DD219283A1 - Anordnung zur kombinierten temperatur und geschwindigkeitsmessung stroemender medien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kombinierten Temperatur- und Geschwindigkeitsmessung stroemender Medien in Rohrleitungen und Kanaelen. Insbesondere ist sie zur Bestimmung der Kuehlmitteltemperatur sowie des Kuehlmitteldurchsatzes im Primaerkreislauf von Druckwasserreaktoranlagen geeignet. Ziel und Aufgabe sind, die kontinuierliche Ueberwachung der Kuehlmitteltemperatur sowie des Kuehlmitteldurchsatzes im Primaerkreislauf von Druckwasserreaktoranlagen ohne zusaetzliche Messstutzen zu gewaehrleisten. Dies wird dadurch erreicht, dass Tauchhuelsen verwendet werden, die aus einem Einpassteil zur Befestigung in der Rohrleitung, einem dreieckigen tiefeintauchenden schwingungsfaehigen Stoerkoerper mit definierten Abrisskanten zur Wirbelabloesung der Stroemung, einem eingebauten Beschleunigungsaufnehmer sowie einem zylindrischen Thermometerzapfen mit eingelassenem Thermoelement bestehen. Dieser Thermometerzapfen ermoeglicht eine gute Waermeuebertragung vom Medium zum Stoerkoerper. Dabei wird zusaetzlich zur Temperaturmessung nach dem thermoelektrischen Prinzip die Proportionalitaet von Stroemungsgeschwindigkeit und Wirbelabloesefrequenz an dem dreieckigen Stoerkoerper zur Geschwindigkeits- und Durchsatzbestimmung durch Messung der Stoerkoerperauslenkungsfrequenzmittels Beschleunigungsaufnehmer im Stoerkoerper ausgenutzt.

Description

Titel der Erfindung '

Anordnung zur kombinierten Temperatur- und Geschwindigkeitsmessung strömender Medien

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kombinierten Temperaturund Geschwindigkeitsmessung strömender Medien in Rohrleitungen und Kanälen. Insbesondere ist sie zur Bestimmung der Kühlmitteltemperatur sowie des'Kühlmitteldurchsatzes im Primärkreislauf von Druckwasserreaktoranlagen geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen"

Der Primärkreislauf von Druckwasserreaktoranlagen besitzt aus Sicherheitsgründen (hohe Druckbelastung und radioaktives Inhaltswasser) nur eine begrenzte Anzahl von Öffnungen für Meßgeber zur Temperatur-, Druck- und chemischen Überwachung des Kühlmittels· Speziell zur Temperaturmessung ist es üblich, im Primärkreislauf kurzeintauchende Temperaturmeßfühler (Thermoelemente) in zylindrischen, sich kegelförmig verjüngenden Tauchhülsen von 9-10 mm Durchmesser an der Geberspitze zu. installieren, um die Abbruchsicherheit und damit die- Gefahr des Entstehens kleiner Lecks zu vermeiden. Diese Anordnung ist ausschließlich zur Temperaturmessung bestimmt, da einerseits.

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die Beeinflussung der Kühlmittelströmung bei kurze α Tauchhülsen gering ist und andererseits dünne_;zylindrische Hülsen eine gut.e Wärmeübertragung vom Medium zum Thermoelement 'gewährleisten·'Für'die sichere Betriebsführung der Reaktoranlage ist jedoch auch eine fundierte Aussage über die Kühlmitteldurchsätze -im Primärkreislauf notwendig. Dies gilt.insbesondere für den Anlagenbetrieb bei ITetzfrequenz-und Spannungsänderungen als auch im Haturumlauf. Bei den WWSR-Anlageη der L und'2. Generation (WWER-2 und WWER-440) erfolgt die liühlmitteldurchsatzbestimmung durch' Rückrechnung aus der über den Dampferzeugern bilanzierten Reaktorleistung und der Aufwärmspanne des Kühlmittels im Primärkreislauf sowie über die Fördercharakteristik -der Hauptumwälzpumpen. Diese Methoden sind ungenau (Gesamtkühlmitteldurchsatzfehler ca. + 2 - 5 % vom ITenndurchsatz), lassen keine kontinuierlichen Aussagen zu den Schleifendurchsätzen zu und sind im liaturumlauf nicht anwendbar. Sine bekannte technische Lösung zur Geschwindigkeitsmessung ist die Hutzung der Proportionalität von Strömungsgeschwindigkeit und Wirbel- '-ablösefrequenz an einem schwingungsfähigen Störkörper (Wirbelstraßendurchflußmesser) bei Ausbildung einer Karmanschen Wirbelstraße (Meyer, N. Handbuch der Fluidischen Meßtechnik, VDI-Yerlag Düsseldorf 1977)· Dabei wird der Zusammenhang von Geschwindigkeit und. Ablösefrequenz durch die Strouhal-Zahl beschrieben: ' ' .. ^: '

f - Wirbelablösefrequenz

d ' - Störkörperdurchmesser

w- - Geschwindigkeit der Störkörperumströmung

Hur bei konstanter Strouhal-Zahl besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen f und w-, der eine Geschwindigkeitsbestimmung aus Meßwerten der Wirbelablösefrequenz möglich macht. Die Arbeitsbereiche von Wirbelstraßendurchflußmessern mit zylindrischen und dreieckigen Störkörpern unterscheiden sich erheblich, lach Meyer, H. Handbuch der Fluidischen Meßtechnik sind zylindrische Störkörper nur im Bereich" von Re = 10- bis 2 . 10 für. die Geschwindigkeitsmessung strömender Medien geeignet, während dreieckige Störkörper im gesamten Geschwin-

digkeitsbereich eine definierte Abhängigkeit von Geschwin- · digkeit und Sr-Zahl bewirken.

Bei zylindrischen, schwingungsfähigen Störkörpern bestimmt sich die Kühlmittelgeschwindigkeit Wo in der Rohrleitung wie folgt: -. ' , , ·. ' . ..·. -,;. -

Wo =

mit: Α., β A₀ (1 - 1,25 |)

- Querschnitt der Rohrleitung A- - freier Strömungsquerschnitt '

d -Störkörperdurchmesser D - Rohrleitungadurchmesser

Durch den eingeschränkten Arbeitabereich zylindrischer Störkörper wäre eine derartige Anordnung in der Hauptumwälzleitung von Druckwasserreaktoranlagen nur im ITaturumlaufbetrieb (Re = T,6 - 6,6 . 10 ) und nicht im Leistungsbetrieb (Re =1,7 .10 ) anwendbar. ..'^l , Die bei Druckwasserreaktoranlagen allgemein verwendeten kurzeintauchenden zylindrischen Thermoelementhülsen sind starre, d. h· nicht schwingungsfähige Anordnungen, die nicht für eine Geschwindigkeitsmessung im beschriebenen Sinne sondern ausschließlich zur Temperaturmessung geeignet sindo

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, eine Anordnung zur kombinierten Temperatur- und Geschwindigkeitsmessung von strömenden Medien zu schaffen, mit der insbesondere eine kontinuierliche Überwachung der Kühlmitteltemperatur sowie des Kühlmitteldurchsatzes im Primärkreislauf von Druckwasserreaktoranlagen im Leistungsund Naturumlaufbetrieb· gewährleistet wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung -

Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, eine Anordnung zur kombinierten Temperatur- und Geschwindigkeitsmessung· von strömenden Medien su schaffen, die die unmittelbare Kühlmitteltemperatur- und Schleifendurchsatzüberwachung im Primärkreislauf von Druckfasserreaktoranlager, gestattet« Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Tauchhülse geschaffen wird, die aus einem'Einpaßteil zur Befestigung in einer Rohrleitung sowie einem dreieckigen tiefeintauchenden, schwingungsfähigen Störkörper mit scharfen Eckkanten zur definierten Wirbelablösung am Störkörperende besteht. Im Störkörper sind ein Besehleunigungsaufnehmer und ein¹zylindrischer Thermometerzapfen mit eingelassenem Thermoelement angeordnet. Der Thermometerzapfen ist dabei so angebracht, daß er kurz über den Störkörper hinausragt und außerdem eine gute Wärmeübertragung vom Medium zum Thermoelement ermöglicht· Zusätzlich zur Temperaturmessung nach dem thermoelektrischen Prinzip wird die Proportionalität von Strömungsgeschwindigkeit und Wirbeläblösefrequenz an dem dreieckigen Störkörper zur Geschwindigkeit s- und Durchsatzbestimmung durch Messung der Störkörperauslenkungsfrequenz mittels. Beschleunigungsaufnehmer im Störkörper ausgenutzt· .·..'...·.

Durch die Anordnung einer Tauchhülse der vorgeschlagenen Art in jeder Hauptumwälzleitung des Primärkreislaufes von Druckwasserreaktoranlagen ist es erstmals möglich, ohne Erweiterung der meßtechnischen Stutzen eine'kombinierte schleifenspezifische Kühlmitteltemperatur- und Kühlmitteldurchsatzüberwachung im Reaktorleistungs- und Haturumlaufbetrieb durchzuführen und die bisherige Zeitdauer der Kühlmitteldurchsatzbestimmung wesentlich zu verkürzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In den Zeichnungen sind dargestellt!

Pig. 1 Gesamtansicht der Anordnung

Fig. 2 Seitenansicht der Anordnung

Pig.· 3 Längsschnitt von Fig. 1

Fig. 4 Schnittdarstellung von Fig. 2 um 90° gedreht

Die neugestaltete Tauchhülse besteht aus einem.zylindrischen Einpaßteil 1 zur Befestigung in der Rohrleitung (Schweiß- oder Schraubverbindung), dem dreieckigen Störkörper 2 mit ^Ns char fen Eckkanten zur definierten Wirbelablösung am Störkörperende und eingebautem Beschleunigungsaufnehmer 3 sowie dem zylindrischen Thermometerzapfen 4 mit. Thermoelement 5« Des weiteren sind in der Taxachhülse ein Montagekanal 6 und ein Thermpmeterkanal 7 eingebracht. :

Der dreieckige Störkörper 2 hat mindestens die Lange des halben Rohrdurchmessers, damit er durch die Wirbelablösungen des strömenden Mediums zu Schwingungen angeregt wird, die vom Beschleunigungsaufnehmer 3 (Piezokristallplättchen) erfaßt und. zu Geschwindigkeiten umgerechnet werden. Die Auslenkung s des Störkörpers 2 erfolgt dabei senkrecht zur Anströmrichtung e.

Der Thermometerzapfen 4 ragt kurz über den Störkörper 2'hinaus, wobei durch die zylindrische Ausführung eine gute Wärmeübertragung vom strömenden Medium zum Thermoelement 5 erreicht wird (dichtanliegender Strömungsfilm).

Die Temperatur- und Beschleunigungssignale werden in peripheren Einrichtungen verstärkt und zweckmäßigerweise einem Rechner zur Auswertung (Geschwindigkeits- bzw. Durchsatzbestimmung) und Protckollierung oder einem Anzeigegerät zugeleitet.

Die Anordnung kann zur Temperatur- und Geschwindigkeitsmessung strömender Medien, insbesondere zur Kühlmitteltemperatur und

—'durchsatzbestimmung im Primärkreislauf von Druckgasserreaktoranlagen angewendet werden. Sie wird dabei am Meßstutzen der Hauptuiawälzleitung anstelle von zylindrischen läuchhülsen eingesetzt, so dai3 ohne zusätzliche Meßstutzen eine zeitgleiche Temperatur .und -durchsatzbestimnmng realisiert werden kann.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch. '

   Anordnung zur kombinierten Temperatur- und Geschwindigkeitsmessung strömender Medien, insbesondere^zur Bestimmung der
   Kühlmitteltemperatur sowie des Kühlmitteldurchsatzes im Primärkreislauf von Druckwasserreaktoranlagen mittels ein oder
   mehrerer Tauchhülsen, gekennzeichnet dadurch, daß die Tauchhülse, die ein Einpaßteil (1) zur Befestigung aufweist, ;als
   ein dreieckiger und mit scharfen Sekkanten versehener -tWeintauchender schwingungsfähiger Störkörper (2) ausgebildet ist, in dem ein Beschleunigungsaufnehmer (3) und.ein Temperaturgeber (5) angeordnet sind, wobei eigens für den Temperaturgeber (5) ein über den Störkörper (2) kurz, hinausragender zylindrischer Thermometerzapfen (4) vorgesehen ist.

   Hierzu'/ Ssita Zcichnunr^n