NORGE Utlegningsskrift nr. 126446 Int. Cl. li 04 h 7/20 Kl. 37f-7/20 Patentsøknad nr. 826/69 Inngitt 27.2.1969 Løpedag - STYRET FOR DET INDUSTRIELLE RETTSVERN Søknaden ålment tilgjengelig fra 28.8.1970 Søknaden utlagt og utlegningsskrift utgitt 5.2.197 3 Prioritet begjært fra: Institutt for Atomenergi, Postboks 40, 2007 Kjeller. Oppfinner: Rolf Lenschow, Norges Tekniske Høgskole, Trondheim. Trykktank for en kjernereaktor. Oppfinnelsen vedrører en trykktank for en kjernereaktor som er plassert i en trykkopptagende sjakt. Etterhvert som størrelsen av kraftproduserende kjernereaktorer har øket, er trykktanker av betong i stigende grad blitt tatt i bruk i gasskjølte reaktorer. Dette fordi større enheter, høyere trykk og skjerpede sikkerhetskrav favoriserer trykktanker av betong i forhold til de ståltanker som tidligere' var enerådende. Da betong kan tåle betydelige trykkspenninger men bare små strekkspenninger, må slike tanker bygges av forspent betong. I flere land planlegges det nå bygging av vannreaktorer med trykktank av forspent betong. Undersøkelser som er blitt utført i Sverige konkluderer med at betongtanker er økonomisk fordelaktige når en vannreaktor har en effekt som er større enn 600 MWe. Driftstrykket i en slik reaktor ligger imidlertid meget høyt, og dette skaper Kfr. kl. 21g-21/20
126446 spesielle problemer med hensyn til styrken av betongkonstruksjonen, noe som medfører nødvendigheten av å innføre et omfattende nettverk av forspenningskabler i betongtankens vegger. I forbindelse med oppføring av trykktanker for vannreaktorer vil således plassmangel i tankveggene være et problem. I tillegg til forspenningskabler skal det i betongkonstruksjonen plasseres vanlig armering, forankringer for tankens indre stålforing samt endel gjennomføringer og instrumenter. Ut~ støpning av betong i det tette nett av ståldeler som oppstår, er meget vanskelig og setter ekstra strenge krav til god utførelse dersom det ikke skal oppstå lokale defekter i betongen. Det generelle formål med foreliggende oppfinnelse er å utnytte et ytre trykkbærende element sammen med betongtanken på en slik måte at bruk. av forspenningskabler helt eller delvis unngås. For å oppnå dette er det tidligere blitt forsøkt å legge ringforspenningskabler på utsiden av tanken. Det er dessuten blitt foreslått å legge kraftige stålringer utenfor betongtanken, slik at denne forspennes ved å plassere jekker mellom stålringen og betongen. Rent teknisk er disse løsninger av forspenningsproblemet imidlertid vanskelige å realisere på en tilfredsstillende måte, og de medfører dessuten fare for korrosjonsangrep på stålkonstruksjonene. Det er også foreslått tidligere å redusere veggtykkelsen i en trykktank av stål ved å anbringe tanken i en ytre trykkavlastende beholder som helt eller delvis opptar arbeidstrykket (se norsk patent nr. 113.058). Den ytre beholder kan for eksempel være en bergsjakt (se svenske patenter nr. 170-381 og 173-096) hvor rommet mellom trykktanken og bergveggen er fylt med et medium som helt eller delvis opptar tankens indre arbeidstrykk og overfører dette til sjaktens vegger. I fransk patent nr. 1.065.13^ er en tank av betong plassert i en sjakt og forspent ved overføring av trykkrefter fra sjaktens vegger. I en sandmasse som er anbrakt i mellomrommet mellom tanken og sjaktens vegger, er det plassert stjerneformete rør som kan settes under trykk. Ved at disse rørene ekspanderer på grunn av det indre trykk, oppstår det trykkrefter i sanden som så i sin tur bevirker at betongtanken blir forspent. Denne løsning av forspenningsproblemet har flere ulemper. For det første kan ikke forspenningskreftene økes og reduseres etter ønske da de stjerneformete rør ikke vil gjenvinne sin opprinnelige form ved en trykkreduksjon. For det andre vil forspenningskreftene ikke kunne forhåndsberegnes med tilstrekkelig stor nøyaktighet da trykkreftene vil fordele seg ujevnt i sand, slik at en fastleggelse av forspenningskreftenes størrelse og deres angrepspunkter på tanken blir usikker. Videre vil en betongtank som er forspent i henhold til det franske patent ikke kunne inspiseres utvendig for sprekker o.l. under bruk, og konstruk- ' sjonen gir vanskelig adgang til passasje av rør og andre komponenter langs tankveggen.
- 3-126446 I henhold til foreliggende oppfinnelse er en trykktank av "betong for en kjernereaktor, plassert i en trykkopptagende sjakt hvor tanken er forspent ved overføring av trykkrefter fra sjaktens vegger, karakterisert ved at tanken er utformet med et antall utvendige ribber og at det i spaltene som fremkommer mellom ribbenes endeflater og sjaktens vegger er plassert membranjekker som virker direkte mellom ribbenes endeflater og sjaktens vegger. I henhold til et, trekk ved oppfinnelsen forspennes tanken i aksial retning ved hjelp av vanlige forspenningskabler. Membranjekker består vanligvis av to forholdsvis tynne stålplater som er sammensveiset langs kanten slik at de danner et lukket rom. Det lukkede rom settes i forbindelse med et rørsystem som kan før et fluidum inn mellom stålplatene. I henhold til ytterligere et trekk ved oppfinnelsen er membranjekkene utformet med to eller flere rom i lag som kan benyttes uavhengig av hverandre. Det vil i de fleste tilfeller være mest naturlig å plassere trykktanken i en bergsjakt. Imidlertid er oppfinnelsen også ment å omfatte en trykktank som er plassert inne i en ytre betongtank som for eksempel kan være nedstøpt i sand eller leire. Det passive mottrykk i slike masser er som regel mange ganger større enn det aktive trykk massene utøver, noe som medfører at den ytre betongtank kan støpes ut med en relativt liten veggtykkelse. Dersom r og h betegner trykktankens indre radius og høyde, vil det 2. indre trykk, p, bevirke en ringkraft = prh og en vertikal kraft = pur i tanken. Disse krefter fører til deformasjoner som igjen gir tilleggsmomenter. Hvis man utsetter trykktanken for ytre krefter som er proporsjonale med og større enn de indre krefter, vil ethvert snitt i tanken ha resulterende trykkspenning. For å motstå det indre trykk.må trykktanker av betong og spesielt trykktanker for vannreaktorer uts.tøpes med vegger som er tykke i forhold til tankdiameteren. Dette medfører at konstruksjonen blir så stiv at den ytre kraft som blir overført gjennom ribbene, blir nesten jevnt fordelt i tankveggene. Når trykktanken er plassert i en bergsjakt, innfører forspenningen radielle trykkspenninger i bergaiassivet, mens de resulterende strekkspenninger strekker seg i aksial- og tangentialretning i berget. Homogent berg uten sprekker kan oppta både strekk- og trykkspenninger. Man må imidlertid regne med sprekker i berg, og normalt på en sprekk kan berget ikke oppta strekkrefter. I et slikt tilfelle vil imidlertid vekten av og den indre friksjon i bergmassivet motvirke de strekkrefter som forspenningen av betongtanken forårsaker. Berg er blitt belastet på lignende måte i trykksjakter for vannverk, men her er det riktignok jevnt fordelt radialt trykk på sjaktveggene. I det foreliggende tilfelle er imidlertid kraften jevnet ut til en praktisk talt konstant radial spenning i en avstand som anslagsvis er lik ribbeavstanden, således at berget derfrå og innover i massivet er påkjent som om det hadde vært jevnt trykk på sjaktens vegger.
126446 - b - En trykktank må plasseres i en relativt dyp bergsjakt dersom bergoverdekningen skal bli istand til å forspenne trykktanken vertikalt. I følge en utførelsesform av oppfinnelsen blir derfor trykktanken forspent i vertikal retning ved hjelp av forspenningskabler. Da tonnasjen av den vertikale forspenning bare er 1/6-1/7 av den totale vekt av forspenningen, i tilfelle av forspenning bare ved hjelp av kabler, gir Også denne utførelsesform en vesentlig plassbesparelse i betongkonstruksjonen. Etter at den ønskede forspenning er påsatt trykktanken, kan det, i henhold til oppfinnelsen, i mellomrommene mellom jekkene innsettes mellomlegg, for eksempel stålkiler, som overtar overføringen og opprettholdelsen av trykkkreftene når jekkene avlastes. Mellomlegget kan også bestå av en injiserbar masse som størkner etter en viss tid. Forspenningen kan også opprettholdes red at det i jekkene injiseres en slik masse. I et slikt tilfelle bør det benyttes membranjekker som er utformet med to eller flere adskilte rom lagt på hverandre, slik at ytterligere jekking på et senere tidspunkt blir mulig. Ved plassering av en kjernereaktor i en bergsjakt kan man ved å legge et tettsluttende lokk over sjaktens åpning oppnå en økonomisk meget fordelaktig sekundær sikkerhetsinneslutning for kjernereaktorén. Oppfinnelsen innebærer også andre økonomiske fordeler idet kostbare spesialkabler erstattes med jekker som er meget enkle å fremstille. Det kan i denne forbindelse nevnes at man er avhengig av å velge mellom relativt få typer og dimensjoner når det gjelder de forspenningskabler som er tilgjengelige idag. Seiv om trykktanker i henhold til oppfinnelsen er tenkt anvendt for kjernereaktorer, kan de for eksempel finne anvendelse for kjemiske reaktorer og for lagertanker for flyktige eller tunge media. Det kraftoverføringsprinsipp som oppfinnelsen baserer seg på kan også finne anvendelse ved understøtning av grunnen etter sprengning eller graving når man ønsker en aktiv, kontrollert understøttelseskraft. Oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved to utførelseseksempler på en trykktank for en kjernereaktor i henhold til oppfinnelsen med henvisning til figurene 1-3- Figur 1 viser et snitt av en trykktank av betong som er plassert i en bergsjakt og forspent ved hjelp av jekker. Figur 2 viser et snitt av en tilsvarende trykktank hvor den vertikale forspenning oppnås ved hjelp av forspenningskabler. Figur 3 viser et snitt A-A av trykktankene i henhold til figurene 1 og 2. På figur 1 er 1 en trykktank av betong som hviler på en utstøpt sokkel 2 i en bergsjakt og som er utstyrt med vertikale ribber 3- Mellom bergsjaktens
126446 vegger 1+, som er forsynt med en utforing av betong 5, og ribbene er det i slissene 6 plassert forspenningsjekker f. Det er likeledes plassert tilsvarende for~ spenningsjekker mellom tankens øvre horisontale overflate og den øvre betongutforing. Mellom tankens nedre horisontale overflate og sokkelen 2 er det anordnet et glideskikt av grafitt 8. Etter at den ønskede forspenningskraft er påsatt jekkene, kan disse låses ved at oljen i jekkene erstattes med en masse som størkner etter en viss tid. Rørsystemet for drift av jekkene og injisering av den størkbare masse er ikke vist på figurene. Trykktanken er utformet med et lokksystem som består av et ytre trykkbærende lokk 9 og et tetningslokk 10. Lokket holdes på plass ved hjelp av et antall låseblokker 11 som presses mot lokket av låsejekkene 12. På figur 2 er trykktanken 1 som i figur 1 plassert i en bergsjakt på en utstøpt sokkel 2 og forsynt med vertikale ribber 3- Mellom bergsjaktens vegger It, utformet med en betongutforing 5, og ribbene er det i slissene 6 plassert forspenningsjekker 7 langs trykktankens vertikale overflate. Som på figur 1 hviler tankens nedre horisontale overflate på et glideskikt 8 av grafitt. I horisontal retning blir trykktanken forspent ved hjelp av forspennings jekker 7 mens forspenningen i vertikal retning blir oppnådd ved hjelp av forspenningskabler lu. I spaltene 6 mellom jekkene er det i vertikal retning anordnet mellomlegg 15. Mellomlegget som har til oppgave å bibeholde forspenningskreftene fra bergsjaktens vegger når jekkene avlastes, utgjøres av stålkiler. Topplokket 9, 10 blir holdt på plass ved hjelp av låseblokker 11 ved at det overføres krefter fra forspenningskablene via stålforingen 16. Låseblokkene og stålforingen er svakt trapes- eller kileformet. Både i figur 1 og 2 er bergsjaktens åpning stengt ved hjelp av et tettsluttende lokk 13.
6 126446 PATENTKRAV 1. Trykktank av betong for en kjernereaktor, plassert i en trykkopptagende sjakt hvor tanken er forspent ved overføring av trykkrefter fra sjaktens vegger, karakterisert ved at tanken er utformet med et antall utvendige ribber og at det i de spalter som fremkommer mellom ribbenes endeflater og sjaktens vegger er plassert membranjekker som virker direkte mellom ribbenes endeflater og sjaktens vegger. 2. Trykktank ifølge krav 1, karakterisert ved at tanken i aksial retning er forspent ved hjelp av forspenningskabler. 3. Trykktank ifølge krav 1-2, karakterisert ved at membranjekkene er utformet med to eller flere rom i lag som kan benyttes uavhengig av hverandre. Trykktank ifølge krav 1 3, karakterisert ved at det i spaltene, mellom jekkene er plassert trykkopptagende mellomlegg. Anførte pub1 ikasjoner: Fransk patent nr. 1065134
1264*6 J A J i J ^ FIGUR 1
126446 FIGUR 2 SNITT B-B
B SNITT A-A at> I-e* rfe» at FIGUR 3