilhaft, den Tragrahmen in eine Anzahl von Segmenten zu unterteilen,
und zwar werden so viele Segmente vorgesehen, wie der Seitenreflektor im Bereich
der Anschlußstelle Graphitsteine besitzt.
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Zur Befestigung jedes Tragrahmen-Segments an dem betreffenden Graphitstein
kann mindestens ein Zuganker vorhanden sein, der in einen in dem Graphitstein eingelassenen
Ankerbolzen eingeschraubt ist. Der Zuganker wirkt jeweils mit einer der Andruckfedern
zusammen, die den Tragrahmen an den Seitenreflektor andrücken.
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Die Gleitleisten können jeweils zwischen zwei parallel ange ordneten
Scheibenringen gehaltert sein. Als Federelemente, die die Gleitleisten radial nach
innen drücken, dienen zweckmäßigerweise federbelastete Druckstößel, die ebenfalls
zwischen zwei der parallel angeordneten Scheibenringen installiert sind, wobei die
für eine Gleitleiste bestimmten Druckstößel jeweils in einem ringartigen Bauteil
oder in Segmenten eines solchen geführt sind.
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Es ist vorteilhaft, bei der Schiebeverbindung Gleitleisten/metallischer
Dichtrahmen eine bestimmte Leckage zuzulassen, da diese zur Kühlung der Schiebeverbindung
benutzt werden kann.
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Die Größe der Leckage läßt sich dadurch beeinflussen, daß mehr oder
weniger Gleitleisten hintereinander angeordnet werden.
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Bei der Festlegung der Anzahl der Gleitleisten zur Einstellung einer
bestimmten Leckagemenge muß auch das Druckverhältnis zwischen heißem und kaltem
Kreislaufgas berücksichtigt werden, und die Bautoleranzen spielen ebenfalls eine
Rolle.
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Zweckmäßigerweise wird der hülsenförmige Dichtrahmen, der auf das
freie Ende der Heißgasleitung aufgeschoben ist, mittels Schrauben an der Stirnfläche
der Heißgasleitung befestigt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors
mit einer erfindungsgemäßen Verbindung von Seitenreflektor und Heißgasleitung schematisch
dargestellt.
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Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine
derartige Kernreaktoranl age1
Fig. 2 den Anschluß einer Heißgasleitung
an den Seitenreflektor, ebenfalls im Längsschnitt und in vergrößerter Darstellung.
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Die in der Fig. 1 gezeigte Kernreaktoranlage besteht im wesentlichen
aus einem Spannbetondruckbehälter 1 mit einer Kaverne 2, dem Reaktorkern 3, den
Dampferzeugern 4 und den für die Umwälzung des Kühlgases erforderlichen Gebläsen
5. Der Reaktorkern 3 wird von einer Schüttung kugelförmiger Betriebselemente gebildet,
die oben zugegeben und unten durch ein Abzugsrohr 6 wieder abgezogen werden. Die
Steuerung und Regelung des Reaktors erfolgt mittels Absorberstäben 7, die direkt
in die Kugelschüttung eingefahren werden.
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Der Reaktorkern 3 ist von einem Reflektor umgeben, der aus einem Deckenreflektor
8, einem zylindrischen Seitenreflektor 9 und einem Bodenreflektor 10 gebildet wird.
Decken- und Bodenreflektor weisen Durchlässe für das Kühlgas auf. Oberhalb des Deckenreflektors
8 befindet sich ein Kaltgassammelraum 11, und unter dem Bodenreflektor 10 ist ein
Heißgassammelraum 12 vorgesehen, an den sich mehrere Heißgasleitungen 13 anschließen.
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Die Heißgasleitungen 13 sind abgewinkelt und verbinden den Heißgassammelraum
12 mit je einem Dampferzeuger 4. An der Umlenkstelle jeder Heißgasleitung 13 ist
eine Lochplatte 14 schräg eingebaut. Auf ihrer Innenseite sind die Heißgsasleitungen
13 mit einer Metallfolienisolierung versehen (nicht dargestellt) Um den Reflektor
herum ist ein aus Deckenschild 15 und Seitenschild 16 bestehender thermischer Schild
angeordnet, wobei zwischen dem Seitenreflektor 9 und dem thermischen Seitenschild
16 ein Ringraum 17 freigelassen ist. Durch diesen Ringraum wird
das
abgekühlte, von den Gebläsen 5 kommende Kühlgas zu dem Kaltgassammelraum 11 zurückgeführt,
nachdem es in einem freien Raum 18 an den Dampferzeugern 4 entlang nach unten geströmt
ist.
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Die Heißgasleitungen 13 sind an ihrem oberen Ende je mit dem Mantel
eines der Dampferzeuger 4 verschweißt; das andere Ende ist verschiebbar an der äußeren
Wand des Seitenreflektors 9 angebracht, der aus einer Vielzahl von ringsektorförmigen
Graphitsteinen 19 zusammengefügt ist. Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung
den Anschluß einer Heißgasleitung 13 an den Seitenreflektor 9 gemäß der Erfindung.
Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in der Fig. 1.
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Die Fig. 2 läßt einen Graphitstein 19 erkennen, der zu dem Bereich
des Seitenreflektors 9 gehört, in dem die Anschlußstelle einer Heißgasleitung 13
liegt. Ein metallischer Tragrahmen 27, dessen dem Seitenreflektor 9 zugekehrte Oberfläche
der zylindrischen Wandung des Seitenreflektors angepaßt ist, ist derart an dem Seitenreflektor
9 angebracht, daß er die Anschlußstelle umgibt. Er ist in eine Anzahl von Segmenten
unterteilt, und zwar weist er so viele Segmente auf, wie der Seitenreflektor 9 in
diesem Bereich Graphitsteine besitzt. An dem dargestellten Graphitstein 19 ist eines
der Segmente des Tragrahmens 27 befestigt.
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Zu diesem Zweck ist in dem Graphitstein 19 eine Bohrung 20 vorgesehen,
in der ein Ankerbolzen 21 mit Gewindebohrung eingelassen ist. Ein Zuganker 22, der
durch eine weitere Bohrung 23 in dem Graphitstein 19 geführt ist, ist in den Ankerbolzen
21 eingeschraubt. Auf das andere Ende des Zugankers 22 ist eine Andruckfeder 24
aufgeschoben, die sich an einer Kappe 25 abstützt
und über eine
Scheibe 26 den Tragrahmen 27 gegen den Graphitstein 19 drückt. Je nach den Erfordernissen
kann die Befestigung des Tragrahmens 27 an dem Graphitstein 19 durch mehrere Andruckfedern
24 und Zuganker 22 vorgenommen sein.
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Der Tragrahmen 27 weist einen in den Ringraum 17 hineinragenden ringförmigen
Bund 28 auf, auf den ein ringförmiger Träger 29 aufgesetzt ist. Mittels in den ringförmigen
Träger 29 eingeschraubter Bolzen 31 sind an den Träger mehrere als Gleitleistenhalter
dienende Scheibenringe 30 befestigt. Die Scheibenringe 30 sind mit Abstand parallel
nebeneinander angeordnet, und jeweils zwischen zwei von ihnen befindet sich eine
ringförmige Gleitleiste 32 aus Grauguß. Deren Anordnung ist so getroffen, daß alle
Gleitleisten 32 über die Scheibenringe 30 hinaus radial nach innen weisen.
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Ebenfalls zwischen zwei Scheibenringen 30, aber mit größerem radialem
Abstand als die Gleitleisten 32, ist jeweils ein ringartiges Bauteil 33 angeordnet,
das zur Führung einer Anzahl von federbelasteten Druckstößeln 34 dient. Jede Gleitleiste
32 wird unter Einwirkung von Druckstößeln 34 radial nach innen gedrückt. In der
Fig. 2 sind zwei hintereinander angeordnete Gleitleisten 32 gezeigt; je nach der
geforderten Dichtheit kann jedoch auch eine größere Zahl von Gleitleisten vorgesehen
sein.
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Die Gleitleisten 32 wirken zusammen mit einem hülsenförmigen Dichtrahmen
35 aus Metall, der auf das Ende der Heißgasleitung 13 aufgeschoben ist, die gemäß
der Erfindung frei in dem Ringraum 17 endet. Der Dichtrahmen 35 ist mittels Schrauben
36 an der Stirnfläche der Heißgasleitung 13 angebracht; die Befestigungsstellen
sind
abgedichtet. Gleitleisten 32 und Dichtrahmen 35 bilden zusammen eine Schiebeverbindung
nach dem Kolbenringprinzip. Die Gleitleisten 32 können auf dem Dichtrahmen 35 gleiten
und zudem Bewegungen in radialer Richtung ausführen.
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Damit kann die Schiebeverbindung sämtliche Relativbewegungen zwischen
der Heißgasleitung 13 und dem Seitenreflektor 9 aufnehmen. Eine geringe Leckage
der Schiebeverbindung ist erwünscht, da durch diese eine Kühlung der Schiebeverbindung
bewirkt wird.
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