DE1082992B - Zentrifugal-Wasserabscheider fuer Dampfzellen eines Siedewasser-Kernreaktors - Google Patents
Zentrifugal-Wasserabscheider fuer Dampfzellen eines Siedewasser-KernreaktorsInfo
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Description
DEUTSCHES
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugal-Wasserabscheider
für Dampfzellen eines Siedewasser-Kernreaktors.
Bei den Siedewasser-Kernreaktoren, in denen der innerhalb der Zellen erzeugte Dampf- unmittelbar
Turbinen antreibt, ist es zweckmäßig, eine sehr gute Trennung des Dampfes von dem mitgerissenen Wasser
durchzuführen, um das Mitreißen von radioaktiven Stoffen in die Turbinen im Falle des Bruches einer der
den Brennstoff umgebenden Hüllen zu vermeiden.
Diese Bedingung sollte auch erfüllt sein, wenn zwischen dem primären Kreislauf, durch den der unmittelbar in
den Reaktorzellen erzeugte Dampf strömt, und einem sekundären Kreislauf, aus dem die Turbinen gespeist
werden, ein Wärmetauscher eingeschaltet ist; denn wenn gleichzeitig der Bruch einer Brennstoffelementhülle und
eine Undichtigkeit in dem von dem Dampf des Primärkreislaufes durchströmten Kondensatorrohrbündel des
Wärmetauschers vorhanden ist, wird das Verschleppen von radioaktiven Stoffen in den Sekundärkreislauf um so
weniger gefährlich sein, je vollständiger die Trennung von Wasser und Dampf bereits innerhalb des Reaktors
erfolgt ist.
Zentrifugal-Wasserabscheider im Dampfdom von Siedewasser-Kernreaktoren
sind bekannt, Gemäß der vorliegenden Erfindung weist jedoch jede der Reäktorzellen
des Siedewasserreaktors, bei denen ein zylindrischer Kamin den aktiven Teil der Zelle verlängert, eine als
Wasserabscheider wirkende, kegelstumpfmantelförmige, mit ihrer großen Basis am .oberem JEnde des Kamins
befestigte Hülse auf; das in dem Kamin der Zelle aufsteigende Gemisch von Wasser und Dampf durchströmt
an der Stelle des Eintritts in die Hülse einen koaxial zur Hülse liegenden Kranz von fest angeordneten Leitschaufeln,
die dem Gemisch eine Rotationsbewegung aufzwingen, welche das Wasser an die mit Löchern versehenen
Wände der Hülse drängt, während die Dampfblasen, die sich dem axialen Teil der Hülse nähern und
in ihm sammeln, durch die kleine Basis hindurch austreten.
Als besonders zweckmäßig erweist es sich, die Wasserabscheidevorrichtung
derart auszubilden, daß innerhalb der konischen Hülse eine Trennfläche zwischen Wasser
und Dampf entsteht, die die Form eines gegenüber dem Kegelstumpfmantel der Hülse-umgekehrten Kegelstumpfmantels
hat.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine an sich
bekannte Siedewasserreaktorzelle, die jedoch mit einem erfmdungsgemäßen Zentrifugal-Wasserabscheider versehen
ist,
Fig..2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Leitschaufel und ihrer Halterung,
Zentrifugal -Wasserabscheider
für Dampfzellen
eines Siedewasser-Kernreaktors
eines Siedewasser-Kernreaktors
Anmelder:
ίο Commissariat ä l'Energie Atomique,
Paris
Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
χ5 München 22, Steinsdorfstr. 10
χ5 München 22, Steinsdorfstr. 10
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 8. August 1958
Frankreich vom 8. August 1958
Pierre Jean Ricard, Paris,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Fig. 3 und 4 (in vergrößertem Maßstabe) Schnitte durch
Leitschaufehl in den Tangentenebenen zur Durchflußöffnung, längs der Linien IH-III und IV-IV der Fig. 1,
Fig. 5 das Profil einer Öffnung für das Abführen des
Wassers.
Die in der Fig. 1 dargestellte eigentliche Zelle des Siedewasserreaktors besteht im wesentlichen aus einer Hülse 1 mit rechteckigem Querschnitt, die zahlreiche bündelweise übereinandergeschichtete Brennstoffstäbe 2 enthält. An ihrem unteren Teil ist die Hülse 1 über einen hohlen kegelstumpfmantelförmigen Körper 3 mit einem Rohrstück 4 verbunden, das an seinem unteren Teil 5 ein nach Art eines Handschuhfingers ausgebildetes Einlaßstück 5 aufweist, in dem zahlreiche Bohrungen für den Eintritt des Wassers in die Zelle vorgesehen sind. An dem oberen Teil der Zelle ist in die Hülse 1 ein Rohrstück 7 mit quadratischem Querschnitt eingeschoben, das sich auf nicht dargestellte Federn abstützt und die Bündel von Brennstoffelementen 2 fest aufeinanderdrückt. Das Rohr 7 verlängert sich nach oben in einem zylindrischen Kamin 8.
Die in der Fig. 1 dargestellte eigentliche Zelle des Siedewasserreaktors besteht im wesentlichen aus einer Hülse 1 mit rechteckigem Querschnitt, die zahlreiche bündelweise übereinandergeschichtete Brennstoffstäbe 2 enthält. An ihrem unteren Teil ist die Hülse 1 über einen hohlen kegelstumpfmantelförmigen Körper 3 mit einem Rohrstück 4 verbunden, das an seinem unteren Teil 5 ein nach Art eines Handschuhfingers ausgebildetes Einlaßstück 5 aufweist, in dem zahlreiche Bohrungen für den Eintritt des Wassers in die Zelle vorgesehen sind. An dem oberen Teil der Zelle ist in die Hülse 1 ein Rohrstück 7 mit quadratischem Querschnitt eingeschoben, das sich auf nicht dargestellte Federn abstützt und die Bündel von Brennstoffelementen 2 fest aufeinanderdrückt. Das Rohr 7 verlängert sich nach oben in einem zylindrischen Kamin 8.
An dem oberen Rande des Kamins 8 ist durch Schweißen ein Ring 9 befestigt, der den gleichen inneren und
äußeren Durchmesser wie der Kamin 8 aufweist und als äußere Halterung ernes Kranzes von Leitschaufeln 10
dient, deren zentraler Halterungsteil durch eine Innen-
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gewindebuchse 11 gebildet wird, in die eine an ihrem
unteren Ende mit Gewinde versehene zentrale Stange 12 eingeschraubt ist.
Auf dem oberen Rand des Ringes 9 ist wiederum durch Schweißung eine kegelstumpfmantelförmige Hülse 13
befestigt, die in ihrer gesamten Mantelfläche Löcher 14 aufweist. Die Kegelstumpfhülse 13 trägt mittels abgewinkelter
Arme 15 über ihrer oberen Basis ein Umlenkorgan 16, durch das die Stange 12 hindurchgreift. Das
obere Ende der Stange ist mit einem Greifansatz 17 versehen, an dem die zangenartigen Greifglieder einer
Hebevorrichtung angreifen können, mittels deren die Zelle in den Reaktor eingesetzt bzw. aus ihm herausgezogen
werden kann.
Die Leitschaufeln 10 sind in der Weise profiliert, daß ihre Neigung gegenüber einer senkrecht zur Achse der
Hülse 13 liegenden Ebene von der Mitte des Kranzes bis zu seiner Peripherie derart zunimmt, daß im Inneren
der Hülse 13 zwischen dem Wasser und dem Dampf eine Trennfläche S gebildet wird, die etwa die Form eines
gegenüber dem Kegelstumpfmantel der Hülse umgekehrten Kegelstumpfmantels hat. Die Erzeugenden dieser
Trennfläche sind in Fig. 1 mit dünnen, strichpunktierten Linien dargestellt.
Es dürfte bekannt sein, daß die Form einer derartigen
Trennfläche zwischen Wasser und Dampf von den Beziehungen abhängt, die zwischen der Tangentialgeschwindigkeit
Wt der Flüssigkeit auf einem bestimmten Niveau und dem Abstand r dieser Flüssigkeit von dem
Zentrum des Zentrifugal-Wasserabscheiders abhängt; es ist erwünscht, daß die Form dieser Trennfläche derart
ist, daß eine Ringzone A, in der sich die flüssige Phase befindet, am Boden der konischen Hülse 13 am breitesten
und am oberen Rand der Hülse praktisch gleich Null ist. Auf diese Weise können die seitlichen Öffnungen 14 für
den Austritt des Wassers in der Mantelfläche der konischen Hülse 13 regelmäßig verteilt und unter günstigsten
Bedingungen ausgenutzt werden.
Wenn man unterschiedliche horizontale Querschnitte, die parallel und in gleichem Höhenabstand durch die
konische Hülse 13 gelegt werden, betrachtet, so ist die Ableitkapazität der Löcher 14 in den unteren Höhenabschnitten
(in denen die Löcher auch viel zahlreicher sind als in den oberen Abschnitten) wesentlich größer,
und man hat deshalb ein Interesse daran, daß diese Flüssigkeits-Ringzone.4 in den unteren Höhenabschnitten
besonders breit und in den oberen Höhenabschnitten praktisch Null ist, damit an den oberen Enden kein
Wasser mehr durch die öffnung der konischen Hülse austreten kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das beschrieben wird, ist die Form der Leitschaufeln 11 so gewählt, daß die Trennfläche
S, welche die Wasserzone A von der Dampfzone scheidet, kegelstumpfförmig ist, und zwar umgekehrt im
Verhältnis zu der Kegelstumpf form der Hülse 13. Diese unterschiedliche Formung entspricht einer Gleichung der
Form
= konstant.
Andererseits muß eine anfänglich am Umfang der großen Basis der Hülse 13 ankommende Dampfblase
wenigstens an der Peripherie der kleinen (oberen) Basis der Hülse 13 austreten, damit sie in Richtung des
Pfeiles 18 nach oben abströmen kann, während die Flüssigkeit allein in Richtung der Pfeile 19 austritt. In
diesem Falle muß die folgende Beziehung bestehen:
Das Ausfließen des Wassers ergibt natürlich innere Reibungen, aber da die Zeit für das Durchlaufen der
Flüssigkeit durch den Zentrifugal-Wasserabscheider nur sehr kurz ist, bleibt diese Beziehung selbst während des
gesamten Durchlaufvorganges des Mediums durch den Abscheider erhalten.
Damit die Dampfblasen nicht durch das seitlich auslaufende Wasser mitgerissen werden, muß die Radialgeschwindigkeit
WT der Dampfblasen unter Berücksichtigung der Anwesenheit der Öffnungen 14 eine zentripetale
Geschwindigkeit sein, damit die Blasen nicht diese Öffnungen erreichen können.
Hierin bedeutet: Wv die axiale Geschwindigkeit der
Dampfblasen, h die Höhe der konischen Hülse 13, T1 den
Halbmesser der großen Basis, T2 den Halbmesser der
1S kleinen Basis.
Die vorstehenden Bedingungen bestimmen einerseits die Form der Leitschaufeln — wie es oben bereits gesagt
wurde — und anderseits die Höhe der konischen Hülse 13 und die Neigung ihrer Erzeugenden.
Die Fig. 2 zeigt wesentlich deutlicher die Form einer Leitschaufel 10, Die Schaufel wird an einem ihrer Enden
(Fläche B F D) durch die zentrale Buchse 11 gehalten und am anderen Ende (Fläche A E C) durch den Ring 9,
der nur teilweise dargestellt ist, um die Figur klarer zu halten. Der untere Rand EFCD der Schaufel 10 liegt
unter einem bestimmten Winkel gegenüber dem oberen Rand A B, und zwar derart, daß die Fläche AEC
stärker gegenüber einer horizontalen Ebene geneigt ist als die Fläche BFD; die Neigung dieser Schaufel
nimmt von der inneren Buchse 11 bis zu dem äußeren Ring 9 stetig zu.
Um das Auftreten zu hoher Austrittsgeschwindigkeiten des Wassers im unteren Teil der Hülse 13 zu vermeiden,
sind die in dieser Zone vorgesehenen Austrittslöcher oder Öffnungen 14 nach außen hin erweitert und nach unten
gerichtet, wie dies die Fig. 5 zeigt.
Die Trennung der Wassertröpfchen, die von dem Dampf durch den oberen Austritt der Hülse 13 noch mitgerissen
werden sollten, wird durch das Umlenkorgan 16 bewirkt, das über der konischen Hülse 13 angeordnet ist und das
sich ausscheidende Wasser nach unten in Richtung des Pfeiles 19 leitet, während der Dampf etwa in Richtung
des Pfeiles 18 abströmt.
Claims (3)
1. Zentrifugal-Wasserabscheider für Dampf zellen eines Siedewasser-Kernreaktors, bei denen ein zylindrischer
Kamin den aktiven Teil der Zellen verlängert, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserabscheider
eine kegehnantelstumpfförmige, mit ihrer großen Basis am oberen Ende des Kamins befestigte Hülse
ist und das aufsteigende Gemisch von Wasser und Dampf an der Stelle des Eintritts in die Hülse einen
koaxial zur Hülse liegenden Kranz von fest angeordneten Leitschaufeln durchströmt, die dem Gemisch
eine Rotationsbewegung aufzwingen, welche das Wasser an die mit Löchern versehenen Wände der
Hülse drängt, während die Dampfblasen, die sich dem axialen Teil der Hülse nähern und sich in ihm sammeln,
durch die kleine Basis hinduch austreten.
2. Zentrifugal-Wasserabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln ein
Sonderprofil mit einer Neigung gegenüber einer senkrecht zur Achse der Hülse liegenden Ebene aufweisen,
die von der Mitte des Kranzes bis zu seiner Peripherie derart zunimmt, daß im Innern des Wasserabscheiders
sich eine Trennfläche zwischen Wasser und Dampf
ausbildet, die die Form eines gegenüber dem Hülsen-Kegelmantel umgekehrten Kegelstumpfmantels hat.
3. Zentrifugal-Wasserabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Austritt des
Wasserabscheiders ein Umlenkorgan sitzt, das die von dem Dampf mitgerissenen unten und außen ablenkt.
Wassertröpfchen nach
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 031 899.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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