DE2341489C3

DE2341489C3 - Kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE2341489C3
Application number: DE2341489A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Kraupa
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2341489A1; DE2341489B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernreaktoranlage mit einem Reaktordruckbehälter und einem mit diesem über eine Rohrleitung verbundenen Primärkühlkreisteil, insbesondere einem Dampferzeuger, der in Richtung seiner quer zu der Rohrleitung orientierten Längsachse große Abmessungen aufweist und quer zu dieser Längsachse in einer rohrleitungsnahen und in w einer rohrleitungsfernen Ebene so abgestützt ist, daß die Wärmedehnung des Pirimärkühlkreisteils selbst nicht behindert ist, wobei darüber hinaus in der rohrleitungsnahen Ebene eine die Rohrleitungs-Wärmedehnung zulassende, horizontal bewegliche Abstützung vorgese- ">"> hen ist, die jedoch bei die Betriebskräfte übersteigenden Stoßkräften in Erdbeben- oder GAU-FaII starr ist, und wobei auch die in der rohrleitungsfernen Ebene angeordnete Abstützung für den Erdbeben- oder GAU-FaIl starr ausgeführt ist. &o

Eine solche Kernreaktoranlage ist bekannt (US-PS 16 451). Es handelt sich hierbei um eine Druckwasserrcaktoranlagc, bei der der Primärkiihlkreis unter hohem Druck stehendes Wasser enthält und Dampferzeuger als besonders große (lange) und schwere Teile vorgesehen sind, eine Ausführung, auf die sich die Erfindung ebenfalls bevorzugt bezieht. Bei der bekannten Kernkraftanlage sind die Dampferzeuger im Bereich der rohrleitungsnahen Abstützebene horizontal gleitend gelagert und in mehreren Richtungen innerhalb der horizontalen Gleitebene mittels hydraulischer Dämpfungskörper gegen die Erdbeben- und GAU-Kräfte abgesichert. Diese Dämpfungskörper geben bei den verhältnismäßig langsamen Wärmedehnungs-Bewegungen nach, sind aber in bezug auf die Stoßkräfte im Erdbeben- bzw. GAU-FaIl als starr anzusehen. In der rohrleitungsfernen Abstützebene wird der Dampferzeuger von einem Abstützring umfaßt, an dem tangential an mehreren über den Umfang verteilten Stellen ebenfalls hydraulische Dämpfungskörper angreifen. In bezug auf die verhältnismäßig langsame Wärmedehnungs-Bewegung der Rohrleitung und damit des Dampferzeugers ist also letzter in seinen beiden Ebenen beweglich ausgeführt, so daß eine Parallelverschiebung quer zu seiner Längsachse möglirh ist. Die bekannte Ausführung ist aber im Hinblick auf die sichere Festlegung der Primärkühlkreisteile der Kernreaktoranlage, wie sie für den Fall des größten anzunehmenden Unfalls (GAU) wesentlich ist, verhältnismäßig aufwendig, da eine Vielzahl von Gleitstellen, die auch noch geschmiert sein müssen, und entsprechende hydraulische Dämpfungskörper vorgesehen sein müssen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bekannte erdbeben- und GAU-sichere Abstützung so auszubilden und zu vereinfachen, daß eine Parallelverschiebung des Primärkreisteils, insbesondere des Dampferzeugers, bei langsamer Wärmedehnungsbewegung nicht erforderlich ist und demgemäß hydraulische Dämpfungskörper in der rohrleitungsfernen Abstützebene nicht dauernd im Eingriff zu sein brauchen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Kernreaktoranlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die rohrleitungsferne Abstützung auch gegenüber den Betriebskräften in Richtung der Rohrleitung starr ausgeführt ist, indem der Primärkühlkreisteil mit an mehreren Umfangsstellen angreifenden Lenkern in mehreren durch seine Längsachse gehenden Achsebenen abgestützt ist, wogegen die Abstützung des Primärkühlkreisteils der rohrleitungsnahen Ebene mittels einer Pendellagerung erfolgt.

Hierbei wird bewußt davon abgegangen, den Wärmedehnungen auch in der rohrleitungsfernen Ebene frei nachzugeben. Die feste Abstützung soll vielmehr als Schwenkpunkt wirken, um den herum der Primärkühlkreisteil, z. B. der Dampferzeuger, durch die Dehnung der Rohrleitung geschwenkt wird. Dabei erfährt die Rohrleitung selbst eine Verbiegung entsprechend der Schrägstellung des Dampferzeugers.

Die Erfindung erscheint zunächst als nachteilig, weil die Rohrleitung sich nicht mehr frei dehnen kann, sondern sogar auf Biegung beansprucht wird. Tatsächlich hat sich jedoch gezeigt, daß mit der erfindungsgetnäßen Abstützung die zu beherrschenden GAU-Kräftc mit so viel geringerem Aufwand aufgenommen werden können, so daß eine wesentliche Einsparung erreicht wird, weil erstaunlicherweise gleichzeitig die Ausbildung der Rohrleitung trotz der in Kauf zu nehmenden Durchbiegung nicht verstärkt oder sonst wie verteuert werden muß. Genaue Prüfungen haben nämlich gezeigt, daß bei geeigneten Abmessungen, wie sie etwa später anhand eines Ausführungsbeispiels der Kernrcaktoranlage nach der Erfindung noch näher erläutert werden, in der Rohrleitung bei der Biegung praktisch nur die Längsspannung in der Zugzone erhöht wird. Hierfür ist die Rohrleitung aber aufgrund des Innendrucks ohnehin ausreichend bemessen.

Bisher war bei der Anwendung der Erfindung in erster Linie von Dampferzeugern die Rede. Daneben kommt die Erfindung aber auch für die Abstützung anderer Primärkühlkreisteile in Frage, die über nennenswert umfangreiche Rohrleitungen mit dem Reaktordruckbehälter oder ähnlichen festzulegenden Teilen einer Kernreaktoranlage verbunden sind. Zum Beispiel kann es sich hierbei um die Hauptkühlmittelpumpen eines Druckwasserreaktors handeln, di~ zusammen mit den zugehörigen Antrieb:;motoren ebenfalls beträchtliche Abmessungen quer zur- Längsrichtung der Rohrleitung aufweisen können. Andere abzustützende Komponenten sind Druckhalter, Druckspeicher usw.

Da die Starrheit der Abstützung im Verhältnis zu den sonst durch Wärmedehnung verursachten Bewegungen zu sehen ist, wird der erfindungsgemäße Effekt schon mit einer einseitigen, der Wärmedehnung entgegenwirkenden starren Abstützung erreicht. Die starre Abstützung kann den Primärkühlkreisteil aber insbesondere allseitig festlegen und zu diesem Zweck z. B. um den Umfang des Primärkühlkreisteiles verteilt an diesem angreifen. Unter Lenker werden iweiseitig gelenkig befestigte Laschen verstanden. Als Lenker sollen aber auch die bei Druckkräften gleichwer'.igen Pendelstützen angesehen werden. Mit solchen Lenkern gelingt es nämlich, auch die Wärmedehnungen der Primärkühlkreisteile selbst spielfrei in der starren Abstützung aufzufangen.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung geht aus von einer an sich bekannten Abstützung des Primär- μ kühlkreisteils mittels Dämpfungselementen, besteh, jedoch in abgewandelter Form darin daß die Lenker so bemessen sind, daß sie bei GAU-Kräften zerbrechen, und daß die Dämpfungselemente zusätzlich zu den Lenkern mit geringem Spiel so para IeI geschaltet sind, daß sie nach Zerstörung der Lenker ,m Erdbeben- oder GAU-FaIl in Eingriff gelangen und die die Betriebskräf-Ie übersteigenden Stoßkräfte aufnehmen. Mit Dämpfungselementen sind Vorrichtungen gemeint, die die auf sie einwirkenden Kräfte auf einem relativ kleinen Weg in Abstützungsrichtung abbauen, um Stoßbeanspruchungen zu vermeiden, die sons; ,·ιι Zerstörungen führen müßten. Solche Vorrichtungen können z. B. hydraulische Stoßdämpfer sein. Es kann sich auch um gasgefüllte Stoßdämpfer handeln. Vorteilhaft kann man auch Stoßdämpfer verwenden, bei denen Leichtmetall oder reines Eisen durch Verformungsarbeit eine Dämpfungswirkunf ausübt. In jedem Fall können die Dämpfungselemente wegen der starren Abstützung einfacher ausgebildet und billiger hergestellt und so montiert werden als das bei den bisher üblichen beweglichen Abstützungen möglich war.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

In der Figur ist in einer Schnittdarslellung, bei der die Schnittebenen in einzelnen Bereichen gegeneinander versetzt sind, der wesentliche Teil einer Kernreaktoranlage mit einem Druckwasserreaktor gezeichnet. Die Reaktorleistung beträgt 1200MWe Der Durchmesser des Reaktordruckbehälters 1 ist 5,50 m in seinem mittleren zylindrischen Bereich. Daraus lassen sich die Abmessungen der weiteren, maßstablich gezeichneten Anlagenteile entnehmen.

Der Reaktordruckbehälter 1 ist in einem erweiterten oberen Bereich mit insgesamt acht Rohrstutzen 2 versehen, die um den Umfang des Druckbehälters verteilt sind. Dort sind Rohrleitungen angeschlossen, die zum Primärkühlkreis 3 gehörer· und das als Reaktorkühlmittel verwendete leichte Wasser aus dem nicht gezeichneten Reaktorkern, wo es Wärme aufnimmt, zu Wärmeverbrauchern außerhalb des Reaktordruckbehäkers 1 führen. So ist über eine Rohrleitung 4, die rechtwinklig zu der strichpunktiert angedeuteten vertikalen Längsachse 5 des Reaktordruckbehälters 1 verläuft, ein Dampferzeuger 6 angeschlossen. Von dem Dampferzeuger 6 ist nur das äußere, im wesentlichen zylindrische Gehäuse mit seiner ebenfalls vertikalen Längsachse 9 zu sehen. Das Gehäuse ist quer zur Richtung der Rohrleitung 4 sehr groß, denn seine Höhe beträgt mehr als das 20fache des Robrdurchmessers. Die Rohrleitung 4 mündet in einen Kugelboden 7 am unteren Ende des Dampferzeugers. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kugelbodens 7 ist ein weiterer Rohrleitungszug 8 angeschlossen, der als sogenannter Pumpenbogen mit einer Umlenkung um 180'' zum Saugrohr einer Hauptkühlmittelpjmpe 10 führt.

Die Hauptkühlmittelpumpe 10 liegt an sich in Blickrichtung hinter dem Dampferzeuger 6. Einzelheiten ihrer Konstruktion sind jedoch genauer auf der rechten Seite der Figur zu sehen. Dabei handelt es sich um eine Pumpe, die einem anderen, in der Figur nicht sichtbaren Dampferzeuger zugeordnet ist, weil um den Reaktordruckbehälter 1 vier Dampferzeuger 6 und vier Pumpen 10 in annähernd gleichmäßiger Verteilung gruppiert sind. Man erkennt, daß der Pumpenbogen 8 in das Pumpengehäuse 11 senkrecht von unten führt. Der Druckstutzen der Pumpe 10 mündet in eine Rohrleitung 12, die unmittelbar in den Reaktordruckbehälter 1 zurückführt. Auf dem Pumpengehäuse It ist ein Elektromotor 13 mit Hilfe eines als Laterne 14 bezeichneten Stahlblechgehäuses befestigt, das die Enden von Motor- und Pumpenwelle und die dazwischenliegende Kupplung umgibt. Dadurch ergibt sich wiederum eine große Höhe quer zur Rohrleitung 12 von mehr als dem lOfachendes RohrdurchmeiiSers.

Die bisher genannten Komponenten der Kernreaktoranlage (Primärkühlkreisteile) bestehen aus Stahl, wobei eine nichtrostende Auskleidung vorgesehen ist. sofern die Teile nicht im ganzen aus nichtrostendem, zum Beispiel austenitischem Stahl hergestellt sind. Die Lagerung der Teile erfolgt in Betonwänden 15, die zum Teil einen den Reaktordruckbehälter 1 abschirmenden biologischen Schild 16 und insgesamt das Reaktorgebäude bilden. Die Betonwände 15 sind nur soweit, wie sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlich sind, im einzelnen gezeichnet.

Auf der linken Seite der Figur ist angedeutet, daß der Dampferzeuger 6 an seinem unteren Ende mit zwei Tragpratzen 18 versehen ist, deren Verbindungslinie senkrecht zur Wärmedehnungsrichtung der Rohrleitung 4 verläuft. An diesen Tragpratzen 18 greifen Zugstangen 19 an, die ihrerseits über Hülsen 20 an Kastenträgern 21 befestigt sind, die in den Beton 15 des Reaktorgebäudes eingelassen sind. Die Zugstangen 19 sind am oberen und unteren Ende mit einem Gewinde versehen, auf das Muttern 22 aufgeschraubt sind. Damit wird das Gewicht des Dampferzeugers 6 einschließlich der Rohrleitungen 4 und 8 aufgefangen, sowie diese auf dem Dampferzeuger 6 lasten.

Senkrecht zur Verbindungslinie der beiüen Tragp· atzen 18, also in Richtung der P.ohrle:n.:u 4, ist am Dampferzeuger 6 eine Fühningspratze !7 angebracht, der ebenfalls mit dem an den T ragpratzen angreifenden Traganker mit Zugstange 19 usw. vorsehen ist. Der Traganker der Führungsnut/e 17 dient aber nur zur

Montage und als Reserve Im Normalbetrieb weist er ein Spiel auf, so daß keine Tragkräfte übernommen werden. Die Traganker können auch keine seitliehen Kräfte, d.h. Kräfte in Richtung der Rohrleitung 4, aufnehmen, da zwischen den Zugstangen 19 und den Hülsen 20, sowie zum Rand von Bohrungen 23 im Kastenträger 21 hin ein großer Abstand vorgesehen ist. Somit kann sich die Rohrleitung 4 bei Erwärmung frei dehnen, weil in dtr Ebene der Tragpratzen Ϊ8, d. h. praktisch in der Ebene der Rohrleitung 4 nur eine -itlichc Führung der Führungspratz.en 19 durch Dämpfungselemente 28 vorgesehen ist. Ähnliche Abstützungen können an sechs seitlichen Pollern 32 angreifen.

Zur Festlegung gegen seitliche Kräfte ist eine starre Abstützung 24 in einer zweiten Ebene im oberen Bereich des Dampferzeugers 6 vorgesehen. Dort sind um den Umfang acht Dämpfungselemente 26 verteilt, die insbesondere die Kräfte beim Bruch einer Frischdampfleitung 27 aufnehmen sollen, aber auch für den Fall wirksam werden können, daß eine andere an den Dampferzeuger 6 angeschlossene Leitung, etwa die Speisewasserleitung 25, bricht und das austretende Medium Reaktionskräfte ausübt.

Man erkennt, daß die Dämpfungselemente 26 den Dampferzeuger 6 an seinem Umfang eng umschließen. Insgesamt ist dabei nur so viel Spiel vorgesehen, daß die bei Erwärmung auftretende radiale Dehnung von etwa 2 χ 10-V⁰C, insgesamt also etwa 3 bis 6 χ 10-" des Durchmessers des Dampferzeugers 6 an dieser Stelle aufgenommen werden kann. Dies ist wesentlich weniger als die Wärmedehnung der Rohrleitung 4, die normalerweise das 3- bis lOfache der radialen Dehnung beträgt.

Mit Lenkern 29 ist der Dampferzeuger 6 darüber hinaus im Bereich der Abstützung 24, die um etwa das 12- bis 15fache des Durchmessers der Leitung 4 über dem Leitungsanschluß der Rohrleitung 4 liegen, im Normalbetrieb praktisch vollständig starr festgelegt.

Die Lenker 29 folgen nämlich den Warmedehnungc des L· aiiipferzeuger«; 6, so daß dieser auch im kali
Zustand zum Beispiel gegtn !'umpenschwingungei festgelegt ist. Die Lenker 29 die zu dritt um den Umfanj verteilt sind, haben jedoch eine nur für Betriebskräft bemessene Festigkeit. Bei den wesentlich erößcrei Kräften bei dem »größten anzunehmenden Unfall (GAU) /erbrechen sie, so d^3 solche Kräfte in de Ebene der Abstützung 24 mithin unmittelbar von dei

in D?rrr^r'jngselementen 26 aufgenommen werden.

Erwärmt sich die Kcrnrcaktoranlage beim Anfahrei aus dem kalten Zustand, also von etwa 20°C auf ein Betriebstemperatur von mehr als 300⁰C, so wird de Dampferzeuger 6 in Richtung der Rohrleitung 4 durc

'.5 deren Dehnung um zum Beispie! 50 rnm verschober Auf Grund der starren Abstützung 24 wird de Dampferzeuger um diese als Lagerpunkt geschwenk wobei die Rohrleitung 4 in Anpassung zu de Schwenkbewegung verbogen wird. Dabei ist de Dampferzeuger 6 in der Abstützung 24 stets siehe festgelegt. Dennoch bleibt die das Gewicht aufnehmen de Aufhängung 18 bis 21 relativ einfach, wie da Ausführungsbeispiel zeigt.

An der Hauptkühlmittelpumpe 10 wird das Gewich mit einer Abstützung 30 aulgefangen, die ähnlich wie di Aufhängung 18 bis 21 des Dampferzeugers 6 ausgebilde ist. Betriebsmäßige seitliche Kräfte, zum Beispie Pumpenschwingungen, werden von Dämpfungselemen ten 31 aufgenommen, mit denen die Pumpe K hydraulisch starr festgelegt ist. Die Dehnung de Rohrleitung 12 wird aber durch die Dämpfungselement 31 nicht beeinflußt, weil die Laterne 14 ohnehin nicht fü größere Kräfte, zum Beispiel GAU-Kräfte bemessen Is Im Prinzip läßt sich die Erfindung aber auch hie anwenden, indem in ausreichender Entfernung von de Rohrleitung 12, zum Beispiel am oberen Ende de Motors 13, eine starre seitliche Abstützung angebrach und die Pumpen-Motor-Einheit entsprechend mecha nisch fest ausgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kernreaktoranlage mit einem Reaktordruckbehälter und einem mit diesem über eine Rohrleitung verbundenen Primärkühlkreisteil, insbesondere einem Dampferzeuger, der in Richtung seiner quer zur Rohrleitung orientierten Längsachse große Abmessungen aufweist und quer zu dieser Längsachse in einer rohrleitungsnahen und in einer rohrleitungsfernen Ebene so abgestützt ist, daß die Wärmedehnung des Primärkühlkreisteils selbst nicht behindert ist, wobei darüber hinaus in der rohrleitungsnahen Ebene eine die Rohrleitungs-Wärmedehnung zulassende, horizontal bewegliche Abstützung vorgesehen ist, die jedoch bei die Betriebskräf- '5 te übersteigenden Stoßkräften im Erdbeben- oder GAU-FaIl starr ist, und wobei auch die in der rohrleitungsfernen Ebene angeordnete Abstützung für den Erdbeben- oder GAU-FaIl starr ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrleitungsferne Abstützung (24) auch gegenüber den Betriebskräften in Richtung der Rohrleitung (4) starr ausgeführt ist, indem der Primärkühlkreisteil (6) mit an mehreren Umfangsstellen angreifenden Lenkern (29) in mehreren durch seine Längsachse (9) gehenden Achsebenen abgestützt ist, wogegen die Abstützung des Primärkühlkreisteils (6) der rohrleitungsnahen Ebene mittels einer Pendellagerung (19, 20) erfolgt.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, mit Abstützung des Primärkreisteils durch Dämpfungselemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker (29) so bemessen sind, daß sie bei GAU-Kräften zerbrechen und daß die Dämpfungselemente (26) die zusätzlich zu den Lenkern (29) mit geringem Spiel so J5 parallel geschaltet sind, daß sie nach Zerstörung der Lenker (29) im Erdbeben- oder GAU-FaII in Eingriff gelangen und die die Betriebskräfte übersteigenden Stoßkräfte aufnehmen.

40