DE2928532C2 - Anordnung zum Einführen einer Speiseflüssigkeit in ein Flüssigkeit enthaltendes Druckgefäß - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum (60) eine Strahlpumpenhülse (72) angeordnet ist, deren stromaufwärtiges Ende einen stromabwärtigen Teil der Speiseleitung (44) mit radialem Abstand umschließt und gegenüber dem Einlaßstutzen (42) abgedichtet ist zur Verhinderung eines Flüssigkeitsleckstroms in das Druckgefäß (12) längs des stromabwärtigen Endes des Einlaßstutzens (42) und an deren stromabwärtigen Ende im Abstand zur Verteilerdüse (48a) ein kleineres Hülsenteil (78) angeordnet ist zur Bildung einer Strahlkammer, die sich stromabwärts in das Druckgefäß (12) öffnet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das kleinere Hülsenteil (78) der Strahlpumpenhülse (72) stromabwärts über die Strahldüse (48a,) hinaus erstreckt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinere Hülsenteil (78) der Strahlpumpenhülse (72) von dem Einlaßstutzen (42) weggerichtet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinere Hülsenteii (78) der Strahlpumpenhülse (72) koaxial zur Verteilerdüse (48a^ angeordnet ist. 5;.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einer Verteilerauslaßöffnung (81) im freien Ende der Verteilerdüse (4Sa) austritt, die von dem Flüssigkeitsverteiler (46) vorsteht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Einführen einer Speiseflüssigkeit in ein Flüssigkeit enthaltendes Druckgefäß gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer Anzahl von technischen Verfahren wird eine relativ kalte Speiseflüssigkeit in ein Gefäß eingespeist und mit relativ heißer Flüssigkeit darin vermischt. Beispiele dafür sind direkte Wärmetauscher und Dampferzeuger. Beispielsweise ist in einem Dampferzeuger, wie einem Siedewasserreaktor, die Wärmequelle ein in einem Druckgefäß enthaltener Kernbrennstoffkern. Anordnungen zum Einspeisen und Vermischen sind bekannt

Bei einer derartigen Anordnung ist eine Einlaßleitung mit dem Gefäß durch einen Einlaßstutzen verbunden. Ein innerhalb des Gefäßes angeordneter Flüssigkeitsverteiler hat wenigstens eine Auslaßöffnung, die die Speiseflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit in die in dem Gefäß enthaltene Flüssigkeit einleitet Eine Speiseleitung ist innerhalb des Stutzens angeordnet und verbindet die Einlaßleitung mit dem Flüssigkeitsverteiler, so daß Speiseflüssigkeit von der Einiaßleitung zur Auslaßöffnung und durch dieselbe hindurchgeleitet wird. Die Außenfläche von wenigstens einem Teil der Speiseleitung ist im Abstand zur Innenfläche des Stutzens angeordnet, so daß dazwischen ein Ringraum gebildet ist, der sich in das Gefäß öffnet. Bei den bekannten Anordnungen werden verschiedene Dichtungen zwischen einem stromaufwärtigen Teil der Speiseleitung und des Stutzens benutzt, um die relativ kalte Speiseflüssigkeit auf das Innere der Speiseleitung zu beschränken. Üblicherweise sind solche Dichtungen jedoch unvollkommen, wodurch ein Teil der Speiseflüssigkeit an der Dichtung durchleckt. Dieser Leckstrom, der, wie erwähnt, relativ kalt ist, fließt durch den ringförmigen Zwischenraum eng an der Innenfläche des Stutzens entlang und tritt in die in dem Gefäß enthaltene Flüssigkeit am stromabwärtigen Ende des Stutzens ein, z. B. an dem Übergangsradius des Stutzens. In solchen Anordnungen sind nach unterschiedlichen Gebrauchszeiten Risse längs der Innenfläche und des Übergangsradius des Einlaßstutzens festgestellt worden. Von diesen Rissen wird angenommen, daß sie sich aufgrund von Temperaturwechselbeanspruchungen am Innenteil des Stutzens ergeben, weil dieser abwechselnd dem heißen Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in dem Gefäß und dem relativ kälteren Speisewasser oder dem durch Speisewasser gekühlten Wasser ausgesetzt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß Spannungsrisse an dem Einlaßstutzen im wesentlichen vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß wenigstens der größte Teil des Flüssigkeitsleckstroms auf das Innere der Strahlpumpenhülse beschränkt bleibt und mit dem durch die Auslaßöffnung austretenden Speiseflüssigkeitsstrom aufgrund der Slrahlsaugwirkung aus der Kammer ausgestoßen wird. Die Temperaturwechselbeanspruchung der Innenfläche des Stutzens wird auf diese Weise minimiert und das Reißen desselben wird beträchtlich reduziert.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Dampferzeugungssystems,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Einspeisung der Flüssigkeit des Dampferzeugungssystems nach Fig. l.und

F i g. 3 eine Seitenansicht eines Teils des stromabwärtigen Endes der Flüssigkeitseinspeisung.

Fig. 1 zeigt ein Dampferzeugungssystem 10 mit einem Druckgefäß 12, in dessen Inneren eine Wärmequelle 14 (durch gestrichelte Linien angedeutet) untergebracht ist, bei der es sich beispielsweise um den Kern eines Kernreaktors handeln kann, d. h. das Gefäß ist ein Siedewasserreaktor. Die Wärmequelle 14 ist von einem Mantel 16 umgeben und das Druckgefäß 12 ist bis zu einer durch eine Linie 18 angegebenen Höhe mit einer verdampfbaren Arbeitsflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, gefüllt. Das Wasser wird in der Wärmequelle 14 durch eine Pumpe Pl umgewälzt, die Wasser aus einem Ring 20 entnimmt und einen unteren Sammelraum 22 unter Druck setzt, wodurch Wasser durch die Wärmequelle 14 hindurchgedrückt und ein Teil des Wassers verdampft wird. Das sich ergebende heiße Gemisch aus Dampf und Wasser geht durch mehrere Dampftrockner 24 hindurch. Der Dampf wird in einem oberen Sammelraum 26 aufgefangen, während das abgeschiedene heiße Wasser zu dem in dem Druckgefäß 12 enthaltenen Umlaufwasser zurückkehrt. Der Dampf wird dem oberen Sammelraum 26 über eine Dampfleitung 28 entnommen und einem Verbraucher zugeführt, z. B. einer Turbine 30, die einen elektrischen Generator 32 antreibt. Der Turbinenabdampf wird in einem Kondensator 34 kondensiert und anschließend ^J0 wird der kondensierte Dampf als Speisewasser über ein oder mehrere Speisewasserheizelemente 36 und eine Pumpe P2 zu dem Druckgefäß 12 zurückgeleitet. Frischwasser kann dem Speisewasserheizelement 36 über eine Leitung 38 aus einer geeigneten Quelle ^J5 zugeführt werden.

Das Speisewasser aus der Pumpe Pl wird über eine Einlaßleitung 40 dem Druckgefäß 12 zugeführt. Ein Einlaßstutzen 42 ist als ein Verstärkungsübergangsteil zwischen der Einlaßleitung 40 und der Gefäßwand ^4Ü befestigt. In den Einlaßstutzen 42 ist eine Speiseleitung 44 lösbar eingepaßt, beispielsweise durch einen Festsitz. Das stromabwärtige Ende der Speiseleitung 44 steht mit einem Flüssigkeitsverteiler 46 eines in Segmente unterteilten Speisewasser-Verteilerrings in Verbindung. ⁴> Das durch die Speiseleitung 44 geleitete Speisewasser verläßt den Flüssigkeitsverteiler 46 über eine Reihe von Löchern, bei denen es sich um Auslaßöffnungen in den freien Enden von knieförmigen Verteilerdüsen 48 handeln kann, wodurch das Speisewasser mit hoher '" Geschwindigkeit in dem in dem Druckgefäß 12 umlaufenden Wasser verteilt und dadurch mit demselben vermischt wird. Weitere, nicht gezeigte, Einlaßstutzen und Verteilerspeiseleitungen versorgen die anderen Flüssigkeitsverteiler des Verteilerringes mit Speisewasser.

Die Flüssigkeitseinspeisung und -mischung ist ausführlicher in der vergrößerten Ansicht von F i g. 2 gezeigt. Gemäß F i g. 2 ist der Einlaßstutzen 42 mit der Wand des Druckgefäßes 12 durch eine Schweißnaht 50 verbunden. Der Einlaßstutzen 42 hat einen Hauptteil 52, der mit einem äußeren Teil 54 durch eine Schweißnaht 56 verbunden ist. Der äußere Teil 54 des Stutzens 42 ist mit der Einlaßleitung 40 durch eine Schweißnaht 58 verbunden. Die Verteilerspeiseleitung 44 ist im Inneren des Einlaßstutzens 42 lösbar angeordnet und verbindet die Einlaßleitung 40 mit dem Flüssigkeitsverteiler 46, der innerhalb des Druckgefäßes i2 angeordnet ist.

wodurch Speiseflüssigkeit von der Einlaßlfiitung 40 zu den Auslaßöffnungen der Verteilerdüsen 48 und durch die Auslaßöffnungen hindurchgeleitet werden kann. Die Außenfläche der Speiseleitung 44 ist mit Abstand von der Innenfläche des Stutzens 42 angeordnet, so daß dazwischen ein Ringraum 60 gebildet wird. Die Speiseleitung 44 hat einen teilweise konischen stromaufwärtigen Teil 62, einen mittleren Teil 64 und einen konischen stromabwärtigen Teil 66, der mit dem Flüssigkeitsverteiler 46 verbunden ist. Das freie Ende des stromaufwärtigen Teils 62 ist durch den äußeren Teil 54 des Stutzens 42 freitragend gehalten und bildet mit diesem einen Festsitz oder eine unvollkommene Dichtung 68.

Damit die an der Dichtung 68 austretende Leckströmung nicht durch Temperaturwechselbeanspruchungen zum Reißen des Einlaßstutzens hauptsächlich am Übergangsradius führt, ist eine Strahlpumpenhülse 72 vorgesehen, deren stromaufwärtiger Teil innerhalb des Ringraums 60 angeordnet ist und sich stromaufwärts in diesen öffnet. Der stromaufwärtige Hülsenteil umschließt umfangsmäßig und ist im Abstand, vorzugsweise konzentrisch, zu demjenigen stromabwärtigen Teil der Speiseleitung 44 angeordnet, der sich stromabwärts der Querebene erstreckt, in der das stromaufwärtige Ende eines elastischen Dichtrandes 73 der Hülse 72 liegt. Der Dichtrand 73 befindet sich vorzugsweise an dem freien stromaufwärtigen Ende der Hülse 72. Dieser Dichtrand 73 bildet mit der den Ringraum 60 begrenzenden Fläche des Einlaßstutzens 42 eine im wesentlichen formschlüssige Dichtung und sorgt für eine freitragende Halterung der Hülse 72 durch den Einlaßstutzen 42. Diese Randdichtung verhindert im wesentlichen einen Leckstrom durch den Ringraum 60, der zwischen dem Einlaßstutzen 42 und der Strahlpumpenhülse 72 liegt. Bei Bedarf kann an Stelle des Dichtrandes 73 die Strahlpumpenhülse 72 an dem Einlaßstutzen 42 durch einen Kolbenring und eine Federdichtung für diese formschlüssige Abdichtung abgedichtet werden.

Die Strahlpumpenhülse 72 weist eine im allgemeinen ringförmige Platte 74 auf, die quer zu ihrer Achse am stromabwärtigen Ende der Hülse 72 angeordnet ist. Die Platte 74 ist mit dem angrenzenden Bereich der Verteilerspeiseleitung 44 durch eine Dichtung '/6 verbunden. Die Speiseleitung 44 stützt auf diese Weise die Strahlpumpenhülse 72 ab.

Die Strahlpumpenhülse 72 endet an ihrem stromabwärtigen Ende in einem kleineren Hülsenteil 78, der von der Platte 74 vorsteht, in der ein Loch 80 eine Strömungsverbindung zwischen dem kleineren stromabwärtigen Hülsenteil 78 und dem stromaufwärts der Platte 74 gelegenen Teil der Strahlpumpenhülse 72 herstellt. Der stromabwärtige Hülsenteil umschließt umfangsmäßig die Verteilerauslaßöffnung 81 der Verteilerdüse 48a, so daß eine Strahlpumpenkammer gebildet ist, d. h. der stromabwärtige Hülsenteil ist bezüglich der Auslaßöffnung 81 so angeordnet, daß er das Ausstoßen von Flüssigkeit aus derselben unterstützt. Für einen größeren LeckausstoGwirkungsgrad ist der stromabwärtige Hülsenteil vorzugsweise insgesamt koaxial zu der Auslaßöffnung 81 und zu dem stromabwärtigen Endteil der knieförmigen Verteilerdüse <Sa angeordnet. Der stromabwärtige kleinere Hülsenteil 78 erstreckt sich vorzugsweise stromabwärts über die Auslaßöffnung 81 hinaus, um den Wirkungsgrad weiter zu verbessern. Zur maximalen Verringerung einer Rißbildung an dem Stutzen 42 ist der stromabwär-

tige kleinere Hülsenteil 78 von dem Stutzen 42 weggerichtet oder über den Endpunkt desselben hinaus verlängert. Das Ausmaß, in welchem dieser Hülsenteil so gerichtet sein sollte, nimmt mit abnehmender Entfernung zwischen dem Stutzen 42 und dem Kammerauslaß zu.

Im Betrieb der beschriebenen Anordnung tritt der über die Einlaßleitung 40 und dem Stutzen 42 empfangene kalte Hauptspeisestrom in die Verteilerspeiseleitung 44 ein, fließt durch sie hindurch, wie es durch große Pfeile 82 angedeutet ist, tritt aus der Verteilerspeiseleitung 44 aus und in den Flüssigkeitsverteiler 46 ein und wird dadurch auf die Verteilerdüsen 48 verteilt. Der hier verwendete Ausdruck »Hauptspeisestrom« bedeutet den gesamten Speisestrom minus den Speiseleckstrom. Der Hauptspeisestrom wird von den Verteilerdüsen 48 über ihre Auslaßöffnungen 81 in die in dem Druckgefäß 12 enthaltene Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit geleitet, die das Vermischen der Speiseflüssigkeit mit der heißeren Flüssigkeit fördern. Der Hauptspeisestrom, der durch die Auslaßöffnung 81 der Verteilerdüse 48a austritt, erzeugt innerhalb der kleinen vorragenden Hülse 78 eine Saugwirkung. Durch diese Saugwirkung wird der relativ kalte Leckstrom aus der Ringkammer 60 durch den stromaufwärtigen Teil der Strahlpumpenhülse 72, durch die Öffnung 80 hindurch in das Innere der durch die kleine Hülse 78 begrenzten Kammer gezogen. Der Leckstrom wird durch den Hauptstrom und mit demselben aus der Kammer in die in dem Gefäß 12 enthaltene Flüssigkeit ausgestoßen. Durch diese Anordnung wird der Leckstrom in der insgesamt ringförmigen Zone eingeschlossen, die durch die Innenfläche der Strahlpumpenhülse 72 und durch die Außenflächen der davon umgebenen Speiseleitung 44 gebildet ist. Dieser eingeschlossene Leckstrom wird aus dieser Zone in einem Gebiet in die Flüssigkeil eingeleitet, das mit Abstand stromabwärts von dem Ende 70 des Einlaßstutzens 42 in im wesentlichen derselben Entfernung wie der die Kammer verlassende Hauptstrom angeordnet ist.

Bei der bevorzugten Verwendung in einem Siedewasserreaktor kann die Speisewassereinlaßanordnung folgenden typischen Bedingungen ausgesetzt sein: Der Gefäßdruck beträgt etwa 68,9 bis etwa 82,7 bar, während die Temperatur des Wassers darin etwa 260° C bis etwa 288°C beträgt. Der Druck des Speisewassers in der Einlaßleitung 40 ist etwa 1,03 bar bis etwa 1,72 bar größer als der Gefäßdruck. Die Temperatur des Speisewassers ändert sich von etwa 21 "C bis etwa 216°C und z. B. von etwa 38⁰C bis etwa 149°C, je nach den Betriebsbedingungen. Der Leckstrom wird gewöhnlich ein unbedeutender Teil des gesamten Speisewassers sein, etwa 1 % oder weniger bis etwa 25% (z. B. etwa 15%) des gesamten Speisewassers betragen. Für diesen bevorzugten Verwendungszweck werden die Gefäßwand und der Hauptteil 52 des Stutzens 42 vorzugsweise aus niedriglegiertem Stahl hergestellt, wobei die Schweißnähte wärmebehandelt werden sollten. Die Strahlpumpenhülse 72, der äußere Teil des Einlaßstutzens 42 und die Einlaßleitung 40 werden vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt, wobei deren Schweißnähte keine Wärmebehandlung erfordern. Daher kann beispielsweise die Schweißnaht 58 zweckmäßig auf der Baustelle ohne eine solche Wärmebehandlung hergestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Einführen einer Speiseflüssigkeit in ein Flüssigkeit enthaltendes Druckgefäß und zum Vermischen der Speiseflüssigkeit mit der Flüssigkeit, mit folgenden Merkmalen:

— eine Einlaßleitung (40) ist durch einen Einlaßstutzen (42) mit dem Druckgefäß (12) verbunden,

— ein Flüssigkeitsverteiler (46) ist in dem Druckgefäß (12) angeordnet und weist wenigstens eine Verteilerdüse (48) zum Einleiten der Speiseflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit in die im Druckgefäß (12) enthaltene Flüssigkeit auf,

— eine Speiseleitung (44) ist Innerhalb des Einlaßstutzens (42) angtordnet und stellt eine Strömungsverbindung zwischen der Einlaßleitung (40) und dem Flüssigkeitsverteiler (46) her, wobei wenigstens ein Teil der Außenfläche der Speiseleitung (44) im Abstand zur Innenfläche des Einlaßstutzens (42) angeordnet ist unter Ausbildung eines in das Druckgefäß (12) mündenden Ringraums (60) und

— zwischen einem stromaufwärtigen konischen Teil (62) der Speiseleitung (44) und des Einlaßstutzens (42) ist eine unvollkommene Dichtung (68) angeordnet, an der ein Teil der Speiseflüssigkeit in den Ringraum (60) leckt,