DE2754462A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

Beschreib u ag ?&tentgeeuch

der /Irma Combustion engineering, Inc., Windsor, Conn. oöo95/OSA

betroffenem "Kernreaktor"

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Druckbehälter, und insbesondere die Anordnung eines CoretrSgers, der durch den Verschluß oder Verschlußkopf des Reaktordruckbehältera belastet ist.

Das Herz eines Kernreaktors ist sein Core oder Xern. Das Core let eine kompakte Baugruppe aus Kernbrennstoffstäben, über die ein flüssiges Kühlmittel,, das dabei erhitzt wird, strömt. Die hydraulischen Kräfte des flüssigen Kühlmittels sind erheblich. Während des normalen Reaktorbetriebeo ein>ΐ diese Kräfte so gerichtet, daß si« die Innenstruktur innerhalb de3 Reaktorbehältere zu versetzen tendieren, einschließlich des Cores selbst. Zusätzlich zu dieser Gefahr der Versetzung können Vibrationen, hervor arufen durch diese Kräfte, zu Verschleiß und sogar zum Versagen der Bauelemente führen.

Bei bekannten Kernreaktoren hängt der Coreträger oder die Coreträgertrononel von einem Innenflansch des Reak orkeseels. Eine Ringstruktur wurde zwischen dem oberen Führungs· aufbauflansoh und de» Verschluß oder Verschlußkopf des Reaktorb^nülters angeordnet, um dl· Niederhaltekräfte von

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dem Verschluß auf die Coreträgertrommel zu übertragen. Diese Niederhalteanordnung war jedoch nur begrenzt in der Lage, die erforderlichen Niederhaltekräfte aufzubringen. Darüber hinaus 1st der ökonomische Paktor zu berücksichtigen: Die Kosten dieser Ringe reichen von US? 30.000,-- bi» USJi 80.000,--.

Darüber hinaus ist die Niederhalteanordnung vom Ringtyp für die Coreträgertrommel prinzipiell bereits hinsichtlich der Kraftübertragungsfähigkeiten begrenzt. Das gesamte Konzept ist nur schlecht einstellbar hinsichtlich der Niederhaltekräfte, die auf die Coretrftgertrommel Übertragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mechanisches Verbindungsglied zwischen dem Druckbehälterverschluß und der Coreträgertroinnel zu schaffen, mit einer Gesamtfederkonstante, die leicht modifizierbar ist, um eine Anpassung an spezifizierte Niederhaltekraftgrößen zu ermöglichen. Darüber hinaus soll die interne Reaktorstruktur so ausgebildet, bemessen und angeordnet werden, daß man eine hohe Klemm- und Niedrerhaltekraft auf die Coreträgertrommel übertragen kann, ohne die Struktur vom Ringtyp nach dem Stand der Technik, wobei ermöglicht werden soll, daß die Coreträgertrommel aus mehr als einem Stück gefertigt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung 1st im Anspruch 1 definiert, während die Unteransprüche bevorzugte Ausführung«- forreen definieren.

Die Erfindung sieht demgemäß einen Reaktordruckbehälter vor mit einem Innenflansch, an dem die Coreträgertrommel de· Reaktor« hängt, und swar mittels eines

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an ihrem oberen Ende angeordneten Flansches. Ein Zylinder erstreckt sich vom Verschluß oder Verschlußkopf des Reaktors nach unten bis zu einem Sitz, auf dem Coreträger und dient als ein Kompressionsglied zur übertragung der Klemmbelastung von dem Verschluß auf die Coreträgertromir.el. Mit der CoretrSgertroirjnel unter Zugspannung zwischen dem Bahälterflansch und dem Sitz und mit dem Niederhalter oder Zylinder unter Kompression zwischen dem Verschlußkopf und dem Sitz ergibt sich eine hochfeste elastische Federstruktur, die mit der gewünschten Niederhaltekraft belastet wird durch einen Paßsitz zwischen dem Flanschspalt an dem Behältervorschlußkopf und der erwähnten Federstruktur.

Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Coreträgertrornmel bereits in einem erheblichen Abstand unterhalb des Innonflansches des Reaktordruckbehälters endet, und daß ihr oberer Flansch eingeklemmt ist zwischen dem unteren Ende des Niederhalters oder Zylinders als Kompressionsglied und einem unteren Flansch eines zwischengeschalteten Tragzylinders, der herunterhängt von dem Innenflansch des Reaktorbehälters mittels eines oboren äußeren Flansches.

Ausfuhrungsbeispiele dos Gegenstandes der Erfindung werden nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Kernreaktordrnckbehälters gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 ist zeigt in ähnlicher Darstellung wie Flg. eine abgewandelte Ausführungsform.

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Fig. 1 laßt einen Kernreaktor 1 erkennen. Der Reaktordruckbehälter 2 weist eine Core- oder Brennstoffregion 3 auf.

Die Brennstoffregion 3 besteht aus einer Kehrzahl von Kernbrennstoffelementen und wird von diesen definiert. Diese Brennstoffstäbe sind in Baugruppen angeordnet, die hier nicht im einzelnen erläutert zu werden brauchen. Kur ihre allgemeine Positionierung ist von Bedeutung. Jede Baugruppe umfaßt vertikale« hohle Führungsfrohre, die an oberen und unteren Endplatten befestigt sind, mittels denen die Baugruppe starr abgestützt wird. Die Baugruppen werden dann an Ort und Stelle abgestützt durch die untere Platte 4, die öffnungen aufweist, damit Kühlmittel zu den Baugruppen des Cores 3 gelangen kann.

Das Core 3 wird von der Corehülle urigeben, die auf der unteren Tragplatte 4 montiert ist. Die untere Tragplatte 4 und das gesamte Core aus Brennstoffbaugruppen wird innerhalb des Druckbehälters 2 von der Coreträgertrommel 5 abgestützt, die von einein Innenflansch 6 herabhängt, der am oberen Ende da3 Druckbehälters 2 ausgebildet ist.

Das Einführen und Herausziehen von Steuerelementen, bestehend aus Neutronengift, ist von lebenswichtiger Bedeutung für den Betrieb des Kernreaktorcores. Die Führungsstruktur, durch welche diese Steuerelemente eingeführt und herausgezogen werden, 1st gebildet von der sogenannten oberen Führungsstruktur (UGS » upper guide structure). Die UGS liegt im Abstand oberhalb des Core3 und wird unabhängig von dem Baugrupponcore gehalten. Sine Form von UGS Core und Coretrommelabstützung 1st in der US-PS 3 849 251 offenbart.

In den bekannten Kernreaktoren hängt die UGS von einer äquivalenten Anordnung zu ^em Flansch 6 und ist innerhalb desr Coreträgertrc.-oir.ol 5 angeordnet. Insbecondere hat die UGS DIE Form einer zylindrischen Trommel, auf und innerhalb der die Führungssgtruktür für die Steuerelemente in dem darunterliegenden Core angeordnet ist.

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VUe nachfolgend noch näher erläutert, ersetzt die Vorrichtung gemäß der Erfindung die bisher übliche UGS. Anders ausgedrückt, die UGS nach dem Stand der Technik kann verbessert werden gemäß der Erfindung, so daß man die einleitend angegebene, dar Erfindung zugrunde lie-* gende Aufgabe löst.

Während des Reaktorbetriebes tritt ein flüssiges Kühlmittel, wie Wasser, in den Einlaßstutzen 15 des Reaktors 1 ein und fließt nach unten rings um die Außenseite der Coretrögertrorraneln 5. Das Kühlmittel strömt dann nach innen und oben durch die öffnungen in der unteren Platte 4 und über die BrennstoffStabbaugruppen, durch die das Kühlmittel aufgeheizt wird. Das erhitzte Kühlmittel strömt dann durch den Auslaßstutzen 16, wobei en den Stutzen erreicht durch Öffnungen in den Platten oberhalb der Corebaugruppe und in der Wandung der Coreträgertrommel 5.

Wie bedeutend immer für den gesamten P.eaktorbetrieb die Steuerstäbe und deren Mechanismen sein mögen, so soll diesen Elementen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung nur der Platz zugeordnet sein, ohne daß ihr Aufbau im einzelnen beschrieben'wird. Die Erfindung verkörpert sich nämlich in der Form und Ausbildung der Coreträgertrornmel 5, der Niederhaltetrorunel 20, des Flansches 6, des Verschlusses 21 und der Beilage 22. Diese Struktur ist der Kernpunkt des Gegenstandes der Erfindung, und nur jene Teile des Reaktors werden im Zusammenhang mit dieser Struktur beschrieben, die zum Verständnis der Erfindung für einen Fachmann erforderlich sind.

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Dia K'Jh lirittel strömung durch das Core 3 wurde allgemein erläutert. Man muß auch jedoch die Große der hydraulischen Krüfto in Betracht ziehen, die auf die Corestruktur von dem Kühlmittel ausgeübt werden. Die Menge an Kühlmittel, die durch das Core 3 geleitet wird, ist erheblich. Für einen Reaktor für eine Nennleistung von 3800 MW liegt die Quantität des Kühlmittels in dar Größenordnung von 74 χ 10 kg/h. Die Kraft, ausgeübt von dem Kühlmittel, ist hinreichend groß, um eine Versetzung der Coretrügertroismel gewärtigen zu nüssen, mittels der das Core innerhalb des Peaktordruckbehälters abgestützt wird. Selbst wenn keine Versetzung eintritt, ist eine Vibration mit Sicherheit möglich, und diese Vibration kann zuai Verschleiß der Coreträgertroirmel führen, was schließlich zu einem Versagen des Reaktors führen könnte. Es ist offensichtlich, daß allen Kräften entgegengewirkt werden muß, die die Tendenz haben, die Coretrügertrommel zu bewegen.

Die Coreträgertromntel 5 hängt von dem Innenflansch 6 an der Oberseite des Reaktorbehälters 1 herunter. Deshalb muß eine Kraft ausgebübt werden auf den Trommelflansch, um ihn sicher auf seinem Sitz auf dem Flansch 6 zu halten. Erfindungsgemäß wird eine wirksame mechanische Verbindung geschaffen zwischen der Coreträgertroiranel 5 und dem Verschlußkopf 21 des Druckbehälters. Dieses Verbindungsglied muß elastisch sein und gleichwohl die erforderliche Kraft übertragen. Das Verbindungsglied muß Mittel aufweisen, um die Justage der erforderlichen Kraft zu ermöglichen zur Anpassung an spezifische Konstruktionserfordernisse. Das Verbindungsglied sollte wünschenswerterweise die Stinktur mit benutzen, die sich bereits an Ort und Stelle innerhalb des Druckbehälters befindet. Alle diese Erfordernisse und andere darüber hinausgehende werden gemäß der Erfindung erfüllt.

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GemiiO Fly. 1 erstreckt sich die Coreträgertroramel 5 über acn größten Teil dor Länge des Reaktordruckbehälters. Im einseinen erstreckt sich die Trommel von dem Innenflancch 6 des Behülters bis unter das Core 3, wobei die Corestruktur abgestützt wird von einem unteren Flansch an der Trommel.

Die UG3 Konstruktion gemSß US-PS 3 849 257 kann ein Merkmal des Reaktors sein, bei dem die Erfindung verkörpert wird. Unter einen Gesichtspunkt kann man diese UGS Trommel oder diesen Niederhalter als bei 20 dargestellt ansehen. Mit einer Stützplatte 26 an den» unteren Ende ergibt sich der grundlegende Rahmen eines UGS. Unter einem zweiten Gesichtspunkt wird diese Trommel 20 nach unten aufgesetzt auf eine Sitzfläche 27 auf der Coreträgertroromel 5. Die Trommel 2o kann unter diese:?. Gesichtspunkt genausogut als Niedörhaltertromnel bezeichnet werden. Diese Tronocel ist hier dargestellt als sich zwischen dem oberen Verschluflkopf 21 und dem Sitz 27 erstreckend, bei dem es sich um einen unteren Innenflansch 23 der CoretrMgertrommel 5 handelt. In dieser Position wird die Nioderhaltekraft, die von dem Verschlußkopf 21 aufgebracht wird, auf die Coreträgertroirael 5 übertragen, die so den Kühlmittelkräften widerstehen kann, die in Richtung einer Bewegung oder Vibration der Trormel 5 gerichtet sind.

Gemäß Fig. 1 erstreckt sich die Trommel 2o als UGS nach unten von dem Vorschluß 21 über eine gegebene LSnge der Coreträgertromir.el 5, bis zu dem SfJitz auf der Fläche 27 der Trommel 5. Gemäß der Erfindung kann sich dieses elastische Kompreesions/Zugspannungsglied um eine beliebige Distanz erstrecken, je nach den spezifischen Konstruktionserfordernissen. Immer dann, wenn diese besondere

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Paarbildung auftritt zwischen den beiden Trommeln, wird die Erfindung verwirklicht. In Fig. 1 ist der Innenflansch 28 an der Trommel 5 oberhalb des Auslaßstutzens 16 angeordnet. Der Flansch 28 könnte jedoch auch die Fläche 27 auf einem Niveau ausbilden unterhalb des AU3-laBstutzens 16, wobei gleichwohl die Erfindu&ng verkörpert würde.

Seiner Funktion nach ist die Trommel 20 oder der Niederhalter 2o ein !Compress ionsglied, in-dem es auf dem Sitz 27 des Flansches 28 aufsitzt· Im einzelnen weist die Trommel 20 einen Außenflansch 3o auf, der sich nach auBen erstreckt unterhalb der auswärts gerichteten Fläche 31 des Verschlußkopfes 21. Zwischen der Verschluflfläche 31 und dem Sitz 27 erstreckt sich die zylindrische Wandung der Trommel 2o als ein Kompressionsglied.

Daraus folgt, daß bei Übertragung einer Kompreasionskraft auf die Trommel 5 durch die Trommel 2o die erstere unter Zugspannung gesetzt wird. Der Außenflansch 32 erstreckt sich nach außen an der Oberseite der Trommel 5 und ragt dabei über* den Behalterflansch 6 und sitzt auf diesem auf. Durch diesen Eingriff hflngt die Trommel 5 von dein BehälterfLansch 6 nach unten. Der obere Abschnitt der Wandung der Trommel 5 wird unter Zugspannung gesetzt zwischen dem Flansch 32 im Eingriff mit Behälterflansch 6 und dom Sitz 27 des Flansches 28. Das Ergebnis 1st eine hochfeste, elastische Federstruktur, gebildfeet von den Troncnolwandungen nach unten zum Sitz 27 - Flansch 28.

Die Belastung der Federstruktur wird ausgelegt durch hinreichendes Erstrecken der Länge der Trommel 20, damit sich ein Spiel ergibt zwischen dem Flanschspalt an der

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VerechlußkopfberUhrungsfläche und der inneren Federstruktur. Di<2 Bemessung dieser Struktur kann ohne weiteres verändert werden, um die Gesamtfederkonstante zur erzielen, mit der bestimmte Niederhai teer fordremisse erfüllt werden.

Ein flacher Beilagcring 22 wird zwischen der Verschlußkopffläche 31 und der. Flansch 3o plaziert. Dieser Beilagering wird maschinell bearbeitet, bis zu einer Dicke, bai der sich die genauen Abstände ergeben für die gewünschte Federkonstante.

Fig. 2 zeigt, wie die Erfindung die zweiteilige Auebildung einer Coretragertrormr.el praktisch macht. Wenn die Höhe der Trommel verringert werden kann, wird die Handhabung der Reaktorteile vereinfacht.

Man erkennt wiederun in Fig. 2 den Kernreaktor 1, den Druckbehälter 2, den Drennatoffboreich oder das Core 3, die Platte 4, den Flansch 6_f den Einlaßstutzen 15, Auslaßstutzen 16, Verschluß 21, Beilagering 22 und die VerschluB-kopffläche 31. Dor übrige Aufbau ist unabhängig von der Ähnlichkeit oder den Unterschieden zu Fig. 1 mit anderen Eezugszeichen vorsehan.

Die Coratrclgc-rtroranol 40 ist ziemlich kurz im Vergleich mit der Coreträgertroimnel 5 aus Fig. 1. Diese Trc:.a:sl wird an Ort und Stelle gehalten, indem sie gekoppelt 1st mit einer Coreträgerzwischentromiael 41 1 und dor Nicderhaltetrorrjnel 42. Insbesondere ist am unteren Ende der Zwischentroinrael 41 ein nach innen ragender Flansch 43 vorgesehen. Ein nach außen weisender Flansch 44 ist an der Oberkante der Trommel 4o angeordnet. Dieser Flansch

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sitzt bei 45 auf und ist auf diesen Sitz 45 geklemmt durch das untere Ende der Niederhaltertrommel 42·

Die Miederhaltertroromel 42 alt der Platte 46 ist vergleichbar mit der Trommel 2o und der Platte 26 aus Fig. 1 derart, daß beide als obere Führungsstruktur (UGS) dienen können für die Steueretäbe des Reaktorcores und gleichzeitig als Niederhalterstruktur dienen können für die Coreträgertromnel 40. unter einem Gesichtspunkt ist die Zwischentrommel 41 einfach ein nach aufwarte gerichteter Fortsatz zur Trorenel 40. Als solche hängen beide Trommeln an dem Innenflansch 6 mittels des Flansches

47 am oberen Ende der Zwischentrommel 41.

Unter einem zweiten Gesichtspunkt sind der Flansch

48 und der Flansch 47 und der Beilagering 22 im Abstand gehalten zwischen dem Behälterflanech 6 und der Verschlußkopf fläche 31, umd die Belastung auf die Trommel 40 zu übertragen, welche deren Bewegung durch die hydraulischen Kräfte des Kühlmittels verhindert. Im einsehen bilden die Niederhaltertronmel 42 und die Zwischentromrael 41 das elastische Federglied gemäß der Erfindung, mit dem die Niederhaltekraft auf die Coreträgertrommel 40 übertragen wird, von dem Verschluß 21.

Wie in Fig. 1 ist die vertikale Positionierung der Kopplung zwischen der Coretragertrommel 40 und den Zwischantrommeln 41 bzw. Niederhaitetrommeln 42 nicht auf die Offenbarung gemSB der Zeichnung beschränkt. Andere Konstruktionsfaktoren kennen diese Position verändern. Der wichtige Vorteil besteht darin, daß die Coreträgertroncnel 4o sich nicht bis zu dem Flansch 6 zu erstrecken braucht. Mit dieser erhelblich verkürzten Struktur kann sie einfacher

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getrennt gehandhabt werden als die langgestreckte Core» trägertroFJücl 5 aus Fig. 1. Dabei steht dieser Gewinn bsi der Kandhabungsflexibilität nicht im Widerspruch mit der Festigkeit des elastischen Gliedes, mittels dem die Niederhaltekraft auf die Coretragertrorranel ausgeübt wird.

Aus den vorstehenden Erläuterungen erkennt man, daß mittels der Erfindung die Aufgabe vollständig gelöst wird, die oben angegeben wurde, und daß man weitere Vorteile erzielen kann, die in der vorstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen erwähnt wurden.

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Leerseire

Claims (3)

Pet ntaneprUobe

1) Kernreaktor mit einen Druckbehälter, der einen Innenflansch aufweist, an dem ein Cor2trager hängt, und mit einem Behalterverschluß, mittels den der Coretrager auf den Flansch gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Coreträger (5, 40) im Abstand von eiern Plansch (6) seinerseits einen Flansch (28, 43) aufweist, auf den vom Verschluß (21) Druckkräfte mittels einer Niederhaltertsnroel (20, 42) übertragen werden.

2) Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der BehältexfLansch in Abstand von dom Sitz (3) de3 Verschlusses angeordnet 1st und dafi der Spalt sswischen dem Verschluß und der Niederhaltertrorcnel mittels eines Beilageringes (22) definiert ist.

3) Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Coretrfiger einen ersten Abschnitt (41) zwischen den Behälterflant -h und dom Coreträgerflansoh aufweist sow/fie einen zweiten Abschnitt (40) mit einen Zwischenflansch (44), der zwischen de-n Coreträgerflansch und der Niederhaltetrozunel eingeklemmt ist·

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