DE10224593A1

DE10224593A1 - Verschlussvorrichtung zum Verschließen einer Öffnung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage

Info

Publication number: DE10224593A1
Application number: DE10224593A
Authority: DE
Inventors: Volker Pflug; Frank Domschat
Original assignee: Framatome ANP GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Also published as: WO2003102968A1

Abstract

Um kurze Öffnungs- und Schließzeiten zu ermöglichen, weist die Verschlussvorrichtung zum Verschließen einer Öffnung (20) eines Sicherheitsbehälters (10) einer Kernkraftanlage wie einer SWR-Anlage eine Feststellvorrichtung (66) auf, die einen oberen Flansch (62) eines Ladedeckels (22) und den unteren Flansch (64) der Öffnung bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung zumindest teilweise umgreift und die zwischen einer ersten Stellung, in der sie die beiden Flansche zusammenhält, und einer zweiten Stellung, in der sie ein Abheben des oberen Flansches vom unteren Flansch ermöglicht, bewegbar ist, so dass eine Verschlussvorrichtung mit dem Grundprinzip eines Bajonettverschlusses gebildet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschlussvorrichtung zum Verschließen einer Öffnung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, insbesondere einer Siedewasserreaktor (SWR) – Anlage.

Derartige Kernkraftanlagen sind zum Beispiel aus der DE 198 53 618 C1 oder der DE 195 38 009 A1 bekannt. Der Innenraum des Sicherheitsbehälters einer solchen Kernkraftanlage ist durch mehrere Innenwände und Zwischendecken in verschiedene Teilräume unterteilt und weist einen dicht verschließbaren Ladedeckel auf. Im zentralen Innenbereich ist der Reaktordruckbehälter (RDB) angeordnet, der in seinem unteren Bereich einen Reaktorkern, in dem die Brennelemente angeordnet sind, und oben eine durch einen Deckel dicht verschließbare Öffnung aufweist. Die Außenräume des Sicherheitsbehälters dienen als Kondensationskammern und Flutbecken zur Kühlung des Reaktordruckbehälters und sind über verschiedene Leitungen mit diesem verbunden.

Für verschiedene Prozesse wie beispielsweise das Austauschen der Brennelemente ist es erforderlich, sowohl den RDB-Deckel als auch den Ladedeckel des Sicherheitsbehälters zu öffnen bzw. zu entfernen. Zur Realisierung eines sicheren und dichten Verschlusses der Öffnung des Sicherheitsbehälters durch einen Ladedeckel sind aus dem Stand der Technik bereits verschiedene Verschlussvorrichtungen bekannt.

Eine technisch einfache Lösung besteht zum Beispiel darin, auf dem unteren Flansch, der die zu verschließende Öffnung des Sicherheitsbehälters umgibt, eine Vielzahl von aufstehenden Gewindebolzen vorzusehen. Diese Gewindebolzen ragen bei auf die Öffnung aufgesetztem Ladedeckel durch entsprechende Schraubenlöcher im oberen Flansch am Umfang des Ladedeckels und werden über Muttern über dem oberen Flansch verschraubt. Zum Entfernen des Ladedeckels müssen diese Muttern zum Beispiel mittels Hydraulik-Spannzylindern gelöst und anschließend entfernt werden, um dann den oberen Flansch über die am unteren Flansch verbleibenden Gewindebolzen abzuheben. Nachteilig an diesem System ist insbesondere die sehr große Anzahl der erforderlichen Gewindebolzen und die damit verbundene lange Zeitdauer, die für ein Öffnen und Verschließen der Öffnung des Sicherheitsbehälters benötigt wird.

Eine weitere Möglichkeit einer Verschlussvorrichtung verwendet sogenannte Klammerschrauben der Firma Walter G. Rathmann, Koblenz, Deutschland. Diese Klammerschrauben sind am oberen Flansch des Ladedeckels angeschweißt und können mit ihrem hakenförmigen Ende unter den unteren Flansch der Öffnung des Sicherheitsbehälters greifen. Zum Entfernen des Ladedeckels werden die Muttern der Klammerschrauben zum Beispiel mittels Hydraulik-Spannzylindern gelöst, wodurch sich die oberen Elemente der Klammerschrauben nach innen und das untere hakenförmige Ende der Klammerschrauben nach außen neigt, so dass der komplette Ladedeckel mit allen am oberen Flansch befestigten Klammerschrauben abgehoben werden kann. Auch bei dieser Konstruktion ist eine sehr große Anzahl an Verschlusselementen erforderlich, was zu längeren Öffnungs- und Schließzeiten führt. Außerdem sind die Klammerschrauben im Vergleich zu den oben beschriebenen Gewindebolzen in ihrer Herstellung teurer. Ein weiterer Nachteil liegt am Platzbedarf der Klammerschrauben, der die Anzahl der einzusetzenden Klammerschrauben und damit auch den Auslegungsdruck der Verschlussvorrichtung begrenzt.

Schließlich ist zum Beispiel aus der DE 195 38 009 A1 ein Verriegelungssystem für einen Ladedeckel eines Sicherheitsbehälters bekannt, bei dem beispielsweise mehr als 50 Riegelelemente entlang des Umfangs der zu verschließenden Öffnung angeordnet sind. Die Riegelelemente sind jeweils in eine den Deckel verriegelnde Verriegelungsposition hinein und aus dieser heraus verschiebbar. Diese Konstruktion ist für Überdrücke von bis zu 10 bar ausgelegt, allerdings bedingt auch in diesem Fall die große Anzahl der Verschlusselemente relativ lange Öffnungs- und Schließzeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verschlussvorrichtung zum Verschließen einer Öffnung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage vorzusehen, die deutlich kürzere Öffnungs- und Schließzeiten bei gleichzeitig geringem Personalaufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird für eine Verschlussvorrichtung mit einem unteren Flansch entlang des Umfangs der zu verschließenden Öffnung; einem Deckel zum Verschließen der Öffnung; und einem oberen Flansch, der entlang des Umfangs des Deckels vorgesehen und fest mit diesem verbunden ist, wobei der obere Flansch dem unteren Flansch zugewandt ist und die beiden Flansche bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung aneinander angrenzend angeordnet sind, erfindungsgemäß durch eine Feststellvorrichtung gelöst, die den oberen und den unteren Flansch bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung zumindest teilweise umgreift und die zwischen einer ersten (Verschluss-)Stellung, in der sie die beiden Flansche zusammenhält, und einer zweiten (Öffnungs-)Stellung, in der sie ein Abheben des oberen Flansches vom unteren Flansch ermöglicht, bewegbar ist.

Die Konstruktion dieser Verschlussvorrichtung entspricht im wesentlichen dem an sich bekannten Prinzip eines sogenannten Bajonettverschlusses. Ein derartiger Bajonettverschluss ermöglicht insbesondere kurze Öffnungs- und Schließzeiten und gewährt gleichzeitig eine verlässliche Verschlussmechanik und reproduzierbare Verschlussbedingungen. Die Verschlussvorrichtung kann problemlos für Überdrücke von 6,5 bar und mehr ausgelegt werden, so dass auch bei schweren Störfällen der Kernkraftanlagen ein sicherer Verschluss des Sicherheitsbehälters sichergestellt ist. Ein weiterer Vorteil der Verschlussvorrichtung besteht in dem relativ geringen Personalbedarf für den Öffnungs- und Schließvorgang, so dass insgesamt auch die Strahlenbelastung für das Personal reduziert wird. Die Verschlussvorrichtung ist außerdem gut zugänglich für wiederkehrende Prüfungen und leicht dekontaminierbar.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Feststellvorrichtung in der Form eines den Umfang des oberen und des unteren Flansches umgreifenden Ringes ausgebildet, der die beiden Flansche bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung umgreift. Für das Umgreifen der Flansche weist die Feststellvorrichtung vorzugsweise eine den oberen Flansch des Deckels übergreifende obere Stirnfläche und eine den unteren Flansch der Öffnung untergreifende untere Stirnfläche auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen der obere Flansch des Deckels und der untere Flansch der Öffnung jeweils mehrere am Umfang des Flansches abwechselnd angeordnete Aussparungen und Vorsprünge auf, wobei die Aussparungen des oberen Flansches bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung den Aussparungen des unteren Flansches deckungsgleich zugewandt, d.h. genau übereinander angeordnet sind. Die untere Stirnfläche der Feststellvorrichtung ist mit mehreren Aussparungen und Vorsprüngen versehen, während die obere Stirnfläche der Feststellvorrichtung durchgehend geschlossen ist, wobei die Breite der Vorsprünge der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung kleiner als die Breite der Aussparungen des unteren und des oberen Flansches ist und die Anzahl der Vorsprünge der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung gleich der Aussparungen des unteren und des oberen Flansches ist. Bei dieser Konstruktion kann die Feststellvorrichtung in der zweiten Öffnungsstellung, in der die Vorsprünge der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung genau den Aussparungen der beiden Flansche entsprechen, zusammen mit dem Ladedeckel von dem unteren Flansch abgehoben werden.

Alternativ kann auch die obere Stirnfläche der Feststellvorrichtung mehrere Aussparungen und Vorsprünge aufweisen, während die untere Stirnfläche der Feststellvorrichtung durchgehend geschlossen ist. In diesem Fall verbleibt die Feststellvorrichtung in der zweiten Öffnungsstellung, in der die Vorsprünge der oberen Stirnfläche der Feststellvorrichtung genau den Aussparungen der beiden Flansche entsprechen, beim Abheben des Ladedeckels am unteren Flansch der Öffnung.

Zum Bewegen zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung kann die Feststellvorrichtung zwischen der ersten und der zweiten Stellung in der Umfangsrichtung des oberen und des unteren Flansches beispielsweise mittels mehrerer Hydraulik-Zylinder drehbar sein.

Um die Relativbewegungen zwischen der Feststellvorrichtung und den beiden Flanschen zu erleichtern, ist zwischen dem oberen Flansch des Deckels und der oberen Stirnfläche der Feststellvorrichtung vorteilhafterweise eine Gleitplatte vorgesehen, und dass zwischen dem unteren Flansch der Öffnung und der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung kann ebenfalls eine Gleitplatte oder eine Gleitplatte und ein Gleitschuh vorgesehen sein.

Vorteilhafterweise sind die Gleitplatte und der Gleitschuh in Umfangsrichtung des unteren Flansches konisch ausgebildet sind, wobei die Konizität der Gleitplatte der Konizität des Gleitschuhs gegenläufig ist und beispielsweise einen Neigungswinkel von etwa 2° aufweist, um ein gegenseitiges Verkeilen des Gleitschuhs und der Gleitplatte in der Verschlussstellung zu bewirken.

Zwischen dem oberen Flansch des Ladedeckels und dem unteren Flansch der Öffnung ist üblicherweise wenigstens eine Dichtung vorgesehen.

Aufgrund der Dimensionen üblicher Kernkraftanlagen, bei denen die Durchmesser der Öffnungen der Sicherheitsbehälter bis zu 10 m betragen, können der untere Flansch, der obere Flansch und die Feststellvorrichtung aus mehreren Segmenten zusammengebaut sein.

Die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verschlussvorrichtung nach dem Grundprinzip eines Bajonettverschlusses sehr kurze Öffnungs- und Schließzeiten erzielt werden, was dementsprechend zu einer Kostenreduzierung des Betriebs der Kernkraftanlage führt. Außerdem kann durch die Verschlussvorrichtung der Erfindung der für die Öffnungs- und Schließvorgänge benötigte Personalaufwand gering gehalten wer den, was zudem die Strahlenbelastung für das Personal verringert. Weiterhin ist die Verschlussvorrichtung für wiederkehrende Prüfungen gut zugänglich, leicht dekontaminierbar, und sie gewährleistet zuverlässige und reproduzierbare Verschlussbedingungen, die auch schweren Störfällen der Kernkraftanlagen mit entsprechend hohen Überdrücken standhalten können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsbehälters mit darin eingebautem Reaktordruckbehälter für eine Kernkraftanlage, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann;
2 eine Schnittdarstellung eines Ladedeckels zum Verschließen einer Öffnung eines Sicherheitsbehälters mit einer Verschlussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß Linie B1-B2-B3-B4 in 6;
3 eine Schnittdarstellung der Verschlussvorrichtung von 2 gemäß Linie C-C in 2;
4 eine Schnittdarstellung der in 2 dargestellten Verschlussvorrichtung gemäß Linie D-D in 2;
5 eine Schnittdarstellung der in 2 dargestellten Verschlussvorrichtung gemäß Linie E-E in 2;
6 eine Draufsicht eines Ladedeckels zum Verschließen einer Öffnung eines Sicherheitsbehälters mit einer Verschlussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine Schnittdarstellung eines Hydraulik-Zylinders zum Verstellen der Verschlussvorrichtung von 6 gemäß Linie G-G in 6;
8 eine Schnittdarstellung der in 6 dargestellten Verschlussvorrichtung gemäß Ansicht H in 6;
9 eine stark vergrößerte Schnittdarstellung der Einzelheit J der Verschlussvorrichtung von 2;
10 eine Schnittdarstellung der Verschlussvorrichtung von 2 gemäß Linie L-L in 9; und
11 eine Schnittdarstellung der Verschlussvorrichtung von 2 gemäß Linie M-M in 9.
In 1 ist ein Sicherheitsbehälter 10 einer Siedewasserreaktoranlage (SWR-Anlage) skizziert. Der Innenraum des Sicherheitsbehälters 10 ist durch einen Innenzylinder 12 und eine Zwischendecke 14 in verschiedene Teilräume unterteilt, wobei der Aufbau des Sicherheitsbehälters 10 insgesamt im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Mittellängsachse 16 ist. In der Decke 18 ist eine zentrale Öffnung 20 vorgesehen, die durch einen kuppelförmigen Ladedeckel 22 mittels einer Verschlussvorrichtung 24 dicht verschließbar ist. Oberhalb der Decke 18 befindet ein Flutbecken 26, das bei Betrieb der Kernkraftanlage mit vollentsalztem Wasser geflutet ist. Sämtliche Wände und Zwischenwände des Sicherheitsbehälters 10 sind vorzugsweise aus Beton.
Im vom Innenzylinder 12 umgebenen zentralen Reaktorraum 28 ist ein Reaktordruckbehälter (RDB) 30 angeordnet, der sich über eine Zarge 32 am Innenzylinder 12 abstützt. Der Reaktordruckbehälter 30 weist in seinem unteren Bereich den Reaktorkern 34 auf, in dem die (nicht dargestellten) Brennelemente angeordnet sind. Zur Leistungssteuerung werden in den Reaktorkern 34 mittels eines Steuerstabantriebs 36, der am unteren Ende außerhalb des Reaktordruckbehälters 30 angeordnet ist, Steuerstäbe eingefahren. Steuerstabführungsrohre 38 rei chen vom Steuerstabantrieb 36 durch die Wandung des Reaktordruckbehälters 30 hindurch in den Reaktorkern 34.
Der Reaktordruckbehälter 30 weist an seinem oberen Ende eine Öffnung 40 auf, die mittels eines Deckels 42 dicht und drucksicher verschließbar ist. Der Reaktordruckbehälter 30 und dessen Deckel 42 sind vollständig von einer Isolierhülle 44 umgeben. Die den Reaktordruckbehälter 30 umgebende Isolierhülle 44 ist mit einer Vielzahl von Abstandshaltern 46 am Innenzylinder 12 befestigt und unter Bildung eines Zwischenraums 48 vom Reaktordruckbehälter 30 beabstandet, damit dieser von außen für Wartungszwecke zugänglich ist. Die Isolierhüllen 44 dienen der thermischen Isolation des Reaktordruckbehälters 30, so dass die Temperatur im Zwischenraum 48 bei Betrieb des Reaktors bei etwa 275°C und damit im Bereich der Betriebstemperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters 30 gehalten werden kann. Außerhalb der Isolierhülle 44 beträgt die Temperatur typischerweise nur etwa 50°C, wozu von unten her ein Kühlluftstrom 50 zwischen der Isolierhülle 44 und dem Innenzylinder 12 vorgesehen ist.
Durch den Innenzylinder 12 ist im Innenraum des Sicherheitsbehälters 10 weiter ein ringförmiger Außenraum gebildet, der durch die Zwischendecke 14 in einen oberen und einen unteren Außenraum aufgeteilt ist. Der untere ringförmige Außenraum bildet eine Kondensationskammer 52 und der obere ringförmige Außenraum bildet ein Flutbecken 54, die beide eine Kühlflüssigkeit 56, insbesondere Kühlwasser, enthalten. Flutbecken 54 und Kondensationskammer 52 dienen zur Kühlung des Reaktordruckbehälters 30, wenn in diesem oder im Reaktorraum 28 ein kritischer Druck überschritten wird. Hierzu sind zudem mehrere Kühlleitungen und Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) zwischen dem Reaktordruckbehälter 30 und dem Flutbecken 54 bzw. der Kondensationskammer 52 vorhanden.
Zur Kühlung des Reaktordruckbehälters 30 ist u.a. eine Außenkühlung oder Außenflutung des Reaktordruckbehälters 30 vorgesehen, bei der die Kühlflüssigkeit 56 aus dem Flutbecken 54 beispielsweise durch eine Flutleitung 58 in den Zwischenraum 48 einströmt, so dass die Kühlflüssigkeit 56 mit der Außenwand des Reaktordruckbehälters 30 in Kontakt kommt. Bei der Außenflutung wird die Kühlflüssigkeit 56 durch den heißen Reaktordruckbehälter 30 erhitzt, wodurch im Zwischenraum 48 Dampf entsteht, der über einen (nicht dargestellten) Strömungsweg aus dem Zwischenraum 48 in den oberen Bereich des Flutbeckens 54 gelangen kann. Im oberen Bereich des Flutbeckens 54 ist ein Kondensator 60 angeordnet, an dem der Dampf kondensiert, wodurch der Druck im Sicherheitsbehälter 10 abgebaut werden kann.
Der Ladedeckel 22 bildet den oberen Abschluss des Sicherheitsbehälters 10 und verschließt die Zugangsöffnung 20. Bei Betrieb der Kernkraftanlage ist der Ladedeckel 22 mit vollentsalztem Wasser im Flutbecken 26 überflutet. Zum Entfernen des Ladedeckels 22 wird das Wasser abgelassen und der Ladedeckel dann mit geeigneten Hebevorrichtungen herausgenommen und außerhalb des Flutbeckens 26 gelagert. Nachdem auch der Deckel 42 des Reaktordruckbehälters 30 entfernt ist, wird zum Beispiel für einen Brennelementwechsel der Flutraum 26 mit dem darunter liegenden Reaktorraum 28 wieder mit vollentsalztem wasser geflutet. Das Verschließen der beiden Öffnungen 40 und 20 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
Da bei Kernkraftanlagen neben der Einhaltung der Sicherheitsbestimmungen auch die Einhaltung eines knappen Terminpfades entscheidend ist, muss für den Ladedeckel 20 eine Verschlussvorrichtung 24 vorhanden sein, die einerseits einen sicheren und dichten Verschluss der Öffnung 20 des Sicherheitsbehälters 10 gewährleistet und andererseits möglichst kurze Schließ- und Öffnungszeiten des Ladedeckels 22 ermöglicht.
Eine Verschlussvorrichtung 24 gemäß der vorliegenden Erfindung, die hierzu in der Lage ist, wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 2 bis 11 im Detail beschrieben.
Bezug nehmend zunächst auf die 2 und 6 wird durch den Ladedeckel 22 eine Öffnung 20 in der Decke 18 des Sicherheitsbehälters 10 mit einem Durch messer von etwa 9,0 m verschlossen. Der Durchmesser d1 des Ladedeckels 22 selbst entspricht ebenfalls diesem Maß. Die Herstellung des Ladedeckels 22 erfolgt aus mehreren gepressten Segmentblechen, die miteinander verschweißt werden.
An der Unterseite des Ladedeckels 22 ist mit diesem fest verbunden, beispielsweise verschweißt, ein oberer Flansch 62 vorgesehen, dessen Außendurchmesser d2 beispielsweise etwa 9,5 m beträgt, so dass sein Umfang in radialer Richtung über den Umfang der zu verschließenden Öffnung 20 übersteht. Der obere Flansch 62 ist zuvor ebenfalls aus mehreren geschmiedeten Segmenten zusammengeschweißt.
Weiter ist ein unterer Flansch 64 über ein (nicht dargestelltes) Anschlusselement mit dem Umfang der zu verschließenden Öffnung 20, d.h. mit der Decke 18 des Sicherheitsbehälters 10 verbunden, vorzugsweise verschweißt, wobei auch der untere Flansch 64 zuvor aus mehreren geschmiedeten Segmenten zusammengeschweißt worden ist. Der Außendurchmesser d2 des unteren Flansches 64 ist exakt so groß wie der Außendurchmesser des oberen Flansches 62, beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel also ebenfalls etwa 9,5 m, so dass die beiden Flansche 62, 64 zur Deckung gebracht werden können.
Die Verbindungsstelle der beiden Flansche 62, 64 liegt dabei zum Beispiel etwa 45 cm oberhalb der Decke 18 des Sicherheitsbehälters 10, wobei die Dicke der Flansche jeweils etwa 39 cm beträgt. Sowohl die Flansche 62, 64 als auch der Ladedeckel 22 werden vorzugsweise aus einem austenitischen Material, besonders bevorzugt aus Stahl mit der DIN-Werkstoff-Nr. 1.4462 bzw. der DIN-Kurzbezeichnung X2CrNiMoN 22 5 bzw. dem Handelsnamen „REMANIT 4462" gefertigt.
Der Außenumfang der beiden Flansche 62, 64 ist von einer Feststellvorrichtung 66 umgeben, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel in Form eines Ringes ausgebildet ist, wie in den Figuren dargestellt. Der Außendurchmesser d3 der Feststellvorrichtung 66 beträgt zum Beispiel etwa 9,84 m. Die Feststellvorrichtung 66 wird ebenfalls aus mehreren Schmiedeteilen zusammengeschweißt und besteht bevorzugt aus austenitischem Stahl mit der DIN-Werkstoff-Nr. 1.4462 bzw. der DIN-Kurzbezeichnung X2CrNiMoN 22 5 bzw. dem Handelsnamen „REMANIT 4462". Bei der in den Figuren dargestellten Größe ergibt sich ein Gesamtgewicht für die Feststellvorrichtung von etwa 36 t.
Die Feststellvorrichtung 66 weist im wesentlichen eine Außenwand 68, eine obere Stirnfläche 70 und eine untere Stirnfläche 72 auf, die am oberen bzw. unteren Ende der Außenwand 68 radial nach innen ragen. Während die obere Stirnfläche 70 der Feststellvorrichtung 66 durchgehend geschlossen ausgebildet ist, weist die untere Stirnfläche 72 mehrere Vorsprünge und dazwischen liegende Aussparungen auf. Dieser Aufbau der Feststellvorrichtung 66 ist speziell in den 8 und 9 dargestellt.
Der obere Flansch 62 des Ladedeckels 22 weist an seinem Umfang mehrere Vorsprünge 74 auf, deren Dicke nur etwa halb so stark wie die Gesamtdicke des oberen Flansches 62 ist, die fluchtend mit der Unterkante des oberen Flansches 62 ausgebildet sind und die radial nach außen ragen. Zwischen den Vorsprüngen 74 sind entsprechende Aussparungen 76 vorhanden. Die Konstruktion des oberen Flansches 62 mit den Vorsprüngen 74 und Aussparungen 76 ist insbesondere in den 5 und 9 zu erkennen. Der untere Flansch 64 der Öffnung 20 weist an seinem Umfang ebenfalls mehrere Vorsprünge 78 auf, deren Dicke nur etwa halb so stark wie die Gesamtdicke des unteren Flansches 64 ist, die fluchtend mit der Oberkante des unteren Flansches 64 ausgebildet sind und die radial nach außen ragen. Zwischen den Vorsprüngen 78 sind entsprechende Aussparungen 80 vorhanden. Die Konstruktion des unteren Flansches 64 mit den Vorsprüngen 78 und Aussparungen 80 ist insbesondere in den 4 und 9 zu erkennen.
Bezüglich der Vorsprünge und Aussparungen sind der obere und der untere Flansch 62, 64 einander entsprechend ausgebildet. Mit anderen Worten liegen bei einer durch den Ladedeckel 22 verschlossenen Öffnung 20 die Vorsprünge 74 bzw. die Aussparungen 76 des oberen Flansches 62 exakt gegenüber den Vor sprängen 78 bzw. Aussparungen 80 des unteren Flansches 64. Weiter ist die Breite der Vorsprünge der unteren Stirnfläche 72 der Feststellvorrichtung 66 etwas kleiner bemessen als die Breite der Aussparungen 76, 80 des oberen bzw. unteren Flansches 62, 64, und die Anzahl der Vorsprünge der unteren Stirnfläche 72 ist höchstens so groß wie die Anzahl der Aussparungen 76, 80 des oberen bzw. unteren Flansches 62, 64. Beispielsweise sind über den Umfang gleichmäßig jeweils 60 Vorsprünge und Aussparungen an den Flanschen 62, 64 und der unteren Stirnfläche 72 mit einer gleichmäßigen Breite von etwa 23 cm vorgesehen.
Wie in 3 dargestellt, ergibt sich bei dieser Konstruktion der Flansche 62, 64 und der Feststellvorrichtung 66 folgendes Zusammenspiel. Die Feststellvorrichtung 66 ist zwischen einer ersten (Schließ-)Stellung und einer zweiten (Öffnungs-) Stellung bewegbar, insbesondere drehbar. In der Schließstellung sind die Vorsprünge der unteren Stirnfläche 72 der Feststellvorrichtung 66 unterhalb der Vorsprünge 74, 78 der beiden Flansche 62, 64 angeordnet, so dass die beiden Flansche durch die untere Stirnfläche 72, welche den unteren Flansch 64 untergreift, und die obere Stirnfläche 70, welche den oberen Flansch 62 übergreift, zusammengehalten werden, d.h. der Ladedeckel 22 in seiner die Öffnung 20 verschließenden Stellung festgehalten wird. Wird die Feststellvorrichtung 66 in 3 um einen Winkel nach rechts gedreht, der der Breite eines Vorsprungs 74, 78 entspricht, so liegen die Vorsprünge der unteren Stirnfläche 72 genau unter den Aussparungen 76, 80 der beiden Flansche 62, 64, so dass der Ladedeckel 22 mit dem oberen Flansch 62 und der Feststellvorrichtung 66 von dem unteren Flansch 64 abgehoben und dann von der Öffnung 20 entfernt werden kann.
Das Verschließen der Öffnung 20 geschieht in der umgekehrten Reihenfolge. Zunächst wird der Ladedeckel 20 mit dem oberen Flansch 62 und der Feststellvorrichtung 66 in einer solchen Position auf den unteren Flansch 64 aufgesetzt, dass die Vorsprünge der unteren Stirnfläche 72 der Feststellvorrichtung 66 den Aussparungen 80 des unteren Flansches 64 gegenüberliegen. Anschließend wird die Feststellvorrichtung 66 von dieser Öffnungsstellung in die Schließstellung gedreht, so dass ihre untere Stirnfläche 72 unter die Vorspringe 78 des unteren Flansches 64 greift und damit die beiden Flansche 62, 64 zusammenhält.
Grundsätzlich ist es auch möglich, den oberen Flansch 62 ohne Aussparungen 76 mit einem durchgehenden Vorsprung 74 auszubilden. Der Vorteil der in den Figuren dargestellten Ausführungsform liegt in der Baugleichheit des oberen und des unteren Flansches 62, 64, die eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht.
Außerdem ist es alternativ möglich, die untere Stirnfläche 72 der Feststellvorrichtung 66 durchgehend geschlossen auszubilden, während die obere Stirnfläche 74 Vorsprünge und Aussparungen aufweist. In diesem Fall muss dann der obere Flansch 62 zwingend Vorsprünge 74 und Aussparungen 76 aufweisen. Bei dieser Konstruktion der Verschlussvorrichtung verbleibt die Feststellvorrichtung 66 beim Abheben des Ladedeckels 22 mit dem oberen Flansch 62 aufgrund der geschlossenen unteren Stirnfläche 72 am unteren Flansch 64 zurück.
Die (Dreh-)Bewegung der Feststellvorrichtung 66 zwischen der ersten Schließstellung und der zweiten Öffnungsstellung erfolgt bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mittels sechs Hydraulik-Zylinder 82, die in einem Winkelabstand von jeweils 60° gleichmäßig in tangentialer Ausrichtung um die ringförmige Feststellvorrichtung 66 herum angeordnet sind.
Die Hydraulik-Zylinder 82 werden vor einem Öffnungs- und/oder Schließvorgang in Zylinderaufnahmehalterungen 84 eingesetzt, die auf Ankerplatten 86 auf der Unterkante des Flutbeckens 26 bzw. auf der Decke 18 des Sicherheitsbehälters 10 angeschweißt sind. Die Stellzylinderkräfte werden über Laschen 88, die am Außenumfang der Feststellvorrichtung 66 angebracht sind, auf die Feststellvorrichtung 66 übertragen.
Die Stellkräfte der Hydraulik-Zylinder 82 betragen in einem typischen Ausführungsbeispiel etwa 2.600 t, so dass auf jeden Stellzylinder etwa 435 t entfallen. Der Arbeitsdruck der Hydraulik-Zylinder 82 beträgt zum Beispiel etwa 200 bar, und der dem Verfahrweg der Feststellvorrichtung entsprechende Arbeitshub der Hydraulik-Zylinder 82 liegt im Bereich von 20 bis 30 cm.
Weiterhin sind, wie dies in den 9 und 10 dargestellt ist, zwischen der Oberkante der Vorsprünge 74 des oberen Flansches 62 und der Unterkante der oberen Stirnfläche 70 der Feststellvorrichtung 66 Gleitplatten 84 vorgesehen. Die Gleitplatten 84 bieten eine glatte Gegenfläche für die Feststellvorrichtung 66 dar und sind mit den Vorsprüngen 74 des oberen Flansches 62 mittels versenkter Schrauben 86 fest verschraubt. Als Trägerwerkstoff für die Gleitplatten ist zum Beispiel ein Stahl mit der DIN-Werkstoff-Nr. 1.4122 bzw. der DIN-Kurzbezeichnung X35CiMo 17 geeignet.
Zwischen der Unterkante des unteren Flansches 64 und der Oberkante der unteren Stirnfläche 72 der Feststellvorrichtung 66 sind jeweils eine Gleitplatte 88 und ein Gleitschuh 90 vorgesehen, wie dies in den 9 und 11 veranschaulicht ist. Als Trägerwerkstoff sowohl für die Gleitplatten 88 als auch die Gleitschuhe 90 ist ebenfalls zum Beispiel ein Stahl mit der DIN-Werkstoff-Nr. 1.4122 bzw. der DIN-Kurzbezeichnung X35CrMo 17 geeignet. Während die Gleitplatten 88 mittels versenkter Schrauben 92 an den Vorsprüngen 78 des unteren Flansches 64 verschraubt sind, sind die Gleitschuhe 90 mittels versenkter Schrauben 94 an den Vorsprüngen der unteren Stirnfläche 72 der Feststellvorrichtung 66 verschraubt.
Wie insbesondere in 11 zu erkennen, sind die einander zugewandten Seiten der Gleitplatten 88 und der Gleitschuhe 90 konisch ausgebildet. Die Konizität ist dabei in Umfangsrichtung des unteren Flansches 64 bzw. der Feststellvorrichtung 66 und an Gleitplatten 88 und Gleitschuhen 90 in zueinander entgegengesetzter Richtung vorgesehen. Die Konizität beträgt beispielsweise jeweils etwa 2°. Auf diese Weise werden die Feststellvorrichtung 66 und der untere Flansch 64 in der Schließstellung der Feststellvorrichtung miteinander verkeilt und bewirken eine Spannkraft auf die beiden Flansche, um diese fest zusammenzuhalten. Bei der Wahl des kleinen Winkels von 2° ist außerdem eine Selbsthemmung gewährleistet, weil der Neigungswinkel kleiner als das doppelte des Reibungswinkels ist.
Zur Erhöhung der Spannkraft können zwischen den Gleitschuhen 90 und der Oberkante der unteren Stirnfläche 72 der Feststellvorrichtung Ausgleichsplatten 96 aus Aluminium vorgesehen, die etwaige Unregelmäßigkeiten der Flächen kompensieren sollen.
Weiterhin sind zwischen den beiden Flanschen 62, 64 in üblicher Weise Dichtungen (nicht dargestellt) angeordnet. Zum Beispiel sind vier EPDM- oder CR-Dichtungen vorgesehen, die für die Verwendung mit vollentsalztem Wasser geeignet sind.
Die oben beschriebene Verschlussvorrichtung, bestehend im wesentlichen aus den beiden Flanschen 62, 64 und der Feststellvorrichtung 66 ist grundsätzlich wartungsfrei. Es müssen lediglich nach jeder Entfernung des Ladedeckels 22 die Dichtungen zwischen den Flanschen 62, 64 ausgetauscht werden. Gegebenenfalls müssen auch die Gleitschuhe 90 gelegentlich ausgetauscht werden.
Da sämtliche Teile der Verschlussvorrichtung gut zugänglich sind, sind sie gut dekontaminierbar. Auch die innen liegenden Flächen der Feststellvorrichtung 66 sind gut dekontaminierbar, da die Feststellvorrichtung 66 abnehmbar ist.
Die hier beschriebene Verschlussvorrichtung ist selbst für Überdrücke über 6,5 bar und somit auch für schwere Störfälle geeignet.
Aufgrund des Aufbaus der Verschlussvorrichtung nach dem Grundprinzip eines Bajonettverschlusses kann diese mit Hilfe weniger Hydraulik-Zylinder ohne großen Zeit- und Personalaufwand betätigt werden, was zu wesentlich kürzeren Öffnungs- und Schließzeiten der Ladedeckel von Sicherheitsbehältern der Kernkraftanlagen führt.

10: Sicherheitsbehälter
12: Innenzylinder
14: Zwischendecke
16: Mittellängsachse
18: Decke
20: Öffnung
22: Ladedeckel
24: Verschlussvorrichtung
26: Flutbecken
28: Reaktorraum
30: Reaktordruckbehälter (RDB)
32: Zarge
34: Reaktorkern
36: Steuerstabantrieb
38: Steuerstabführungsrohre
40: RDB-Öffnung
42: RDB-Deckel
44: Isolierhülle
46: Abstandshalter
48: Zwischenraum
50: Kühlluftstrom
52: Kondensationskammer
54: Flutbecken
56: Kühlflüssigkeit
58: Flutleitung
60: Kondensator
62: oberer Flansch (Ladedeckel 22)
64: unterer Flansch (Öffnung 20)
66: Feststellvorrichtung
68: Außenwand von 66
70: obere Stirnfläche von 66
72: untere Stirnfläche von 66
74: Vorsprünge von 62
76: Aussparungen von 62
78: Vorsprünge von 64
80: Aussparungen von 64
82: Hydraulik-Zylinder
84: Gleitplatten
86: Schrauben
88: Gleitplatten
90: Gleitschuhe
92: Schrauben
94: Schrauben
96: Ausgleichsplatten

Claims

Verschlussvorrichtung zum Verschließen einer Öffnung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, mit einem unteren Flansch (64) entlang des Umfangs der zu verschließenden Öffnung (20); einem Deckel (22) zum Verschließen der Öffnung; einem oberen Flansch (62), der entlang des Umfangs des Deckels vorgesehen und fest mit diesem verbunden ist, wobei der obere Flansch dem unteren Flansch zugewandt ist und die beiden Flansche bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung aneinander angrenzend angeordnet sind; und einer Feststellvorrichtung (66), die den oberen und den unteren Flansch bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung zumindest teilweise umgreift und die zwischen einer ersten Stellung, in der sie die beiden Flansche zusammenhält, und einer zweiten Stellung, in der sie ein Abheben des oberen Flansches vom unteren Flansch ermöglicht, bewegbar ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Feststellvorrichtung (66) in der Form eines den Umfang der Flansche (62, 64) umgreifenden Ringes ausgebildet ist, der den oberen und den unteren Flansch bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung umgreift.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Feststellvorrichtung (66) eine den oberen Flansch (62) des Deckels übergreifende obere Stirnfläche (70) und eine den unteren Flansch (64) der Öffnung untergreifende untere Stirnfläche (72) aufweist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der obere Flansch (62) des Deckels (22) und der untere Flansch (64) der Öffnung (20) jeweils mehrere am Umfang des Flansches abwechselnd angeordnete Aussparungen (76, 80) und Vorsprünge (74, 78) aufweisen, wobei die Aussparungen (76) des oberen Flansches (62) bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung den Aussparungen (78) des unteren Flansches (64) deckungsgleich zugewandt sind; und dass die untere Stirnfläche (72) der Feststellvorrichtung (66) mehrere Aussparungen und Vorsprünge aufweist, während die obere Stirnfläche (70) der Feststellvorrichtung durchgehend geschlossen ist, wobei die Breite der Vorsprünge der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung kleiner als die Breite der Aussparungen des unteren und des oberen Flansches ist und die Anzahl der Vorsprünge der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung gleich der Aussparungen des unteren und des oberen Flansches ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der obere Flansch (62) des Deckels und der untere Flansch (64) der Öffnung jeweils mehrere am Umfang des Flansches abwechselnd angeordnete Aussparungen (76, 80) und Vorsprünge (74, 80) aufweisen, wobei die Aussparungen (76) des oberen Flansches (62) bei mit dem Deckel verschlossener Öffnung den Aussparungen (80) des unteren Flansches (64) deckungsgleich zugewandt sind; und dass die untere Stirnfläche (70) der Feststellvorrichtung (66) mehrere Aussparungen und Vorsprünge aufweist, während die obere Stirnfläche (72) der Feststellvorrichtung durchgehend geschlossen ist, wobei die Breite der Vorsprünge der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung kleiner als die Breite der Aussparungen des unteren und des oberen Flansches ist und die Anzahl der Vorsprünge der unteren Stirnfläche der Feststellvorrichtung gleich der Aussparungen des unteren und des oberen Flansches ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Feststellvorrichtung (66) zwischen der ersten und der zweiten Stellung in der Umfangsrichtung des oberen und des unteren Flansches drehbar ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Feststellvorrichtung (66) zwischen der ersten und der zweiten Stellung mittels wenigstens eines Hydraulik-Zylinders (82) bewegbar ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der zwischen dem oberen Flansch (62) des Deckels und der oberen Stirnfläche (70) der Feststellvorrichtung (66) eine Gleitplatte (84) vorgesehen ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der zwischen dem unteren Flansch (64) der Öffnung und der unteren Stirnfläche (72) der Feststellvorrichtung (66) eine Gleitplatte (88) vorgesehen ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der zwischen dem unteren Flansch (64) der Öffnung und der unteren Stirnfläche (72) der Feststellvorrichtung (66) eine Gleitplatte (88) und ein Gleitschuh (90) vorgesehen sind.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Gleitplatte (88) und der Gleitschuh (90) in Umfangsrichtung des unteren Flansches konisch ausgebildet sind, wobei die Konizität der Gleitplatte der Konizität des Gleitschuhs gegenläufig ist, um ein gegenseitiges Verkeilen des Gleitschuhs und der Gleitplatte zu ermöglichen.
Verschlussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen dem oberen und dem unteren Flansch (62, 64) wenigstens eine Dichtung vorgesehen ist.
Verschlussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der untere Flansch (64) und/oder der obere Flansch (62) und/oder die Feststellvorrichtung (66) aus mehreren Segmenten zusammengebaut sind.