DE1684659A1

DE1684659A1 - Atomreaktorkessel

Info

Publication number: DE1684659A1
Application number: DE19671684659
Authority: DE
Inventors: Conversy Francois Leon
Original assignee: Genie Civil Et De Tech Ind S A
Current assignee: Genie Civil Et De Tech Ind S A
Priority date: 1966-11-18
Filing date: 1967-11-16
Publication date: 1971-04-15
Also published as: FR1508196A; GB1208600A

Description

ETUDES DE GENIE CIVIL ET DE TECHNIQUES INDUSTRIELLES, SöciÖte* a Responsabilite* Limitöe, Paris / Frankreich

"Atomr eaktorke s sei¹'

Die Erzeugung von Atomenergie setzt den Bau großer geschlossener Kammern voraus, die in erster Linie den Reaktorkern, also die Gesamtheit aus dem spaltbaren Material und dem Neutronen-Moderator aufnehmen.

Solche Kammern oder Kessel müssen höhen Drücken in der Größenordnung von 30 Bar für die zur Zeit im Betrieb befindlichen Anlagen standhalten. Ließe sich die Festigkeit des Reaktorbehälters steigern, dann könnte die Leistung eines solchen Reaktors im Vergleich zu einem entsprechenden Reaktor der jetzigen Ausführung beträchtlich erhöht werden.

Die Atomreaktorkessel sind bisher entweder aus Stahl oder aus Spannbeton errichtet worden.

Der Bau von Reaktorkesseln, die völlig aus Stahl bestehen, wird umso schwieriger, je größer die Abmessungendes Kessels und die Drücke werden, weil das Schweißen an der Verarbeitungs-βteile der Bleche, deren Dicke bis über 10 cm betragen kann, zu ernsten technischen Problernen führt. Hinzukommt, daß eine

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Stahlkonstruktion, beispielsweise aufgrund eines Materialfehlers, an der einen oder anderen Stelle einen Riß erhalten kann, so daß die Spannungen, die an den Rändern dieses Risses entstehen, sein Aufreißen in bekannter Weise bewirken.

Die Errichtung von Reaktorkesseln aus Spannbeton in Abmessungen oberhalb derjenigen von Stahlreaktorbehältern hat bisher nicht zu unüberwindlichen Schwierigkeiten geführt. Indessen •schien es für alle bisher verwirklichten Ausführungen dieser Art unerläßlich, die Temperaturunterschiede zwischen den Innenseiten und den Außenseiten der Wände auf einen niederen Wert (in der Größenordnung von höchstens 50 ) zu begrenzen. Dies deshalb, damit die durch die Temperaturunterschiede verursachte Kontraktion mit der Festigkeit des Betons vereinbar ist. Aber selbst bei Begrenzung auf einen niedrigen Wert bedingt diese Temperaturdifferenz noch immer die Absorption eines beträchtlichen Teils der gesamten Vorspannung. Hinzukommt, daß die Elemente, welche die Temperaturdifferenz des Betons auf annehmbare Werte begrenzen und üblicherweise durch eine Wärmeisolierung und ein Kühlungsnetz an der Innenseite des Betons gebildet werden, einen beträchtlichen Anteil der Gesamtkosten eines Behälters aus Spannbeton beanspruchen,, Zu beachten ist auch noch, daß, obwohl der Verwirklichung von Behältern aus Spannbeton für Drücke, die über den zur Zeit angewendeten liegen, nichts entgegensteht, der Beton ein Werkstoff von verhältnismäßig geringer Festigkeit ist, so daß man gezwungen ist, den Wänden eine große Dicke zu geben. Mit zunehmender Dicke der Wände bei steigendem Betriebsdruck wachsen aber unter Beibehalten des gleichen Innenvolumehs das benötigte Betonvolumen und damit auch die Kosten des Reaktorbehälters weit schneller als der Druck. Wird beispielsweise der Druck von 40 auf 50 Bar, also um 25 % erhöht, dann nimmt das Betonvolumen um etwa 40 % zu.

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Schließlich besteht auch eine Grenze für die Erhöhung des Betriebsdruckes der Spannbetonbehälter. Beim Spannbeton wird ein System der Zusammenpressungen geschaffen, die in jedem Punkt gleich oder größer sind als die Zugspannungen, welche der Beton - sei es aufgrund von Druck oder Temperaturdifferenz - unter der Wirkung äußerer Belastung aufnimmt. Daraus ergibt sich, daß bei Abwesenheit äußerer Beanspruchungen (sofern diese nicht dauernd auftreten) der Beton diesen Zusammenpressungen standhalten muß, was bewirkt, daß insbesondere im Falle eines Reaktorkessels die Spannungen aufgrund des Druckes und der Temperaturdifferenzen höchstens gleich sein können den zulässigen Zusammendrückungen im Beton, sie selbst also gleich dem Widerstand gegen die Zusammenpressung dieses Materials, multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor, der unter 1 liegt.

Die Erfindung betrifft nun einen Reaktorkessel gemischter Vorspannungen aus Stahl und Beton, der weit höheren Drücken standhalten kann als die Reaktorbehälter aus Spannbeton.

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem unter Vorspannung von Bewehrungen stehenden betonumhüllten Stahlbehälter. An einem solchen Stahlbehälter besteht die Erfindung in der Ausbildung derart, daß die vorgespannten Bewehrungsstäbe von außen auf den der Vorspannbeanspruchung von außen nach innen standhaltenden Stahlmantel einen künstlichen Druck ausüben, der zumindest teilweise den im Betrieb auftretenden Innendruck kompensiert.

Bei einer solchen Ausbildung ist der eine Werkstoff, nämlich der Stahl, dessen Druckfestigkeit weit höher liegt als diejenige des Betons, so vorgespannt, daß der künstliche Äußendruck vom Innendruck verzehrt wird. ' ^^''

Eine wirtschaftliche und sichere Möglichkeit zfir Verwirklichung des Erfindxingsgedankens besteht darin, den Stahlbehälter, sofern

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er in den beiden Richtungen Widerstand leisten kann, d.h. von außen nach innen und umgekehrt, einem künstlichen Druck zu unterwerfen, der gleich der Hälfte des Innendruckes ist. Auf diese Weise kann das den Stahlbehälter bildende Metall zur Widerstandsleistung gegen den Innendruck unter sonst gleichen Bedingungen zwischen Werten der Zug- und Druckfestigkeit arbeiten, d.h. in der Praxis zweimal dünner sein als ein Schweißkessel, der ohne Vorspannung dem gleichen Druck standhalten müßte. Indessen kann es zur Erhöhung der Sicherheit vorteilhaft sein, das Metall des Stahlbehälters zwischen seiner höchsten Druckbeanspruchung (Zustand der Ruhe) und einem Zugbeanspruchungswert zu beanspruchen, der unter der höchstzulässigen Zugbeanspruchung liegt.

Endlich kann es sich empfehlen, das Metall des Stahlbehälters in einer Richtung wenigstens zwischen seinem maximalen Druckwert (Zustand der Ruhe) und einer Einschnürung von Null oder praktisch Null arbeiten zu lassen, wodurch ermöglicht wird, den Stahlbehälter durch Einzelelemente aufzubauen, die allein von der Vorspannung zusammengehalten werden.

Bei einem Reaktorkessel nach der Erfindung gewährleistet der Beton wie bei den bisher allein aus diesem Material errichteten Reaktoranlagen dank der Dicke einen Schutz gegen die Strahlungen P von der Spaltzone. Zugleich schützt er die die Vorspannung aufbringende Bewehrung gegen die Hitze, denn unabhängig von jeder Änderung des Widerstandes aufgrund der Temperatur ist die Hitze der Armierung wegen des Kriechens, das sie bewirkt, geeignet, die Spannung zu verringern, die sie jener vermittelt. Abgesehen davon, spielt der Beton bei der Erfindung e⁴ne mechanische Rolle, die völlig verschieden sein kann von derjenigen, die er bei den bisherigen Konstruktionen spielt.

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Tatsächlich kann man durch die Ausdehnung des Stahlbehälters unter dem Innendruck und aufgrund der Dehnung eine Steigerung des Volumens des Betons bewirken, der ihn umgibt, und zwar derart, daß jegliche Zusammendrückung im Beton verschwindet und daß sogar Fugen (selbständig gebildete oder vorgesehene) " sich in der Betonhülle öffnen, so daß im Betrieb die Gesamtheit der Be wehrungsspannung als Vorspannungskraft auf den Stahlbehälter übertragen wird, wobei der Beton nur die Verteilung dieser künstlichen Druckkräfte auf die äußere Oberfläche des Stahl-^ behälters gewährleistet,

Andererseits kann die Betonhülle, welche den Stahlbehälter umgibt, bei Abwesenheit von Innendruck, wobei der Stahlbehälter sein geringstes Volumen besitzt, durch die Bewehrung derart zusammengedrückt sein, daß die Vorspannung sich nun zwischen dem Beton und dem Stahl des Behälters verteilt.

Auf diese Weise kann man im Ruhezustand bzw, vor Inbetriebnahme das Risiko der Stauchung des Stahlbehälters durch die V or spannung skr äf te ausschließen, obwohl diese sich nichtsdestoweniger im Betrieb in vollem Maße auf den Stahlbehälter auswirken» Aber das Risiko der Zusammendrückung ist nun aufgrund des Innendruckes, ausgeschaltet , der jetzt den Behälter stützt.

Im Zustand der Ruhe (maximale Zusammendrückung des Stahlbehälters) liegt die Zugbeanspruchung der Bewehrung weit unterhalb derjenigen, die bei der maximalen Ausdehnung aufgrund der Dehnung dieser Bewehrungen auftritt*

Was die Art der· Verwirklichung der Erfindung anlangt, aο wird für den Stahlbehälter, der dem Anßendruek standhält, vorteilhat'ter weise ein Rotationskörper ohne jegliches plane Elenient varv/entlet. ΙΗ00 kann mittels einer Kugel, einem Eliipsiod oder

Lja ΰ intim Zylinder erreicht worden, der stirnseitig durch aftn i»it₃ __,

1 0: ü B I B / 0 S 7 ti

Günstigerweise wird ein solcher Stahlbehälter aus geschlossenen, aufeinandergelegten Kreisringen gebildet. Solche Ringe können an Ort und Stelle miteinander verschweißt werden, vorzugsweise werden sie jedoch durch die Vorspannung zusammengehalten.

In dem Fall, in welchem die geschlossenen Ringe einem radialen Druck von innen nach außen standzuhalten vermögen, läßt sich eine wirtschaftliche Ausbildung dadurch erreichen, daß den Ringen die Fähigkeit des Widerstandes gegen einen niedrigeren Druck gegeben wird, beispielsweise indem ihre Dicke halb so hoch gewählt wird, wie sie notwendig wäre für Ringe, die nur dem Innendruck standzuhalten hätten, und indem eine Vorspannung in zentripetaler Richtung angewandt wird, weiche die Hälfte des Betriebsdruckes ausgleicht. Während des Betriebes werden die Ringe dann mit der höchsten Zugbeanspruchung belastet. In axialer Richtung werden die Vorspannungskräfte, deren Resultierende größer ist als die im Inneren entstehende Kraft, die Ringe immer aufeinanderhalten und zwar sowohl bei Ruhe als auch im Betrieb.

Die Ausbildung des Stahlbehälters durch aufeinander ge schichte te Ringe bringt folgende Vorteiles

Die Bildungselemente können in einem Werk erstellt werden, das unabhängig von der Baustelle iat. Nachdem Verschweißen können sie unter den besten Bedingungen erstellt, geglüht und kontrolliert werden.

Die Montage der Metallkonstruktion kann am Aufstellungsplatz rasch durchgeführt werden, da sie nur im Aufeinander schichten der Ringe besteht und das Abdichten der Ringe untereinander, wie noch in der Folge gezeigt werden wird, auch nach der^vollständigen Montage noch durchführbar ist.

Die erhaltene Konstruktion iat jjicher in dom Sinne, daß, wenn die sie bildenden Elemente hinreichend schwach sind, sie nicht reißen

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wird. Eine etwaige Bruchstelle wird zwangsläufig am weiteren Aufreißen gehindert, sobald sie auf eine Fuge trifft. Sollte der Druck zufälligerweise den Betriebsdruck weit übersteigen, dann würde das Öffnen der Fugen zwischen den einzelnen Elementen dem Gas ermöglichen, zu entweichen, ohne daß dies einen Explosionsbruch des Kessels zur Folge hätte.

Schließlich ist es besonders* leicht, die Konstruktion an einzelnen Stellen zu verstärken, beispielsweise in der Nachbarschaft der Durchdringungen großen Durchmessers, indem Speziairinge verwendet werden, wie sie später, erläutert werden.

Eine solche Ausbildung bringt also eine Großzahl von Vorteilen. Trotzdem erlaubt die Erfindung aufgrund der Verringerung der Stahldicke im Vergleich zu nicht vorgespannten Kesseln und/oder aufgrund der Verringerung der Dicke des Betons durch die Übertragung der Vorspannung auf den Stahlbehälter immer noch eine beachtliche Senkung des Preises für den Kessel gegenüber den bisherigen Ausführungen.

Hinzu kommt, daß die benötigte Menge der vorspannenden Bewehrungen viel geringer ist als für Ausführungen in klassischer Spannbetonbauweise und dies aus mehreren Gründen:

Wenn der Stahl nur einem Teil des Druckes standzuhalten braucht, liegen die Kräfte, welche die Bewehrungen aufbringen müssen, weit unter denjenigen, die notwendig wären, den gesamten Druck auszugleichen, wie dies der Fall ist bei der reinen Spannbetonbauweise.

Für klassische Reaktorkessel aus Beton wird außerdem eine beachtliche Menge an Stahlkabeln benötigt, um die thermische Spannung des Betons auszugleichen, während für einen Kessel,nach der Erfindung die thermischen Spannungen vernachlässigt werden können, da man annehmen kann, daß die Hüllkönstruktion aus Beton Risse erhält oder daß, sofern die Konstruktion aus einzelnen Blöcken

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det wird, die Fugen zwischen diesen einzelnen Blöcken sich erweitern.

Endlich müssen die Kabel für eine klassische Konstruktion viel länger gehalten werden, weil die Außenabmessungen der Konstruktion viel größer sind für einen Reaktorkessel gleichen Innenvolumens. ,,

Sofern die Hüllkonstruktion aus Beton keine Fugen aufweist, könnten die Isolierungen der vorspannenden Kabel, nachdem sie unter Spannung gesetzt worden sind, mit Zementmörtel eingespritzt werden, wie dies bei der klassischen Ausbildung des Spannbetons der Fall ist. Wird die Betonkonstruktion aus Blöcken errichtet, zwischen welchen Fugen sich befinden, dann werden die vorgespannten Kabel vorzugsweise nicht mehr mit Zementmörtel versehen und unter enge Metallhüllen verbracht, sodaß die Öffnung der Fugen zwischen den Betonblöcken nicht behindert wird. Solche Kabel können gegen Korrosion durch Fettanspritzung, Zirkulation eines neutralen und trockenen Gases oder durch Zirkulation einer nicht korrosiven Flüssigkeit geschützt werden. In letzterem Fall könnte die Flüssigkeits zirkulation dazu herangezogen werden, die Temperatur der Bewehrungen auf einem hinreichend niedrigen Wert zu halten.

Darüberhinaus könnte eine thermische Isolation und im Bedarfsfall eine Kühlanlage vorgesehen werden, um die Temperatur der vorspannenden Bewehrungen zu begrenzen. Die Dicke der Isolation und die Intensität der Kühlung brauchten allerdings viel geringer zu sein als im Fall der klassi sehen Reaktorbehälter.

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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel wiedergibt. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Reaktorkessel im. Längsschnitt, Fig* 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 schematisch die Anordnung der vorgespannten

Armierung der oberen Kuppel von unten gesehen, Fig. 4 einen Schnitt entläng der Linie IV-IV in Fig. 5, Fig. 5 einen Ring, in welchem eine Durchdringung großen Durchmessers angeordnet ist,

* eine Abwandlungsform eines Ringes mit Durch-S dringungen großen Durchmessers, wobei Fig. 6

einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 7 ™

wiedergibt und Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6 darstellt, während Fig.

einen Ringausschnitt mit einer Durchdringung in

Vorderansicht veranschaulicht, Fig. 9 einen Ausschnitt eines Ringverbundes mit einer

Fuge zwischen zwei Ringen, . Fig. 10 einen Ausschnitt eines Ringverbundes mit einer

Abwandlungsform der Fugenverbindung, Fig. 11 einen Schnitt, aus welchem die Fuge zwischen zwei die Kuppel bildenden Ringen ersichtlich ist.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Stahlbehälter setzt sich aus einem zylindrischen Teil A mit einer unteren Kuppel B und einer oberen Kuppel C zusammen.

Die untere Kuppel B ist als Halbkugelschale gestaltet, während die obere Kuppel C eine Zone C, aufweist, deren Krümmung progressiv von Null an der Vereinigungs stelle mit dem Zylinder auf einen endlichen Wert an einer Zone anwächst, die von einer sphärischen Kalotte C„ gebildet wird.

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Wenn eine sphärische Kuppel unmittelbar an eine Zylinderwand anschließt, wie dies für die untere Kuppel der Fall ist, und wenn diese beiden Bauelemente die gleiche Wanddicke aufweisen, entstehen in der Nachbarschaft der Verbindung Sekundärbeanspruchungen. Eine klassische Methode zur Verhinderung derselben besteht darin, der Kuppel eine geringere Dicke zu geben als derjenigen des Zylinders, und zwar im Verhältnis 1 - ν , wo ν der

2 -v

Poisson'sche Koeffizient ist (was auf der Zeichnung nicht dargestellt wird).

Bei einem Reaktor kess el gemäß der Erfindung sind die Beanspruchungen in der Kuppel B aufgrund der Vorspannung, die zumindest in der Nachbarschaft der Verbindung der Kuppel B mit denn Zylinder A herrscht, von derselben Größenordnung wie diejenigen, welche in der Wand des Zylinders A auftreten. Eine Kuppel B von geringerer Wandstärke als der Zylinder Ä müßte demnach von einem widerstandsfähigerem Stahl gebildet werden als er für den Zylinder A verwendet wird. Es besteht somit das Interesse, bei der halbkugelförmigen Kuppel dieselbe Wandstärke beizubehalten wie beim Zylinder.

UmSekundärbeanspruchungen zu vermeiden, können die beiden Kuppeln jedoch vorzugsweise in der bezüglich der oberen Kuppel C angedeuteten Weise verwirklicht werden. Das heißt, es wird eine sphärische Kalotte G_ benutzt, die an den Zylinder A über eine Zone G₁ anschließt, deren Meridian-Krümmung allmählich bis auf Null am Zusammenschluß mit dem Zylinder A abnimmt.

In der zentralen Kalotte 7 der oberen Kuppel C und der unteren Kuppel B sind durchdie Röhren 14 Durchdringungen 6 vorgesehen. Da ein durch so viele Öffnungen durchsetztes Blech leichter verformbar ist, erhalten die Kalotten 7 vorteilhafterweise, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, eine größere Dicke als der rest-

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liehe StahlbehSlter, so daß das Auftreten von sekundären Biegebeanspruchungen verhindert wird.

Der Stahlbehälter könnte aus Schweißteilen aufgebaut sein derart, daß seine Wand in Abwesenheit von Vorspannung in allen Richtungen den Zugbeanspruchungen standhalten könnte. Bei der dargestellten Verwirklichung der Erfindung ist die Wand aber aus Gründen der einfacheren Fertigung aus Ringelementen aufgebaut, welche durch Vorspannung zusammengehalten werden.

Der zylindrische Teil A des Metallmantels umfaßt Ringe 8 sowie einen Ring 9 mit Vorsprüngen 10 zur Aufnahme einer Last, beispielsweise des Mittelteils des Reaktors, sowie einen Spezialring 11, in welchem mittels der Rohre 40 Durchdringungen 11a vorgesehen sind.

Jenseits der Kalotten 7 sind die Kuppeln mittels zweifach gekrümmter Ringe 12 gebildet.

Die Fugen 15, die zwischen zwei zylindrischen Ringen ebenso" wie zwischen· den zylindrischen Endrin'gen und den Kuppeln vorhanden sind, sowie die Fugen 16 zwischen den Kuppelringen werden anhand der Figuren 9 bis 11 beschrieben.

Den Stahlbehälter umgibt eine dicke Betonhülle 17, die aus Blökken 13 gebildet wird, welche über Horizontalfugen 18 mit Vorsprüngen 18a sowie über Vertikalfugen 19 mit Vor Sprüngen I9a aneinandergefügt sind. Diese Vorsprünge gewährleisten einen besseren Schutz gegen die Strahlung, wenn die Fugen sich in Betrieb unter dem Druck des Stahlbehälters öffnen.

. Die Betonhülle 17, deren Stärke hinreichend groß sein muß, um einen guten Strahlenschutz sicherzustellen, weist grundsätzlich die gleiche Hauptform auf wie der Stahlbehälter« Darüber hinaus

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besitzt er an gegenüberliegenden Seiten zwei Absätze 21, an welchen die Enden der vertikalen vorgespannten Kabel 23 verankert sind. Die Betonhülle 'weist darüberhinaus einen unteren Schulterkranz 22 auf, über welchen der Reaktorkessel in seiner Gesamtheit auf Stützen 27 ruht, und zwar vorzugsweise unter Zwischenschaltung von bekannten Elementen 27a, welche die Dehnungen nicht verhindern und beispielsweise durch abwechselnde Schichten dünner Bleche und Gummiblätter gebildet werden.

Die Vorspannung, welche auf die Kuppeln B und C einen Außendruck ausübt, wird mittels Kabel 24 und 25 erreicht, die bei

• dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der Ebene in drei Rich-

tungen verlaufen, die untereinander einen Winkel von 60 bilden.

Die Kabel 24 und 25 weisen einen mittleren Teil 32 (Fig.l) auf, der kurvenförmig verläuft, und zwar parallel zur Kuppel. Sie besitzen außer.dem geradlinige Teile 33.· Im übrigen kommen sie bei 23 im zylindrischen Teil der Betonwand 17 zur Verankerung, nachdem sie einen Kreisbogen von einer Kurvenform umschrieben haben, welche der Kurve 32 entgegengerichtet ist.

Die Beanspruchung der Kabel 24 und 25 wird von den Vertikalkabeln 23 aufgenommen, welche an den Absätzen 21 verankert fe sind. Die Gesamtheit der vertikalen Kabel 23 muß eine Vorspannkraft aufbringen, welche Über dem Druck liegt, der im Betrieb im Inneren des Stahlbehälters entsteht. Die Vorspannung muß so groß sein, daß dann noch ein gewisser Druck innerhalb der Fugen 15 und 16 herrscht.

Die Vorspannung der Zylinderwand A wird in horizontaler Richtung durch Kabel 28 erreicht, deren Anordnung aus Fig. 2 hervorgeht. Jedes Kabel weist ein zentrales Stück 29 auf, welches kreisbogenförmig verläuft und an das zwei geradlinige Außen-

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stücke 30 anschließen. Die Kabel kommen an den Flanken der vertikalen Rippen 31 der Betonwand zur Verankerung.

Bei dem gewählten Beispiel beschreibt jedes Horizontalkabel 28 ungefähr einen Halbkreis, Die Kabel 28 sind nach vier konzentrischen Kreisen angeordnet, welche mit den Bezugs zeichen Z-, Z-, Z und Z bezeichnet sind.

Ein Kabel, etwa das Kabel 28a, das nach einem Halbkreis verläuft, ist jeweils einem Kabel 28b zugeordnet, welches einen gegenüberliegenden Halbkreis bildet, um so den Kreis zu vervollständigen. Die Kabel sind offensichtlich in vertikaler Richtung leicht abgelenkt, um ihr Kreuzen in der Nähe ihrer Verankerung zu ermöglichen.

Auf jeder der acht Rippen 31a sind in der in Fig. 2 festgehaltenen Schicht ein Kabel 28a und ein Kabel 28b verankert. Darüberhinaus beschreibt auf jeder Stufe das Kabel 28b die Kreise Z., Z , Z₀, Z₁, während ein Kabel 28a in der vorbeschriebenen Weise die Kreise Z-, Z_, Z , Z,'bildet.

Die Kabel 28a, welche unterhalb der in Fig. 2 dargestellten Kabel liegen, verankern sich nacheinander an den Vorsprüngen 31b, 31c, 31a usw. Auf diese Weise sind die Verankerungen der Kabel 28 auf dem ganzen äußeren zylindrischen Umfang des Reaktorkessels verteilt, was den Vorteil bietet, daß die zentripetalen Beanspruchungen, weiche durch die Horizontalkabel 28 verursacht werden, gleichmäßig verteilt werden.

Selbstverständlich sind andere äquivalente Anordnungen möglich; insbesondere könnte jedes Kabel 28 ungefähr einen vollen Kreisbogen beschreiben oder nur ein Drittel usw.

Bei der Anordnung, wie sie in Fig. 2 wiedergegeben wird, wird das Kreuzen der Kabel derart erreicht, daß die Gesamtheit der

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Kabel 28a niemals die Gesamtheit der Kabel 28b schneidet. Die Verankerungen sind vielmehr derart verteilt, daß ein Radialschnitt, etwa nach der Linie X-X zwischen zwei Vorsprüngen 31a, nur auf vier Kabel 28 trifft, da diese auf vier Umkreise verteilt sind und daß ein Schnitt Y-Y an einer Rippe 31a nur 4+1 Kabel trifft. Ganz allgemein entsprechen diese Zahlen η und η + 1, wobei η die Zahl der konzentrischen Reihen angibt, denen die Kabel folgen. Mit anderen Worten, die Kabelstücke, die einander zugeordnet sind, bilden einen Kreisbogen und gehören verschiedenen konzentrischen Reihen an, aber die mittlere Distanz zur Vertikelachse der Konstruktion dieser Kabelstücke bleibt konstant und ~ gleich der mittleren Entfernung der Reihen.

Bei Beachtung dieser Ausbildung der Verankerungen kann man die Kabel 28 spiralenförmig anordnen, so daß sie sich nun auf einen Teil eines beliebigen Kreisumfanges wickeln können. -

Der Beton hat, wie bereits dargelegt wurde, im wesentlichen die Aufgabe, die Zentripetalbeanspruchungen der vorgespannten Armierungen zum Stahlbehälter zu übertragen. Es ist allerdings vorteilhaft, um das Risiko des Zusammendrückens des Stahlbehälters auszuschließen, dafür zu sorgen, daß bei Abwesenheit von ^ Druck ein Teil der Beanspruchung nicht zum Stahlbehälter übertragen wird und eine Vorspannung des Betons bewirkt. Dann wird aber, wie bereits dargelegt wurde, die Ausbildung nicht wirtschaftlich und die Vorspannung nicht so ausgenutzt wie dann, wenn im Betrieb die Vorspannung gleichsam insgesamt auf die Metallwand übertragen wird.

Bezüglich der Zylinderwand A ist ein solches Ergebnis für die horizontale Vorspannung leicht zu erhalten, da die Ringe 8, 9 oder 11, welche die Wand bilden, unter Druck derart gespannt werden können, daß die Fugen im Beton sich öffnen? es kann sogar von Vorteil sein, daß zur Vermeidung übermäßiger Fugen-

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öffnungen beim Betonieren klassische Vorkehrungen zur Verringerung der Zusammenziehung des Betons getroffen werden. Zu diesem Zweck kann man zwischen die Blöcke 13 Fugen 18 einer bestimmten Größe einführen, die man mit Mörtel füllt, nachdem der Beton der Blöcke 13 seine Schwindung beendet hat. In vertikaler Richtung reicht die Zusammenziehung des Betonsim allgemeinen aus, um sein Entspannen auf Null zu erhalten, bevor die vertikale Zusammendrückung des Stahls, aufhört, wenn der Druck anwächst. Mit anderen Worten', die Betonhülle wird vorzugsweise zusammengedrückt, d.h. vorgespannt in Abwesenheit vom Innendruck und vorteilhafterweise "gerade druckentlastet, wenn der Reaktorkessel unter Druck steht in Abwesenheit des thermischen Gradienten quer durch den Beton.

Der Temperaturunterschied zwischen den Innenflächen und Außenflächen der Betonhülle bewirkt, daß die Fugen zwischen den Blökken 13 auf der Außenseite der Betonhülle weiter geöffnet werden als auf der Innenseite.

Obgleich bei der gezeigten Aüsführungsform die Betonwand aus Blöcken 13 gebildet ist, die durch Fugen 18, 19 voneinander getrennt sind, so ist es doch auch möglich, diese Betonwand 17 ohne Fugen zu bilden, indem man die Vorsichtsmaßregel anwendet, stark zu armieren mittels Armierungen, die sich passiv zum armierten Beton verhalten und die demzufolge zur Verteilung der Risse führen würden. Die Inbetriebnahme würde nun nicht das Öffnen von Fugen sondern die Bildung von schwachen Rissen bewirken, wie man sie in den üblichen betonarmierten Bauwerken wahrnimmt. Da der Anblick solcher zufällig gebildeten Risse unschön ist, wird man an der Außenseite, also dort, wo ihre Größe am stärksten ist, Anrisse schaffen.

Zeichnungsfiguren 4 bis 11 betreffen Einzelheiten der Konstruktion. So zeigt Fig.4 einen Ausschnitt der horizontal geschnitte-

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nen Ver Stärkung sr ing es 11, in welchem eine Durchdringung 11a großen Durchmessers eingefügt ist. Das entsprechende Loch im Beton 17 wird durch das Stahlrohr 40 geschützt.

Die Verstärkung des Ringes 11 besteht in einer zunehmenden Verdickung 41, die an der Achse der Durchdringung 11a am stärksten ist. Die Verdickung ist gleichmäßig zwischen der Innen- und Außenseite des Ringes verteilt. Das Rohr 40 ist an den Ring 11 geschweißt. Darüberhinaus verstärken Eckbleche 42, die zugleich an das Rohr und an den Ring 11 geschweißt sind, die Verbindung der beiden Elemente.

Einen noch weit mehr verstärkten Ring zeigen die Fig. 6, 7 und 8. Er wird von einem zylindrischen Element 43 gebildet, der oben und unten an kreis ringförmige Platten 44 geschweißt ist. Der Schnitt dieses Speziairinges durch eine Vertikalebene stellt sich wie ein H-Pr ofil dar, wobei das zylindrische Teil 43 das Verbindungsstück zu den beiden die Schenkel darstellenden Ringplatten 44 bildet. Das Teil 43 wird durch innere Vertikalversteifungen 45 und äußere Vertikalversteifungen 46 verstärkt, die zugleich am Teil 43 und an den Teilen 44 angeschweißt sind.

In der Nähe der weiten Durchdringung 47, die durch das Stahlrohr gebildet wird, welche das zylindrische Element 43 durchdringt, das an sie geschweißt ist, weisen die Teile 44 eine örtliche fortschreitende Verbreiterung 49 auf, wodurch die Schwächung des zylindrischen Elementes 43 durch die Durchdringung 47 kompensiert wird.

Im übrigen sind die vertikalen Innenverstärkungen 45a und Außenverstärkungen 46a (Fig. 8), die sich in der Nachbarschaft der Durchdringung 47 befinden, viel widerstandsfähiger, d.h. im Querschnitt viel stärker als die Verstärkungen 45 und 46 gehalten.

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Das Rohr 48 trägt außen einen Verstärkungskragen 69. Außerdem sind Bleche 50 sowohl an den Kragen 69 als auch an das Rohr 48,

das zylindrische Element 43 und an die Versteifungen 46a geschweißt. Die Eckbleche 51 sind zugleich an den Kragen 69, das Rohr 48, das zylindrische Element 43 und die Ringplatten 44 geschweißt. Die Eckbleche 50 und 51 ergänzen die Verbindung des Rohres 48, das im übrigen unmittelbar an das zylindrische Element 43 geschweißt ist.

Der Ring 9 (Fig. 1) mit den Vor Sprüngen 10 könnte in gleicher Weise durch einen Ring ersetzt werden, der einen Aufbau analog des in Fig, 6, 7 und 8 gezeigten Ringes aufweist, inc&em die Vertikalversteifüngen 45 die Vorsprünge aufgrund einer geeigneten Auftrennung von ihren sie bildenden Platten bildeten.

Fig. 9 und 10 zeigen die Verbindung von Ringen 8, weiche die Zylinderwand A des Stahlbehälters nach Fig. 1 bilden.

Im Falle der Ausbildung nach Fig. 9 weist die eine Stirnseite der Ringe 8 eine Nut 53 auf, während· die andere Stirnseite als dazu passende Feder 52 gestaltet ist, wobei deren Höhe unter der Tiefe der Nut 53 liegt, so daß beim Aneinanderfügen zweier Ringe 8 diese sich vorzugsweise im übrigen Teil 54 abstützen, während die Mut und Feder die Verbindung übernimmt, ..-·,--

Bei der Ausführung nach Fig. 10 weisen beide Stirnseiten der Ringe eine Nut 53 auf, die im Querschnitt rechteckig gehalten ist, wobei in die Nut ein Zapfen 55 sich einlegt, der unabhängig von der Riiigform sein kann oder aus Sektoren, die sich ends eitig an- ' einanderleben, bestehen kann. Auch hier ist es vorzuziehen, daß die Höhe des ZapfenB 55 unter der lichten Höhe der durch die Nuten 53 geschaffenen Ausnehmung liegt.

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Um das Verbringen der Ringe und der Ringzapfen an Ort und Stelle zu erleichtern, können die Nuten 53 sich leicht nach außen erweitern, also trapezförmig im Querschnitt gehalten sein, wobei auch die Federn 52 bzw. Zapfen 55 eine entsprechende Form erhalten sollten.

Die Ringverbindungen, wie sie in Fig. 9 und 10 dargestellt sind, können für die Kuppeln nicht verwendet werden, weil die Montage dann nicht "möglich wäre. Deshalb ist bei der Ausbildung nach Fig.lt, weiche die Verbindung zweier Kuppelringe 12a und 12b zeigt, die Berührungsfläche der beiden Ringe mit zwei Flächen 58a und 58b, die rechtwinklig zur Wand verlaufen und durch eine Stufe 58c voneinander getrennt sind, gebildet, und zwar derart_ä daß die Fläche 58b, die nach außen liegt, zur Fläche 58a gegenüber dem im Durchmesser kleineren Element 12a abgesetzt ist.

Fig. 9, 10 und 11 zeigen gleichermaßen verschiedene Mittel zur Sicherstellung der Dichtheit der Verbindungen, wobei diese Mittel getrennt voneinander oder kombiniert miteinander benutzt werden können.

So kann im Hohlraum 57 zwischen das Ende der Feder 52 und den Grund der Nut 53 eine nichtdargestellte "metalloplastische" Verbindung eingebracht werden. Man kann außerdem eine Dichtschweissung 60 von der Innenseite der Wand des Stahlbehälters anbringen, und ferner kann man eine Dichtschweißung 61 auf der Außenseite vorsehen.

Um die Verbindung noch weiter.zu verbessern, kann ein Deckblech 62 beidseitig der Verbindung angeschweißt werden, wobei dieses Deckblech darüberhinaus in einer Ausnehmung 63 auf der Innenseite der beiden Ringe 8 angeordnet werden kann.

Endlich könnte ein Deckblech auch außen an der Verbindung vorgesehen werden, es könnte auch gewölbt sein wie das Deckblech 64 bei der Ausführung nach Fig. lO, wobei sich ein Hohlraum zwischen dem Deckblech und den Ringen 8 bildet« Dieser Hohlraum könnte darüberhinaus an ein Netz von Röhren angeschlossen sein, die an ein Kontrollgerät anschließen, welches im Betrieb die Überwachung etwaiger Leckagen ermöglicht.

Das Deckblech 62 nach Fig. 9 könnte auch durch eine gewölbte Deckplatte 64 nach Fig. 10 ersetzt werden, wodurch im Betrieb die Schweißungen 66 zusammengedrückt werden und folglich die Bruchgefahr verringert würde.

Claims

Patentansprüche

IJ Rekatorkessel mit unter Vorspannung von Bewehrungen stehendem, betonumhüllten Stahlbehälter, gekennzeichnet durch die Ausbildung derart, daß die vorgespannten Bewehrungs stäbe (23 bis 25) von aussen auf den der Druckbeanspruchung von außen nach innen standhaltenden Stahlbehälter A, B, C einen künstlichen Druck ausüben, der zumindest teilweise den im Betrieb auftretenden Innendruck kompensiert.

2. Reaktorkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbehälter als planflächenfreier Drehungskörper einer Hüllkurve ausgebildet ist.

3. Reaktorkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbehälter die Form eines von Kuppeln (B, C) verschlossenen Zylinders (A) aufweist.

4. Rekatorkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppeln als sphärische Kalotten (C₉) ausgebildet sind, deren

Krümmung laufend nach der Wand des Zylinders (C-) steigt. - . - --3* ' ■'■'

5. Reaktorkessel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung derart, daß der Stahlbehälter auch dem Innendruck standhält.

6. Reaktorkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbehälter aus Elementen (8, 9,11,12, 13) aufgebaut ist, die durch den künstlichen Außendruck zusammengehalten sind, der zumindest in einer Richtung immer über dem Innendruck bleibt.

7. Reäktorkessel nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbehälter aus Ringen (8, 9, 11,12, 13) aufgebaut ist, die in Richtung der Stahlbehälter längs achse aneinandergefügt sind und vom künstlichen Außendruck zusammengehalten werden.

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8. Reaktorkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Vorspannung der Ringe unter dem Betriebsinnendruck liegt.

9. Reaktorkessel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung derart, daß im. Betrieb zumindest der größte Teil der Vorspannung auf den Stahlbehälter übertragen wird, wobei die Betonhülle (17) druckentlastet ist und sie die Druckkraft zur Aussenfläche des Stahlbehälters leitet, und daß bei Ruhe die Vorspannung zwischen Betonhülle und Stahlbehälter verteilt ist.

10. Reaktorkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonhülle von Blöcken (13) gebildet ist, die durch Fugen (18, 19) voneinander getrennt sind, welche dazu bestimmt sind, im Betrieb des Reaktorkessels offen zu bleiben,

11. Reaktorkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Stahlbehälters (A, B, C) etwa gleich der halben Dicke eines Stahlbehälters ist, der den gesamten Betriebsdruck aufnimmt, wobei der Stahlbehälter (A, B, G) zumindest in einer Richtung dem Innendruck standhalten kann und die in Gegenrichtung wirkende Vorspannung ungefähr dem halben Innendruck entspricht.

12. Reaktorkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannten Bewehrungen (25) auf jeder Kuppel (B, C) ein maschenförmiges Netz bilden, welches die beiden Kuppel-Hüllen

-Betonbauteile unter Vorspannung setzt, wobei diese beiden Betonbauteile durch vorgespannte Längsbewehrungen (23) miteinander verbunden sind» die parallel zueinander am Zylinderman-• tel verlaufen.

13. Reaktorkessel nach den Ansprüchen 7 und 12, dadurch gekenn- , zeichnet, daß die Längsbewehrungen (23) durch, ihre Vorspannung die den Stahlbehälter bildenden Ringe (8, 9,. 11} zusammenhalten. ; . .

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14, Reaktorkessel nach Anspruch 12> dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil des Reaktorkessels durch kreisringförmig verlaufende Kabeistücke (28a-28b) radial vorgespannt ist, die in koaxialen Reihen (Z₁-Z ) verteilt sind, wobei der mittlere Abstand dieser kreisringförmig verlaufenden Kabelstücke zur Achse konstant ist,

15, Reaktorkessel nach Anspruch_14, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden zweier Kabelstücke (28a-2Sb), die einander zu wenigstens einem Teilkreis einer Reihe (Z₁) ergänzen, an zwei Seitenflächen eines RadialvorSprunges (3la-31c) der Betonhülle verankert sind*

16, Reaktorkessel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialvor sprünge (3ia-3ic) an dem zylindrlchen Teil des Reaktor kess eis vertikal verlaufende, gleichmäßig am Umfang verteilte Rippen bilden und daß die Kabeis tücke in verschiedenen Stufen verteilt angeordnet sind, wobei die Verankerungen einer Stufe winklig verschoben sind zu den Verankerungen der darüber- und darunterliegenden Stufen, und zwar derart, daß die Verankerung über den Außenumfang des Reaktorkessels verteilt ist*

17, Reaktorkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Teil (13) der Kalotten (C^) dicker gehalten ist als der übrige Teil des Stahlbehälters und Zugangs öffnungen (14) zu dessen Innenraum aufweist.

18, Reaktorkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ring (11) verstärkt ist und nach innen führende Öffnungen (lla) aufweist, die radial zur Längsachse der Ringe gerichtet sind»

19« Reaktorkessel nach. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe an ihren Berührungsflächen ineinandergreifende Elemente (53, 55, 57) aufweisen.

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ZO. Reaktorkessel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtverbindungen (62-64) den Aufbau aus Ringen mit ineinandergreifenden Elementen vervollständigen.

21. Reaktorkessei nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannten Bewehrungen enge Rohre durchsetzen, in welchen eine Flüssigkeit zum Schutz und zur Kühlung der Bewehrung zirkuliert.

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