DE1290554B - Injector pump arrangement for coolant circulation in nuclear steam generators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Injektorpumpenanordnung für die Kühlmittelumwälzung in nuklearen Dampferzeugern, insbesondere mit Siedewasserreaktoren mit im Reaktorfallraum zwischen Kern und Druckgefäßwand angeordneten Zyklondampfabscheidern, die nach unten Wasseraustrittsöffnungen besitzen und mit Injektorpumpen, die aus Treibdüse und Fangdüse bestehen.The invention relates to an injector pump arrangement for circulating coolant in nuclear steam generators, especially with boiling water reactors in the reactor trap Cyclone vapor separators arranged between the core and the pressure vessel wall, which face downwards Have water outlet openings and with injector pumps, which consist of a propellant nozzle and There are catching nozzle.

Bei nuklearen Dampferzeugern, insbesondere bei Siedewasserreaktoren für größere Leistungen, besteht das Problem, den erzeugten Dampf innerhalb des Reaktordruckgefäßes aus dem siedenden Kühl- und Moderatorwasser abzuscheiden, ohne dabei einerseits das sehr kostspielige, Druckgefäß für Dampfabscheidereinbauten zu vergrößern, und ohne andererseits den Wirkungsgrad der Anlage durch große Druckverluste zu verschlechtern.With nuclear steam generators, especially with boiling water reactors for higher capacities, there is the problem of the generated steam inside the reactor pressure vessel to separate from the boiling cooling and moderator water, without on the one hand the very expensive to enlarge pressure vessel for vapor separator internals, and without, on the other hand, deteriorating the efficiency of the system through large pressure losses.

Es sind nukleare `Dämpferzeuger bekannt, bei denen die Abscheidung des Dampfes aus dem siedenden Kühl- und Moderatorwasser in Zyklonen erfolgt. Dabei wird das Reaktorkühlmittel von außerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten Zwangsumlaufpumpen durch den Reaktorkern gepumpt. In den Zvklonen, durch die das Dampf-Wasser-Gemisch gefördert wird, scheidet sich der Dampf durch die Fliehkraft ab.There are known nuclear `` steam generators '' in which the deposition of the steam from the boiling cooling and moderator water takes place in cyclones. Included the reactor coolant is supplied by forced circulation pumps arranged outside the reactor pressure vessel pumped through the reactor core. In the Zvklonen, through which the steam-water mixture is promoted, the steam is separated by the centrifugal force.

Da bei dem Betrieb eines Leistungsreaktors große Mengen des Kühlmittels umgewälzt werden müssen, sind Umwälzpumpen, Rohrleitungen und Armaturen großer Abmessungen außerhalb des eigentlichen Reaktordruckgefäßes erforderlich. Diese müssen im Reaktor-Umschließungsgebäude, dem sogenannten Sicherheitsbehälter, untergebracht sein, da sie mit Reaktordruck belastet., sind. Dadurch wird der zu umbauende Raum des Sicherheitsbehälters größer, was Mehrkosten verursacht, und durch die großen mit Reaktordruck belasteten Teile außerhalb des Reaktordruckgefäßes ist ein Unfallrisiko größer.Because large amounts of coolant are used in the operation of a power reactor Need to be circulated are circulation pumps, pipes and fittings of large dimensions required outside the actual reactor pressure vessel. These must be in the reactor enclosure building, the so-called containment, as it is under reactor pressure burdened., are. As a result, the space to be converted in the containment becomes larger, which causes additional costs, and because of the large parts loaded with reactor pressure Outside the reactor pressure vessel, there is a greater risk of accidents.

Es ist bekannt, den Nachteil großer externer Umwälzschleifen dadurch zu umgehen, daß man nur einen Teilstrom der umzuwälzenden Wassermengen in einem äußeren Kreislauf umwälzt, und diesen Teilstrom als Treibstrom für im Reaktor angeordnete Injektorpumpen verwendet.It is known to cause the disadvantage of large external recirculation loops to avoid the fact that you only have a partial flow of the water to be circulated in one circulates outer circuit, and this partial flow as a driving flow for arranged in the reactor Injector pumps used.

In der deutschen Patentschrift 897 201 wird die Verwendung von Injektorpumpen in Dampferzeugern beschrieben, bei denen Kesselwasser als Treibmittel für die Pumpen dient.In the German patent specification 897 201 the use of injector pumps Described in steam generators where boiler water is used as the propellant for the pumps serves.

Nun haben jedoch Injektorpumpen einen Nachteil, sie habe einen geringeren Wirkungsgrad als Pumpen mit mechanisch bewegten Teilen. Aus Sicherheitsgründen, nämlich um die umzuwälzenden Wassermengen wesentlich zu verringern, und dadurch kleinere mit Reaktordruck belastete externe Umwälzschleifen zu bekommen, verwendet man trotz des schlechteren Wirkungsgrades Injektorpumpen.Now, however, injector pumps have a disadvantage, they have a smaller one Efficiency as pumps with mechanically moving parts. For safety reasons, namely to significantly reduce the amount of water to be circulated, and thereby to get smaller external recirculation loops loaded with reactor pressure one despite the poorer efficiency of injector pumps.

Man bekommt somit als Wirkungsgrad verschlechternde Einflüsse die Summe der Druckabfälle im gesamten Dampferzeugungskreislauf, die aus den Druckabfällen am Reaktorkern, den Druckabfällen an den Zyklonen und den Druckabfällen an den Strahlpumpen besteht.You thus get the effects that deteriorate the efficiency Sum of the pressure drops in the entire steam generation circuit resulting from the pressure drops at the reactor core, the pressure drops across the cyclones, and the pressure drops across the jet pumps consists.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem nuklearen Dampferzeuger, der Injektorpumpen und Zyklondampfabscheider aufweist, die hohen Druckabfälle im dampferzeugenden Kreislauf zu senken. Dieses geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Wasseraustrittsöffnungen jedes Zyklondampfabscheiders über einen Hohlschaufelkranz mit der Injektorpumpe derart verbunden sind, daß an den Oberflächen der Hohlschaufeln die im Zyklondampfabscheider rotierende Flüssigkeit in Richtung der Pumpenachse umgelenkt wird, während die Treibdüse der Injektorpumpe durch die Hohlschaufeln hindurch gespeist wird.It is the object of the invention, in a nuclear steam generator, the injector pumps and cyclone vapor separators have high pressure drops in the to lower the steam generating circuit. According to the invention, this is done by that the water outlet openings of each cyclone vapor separator via a ring of hollow blades are connected to the injector pump in such a way that on the surfaces of the hollow blades the liquid rotating in the cyclone vapor separator in the direction of the pump axis is deflected, while the drive nozzle of the injector pump through the hollow blades is fed through.

Die Injektorpumpen sind in vorteilhafter Weise mit den Dampfabscheidern so zu einer konstruktiven Einheit zusammengefußt, daß die rotatorische Energie des Reaktorwassers in den Zyklonen umgelenkt wird in translatorische Bewegungsenergie als Anfangsgeschwindigkeit für das in die Strahlpumpe eintretende zu treibende Wasser. Dadurch, daß die Umlenkung durch Hohlschaufeln geschieht, in denen gleichzeitig das Treibwasser für die Treibdüse der Pumpe zugeleitet wird, bekommt man eine sehr kompakte Bauweise. An Hand dreier Figuren sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.The injector pumps are advantageously connected to the vapor separators so combined into a constructive unit that the rotational energy of the Reactor water in the cyclones is diverted into translational kinetic energy as the initial speed for the water to be driven into the jet pump. Because the deflection is done by hollow blades, in which at the same time the motive water for the motive nozzle of the pump is fed, you get a very compact design. An exemplary embodiment of the invention is given by means of three figures explained in more detail.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines. Siedewasserreaktors mit der erfindungsgemäßen Anordnung; F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch F i g. 1 in Höhe der Linie CD; F i g. 3 die Abwicklung der Linie AB aus F i g. 2. Aus dem Raum 1(F i g. 1) wird ein Teil der Treibflüssigkeit abgezogen und vor der Umwälzpumpe mit dem durch Leitung 2 zufließenden, unterkühlten Speisewasser vermischt. In der Pumpe 3 erfährt das als Treibflüssigkeit dienende unterkühlte Wasser eine Druckerhöhung und wird dann- in einen Ringraum 4 um den Reaktorkern 5 eingespeist. In diesem Ring raum sind die Zyklone 6 angeordnet, wie auch aus F i g. 2 zu entnehmen ist. Am unteren Ende der Zyklone befinden sich in einem hohlzylindrischen Gehäuse Hohlschaufeln 7, so daßdie Treibflüssigkeit von dem Ringraum 4 nur durch die Hohlschaufeln zur Treibdüse der Injektorpumpe strömen kann. Entlang der Außenflächen der Hohlschaufeln strömt in axialer Richtung die zu befördernde Flüssigkeit.F i g. 1 shows part of a. Boiling water reactor with the arrangement according to the invention; F i g. 2 shows a section through FIG. 1 at the level of the CD line; F i g. 3 the development of the line AB from FIG. 2. Part of the propellant liquid is drawn off from space 1 (FIG. 1) and mixed with the supercooled feed water flowing in through line 2 upstream of the circulation pump. In the pump 3, the subcooled water serving as the driving fluid experiences a pressure increase and is then fed into an annular space 4 around the reactor core 5. In this annular space, the cyclones 6 are arranged, as also from FIG. 2 can be found. At the lower end of the cyclones there are hollow blades 7 in a hollow cylindrical housing, so that the propellant fluid can flow from the annular space 4 only through the hollow blades to the propellant nozzle of the injector pump. The liquid to be conveyed flows in the axial direction along the outer surfaces of the hollow blades.

F i g. 2 stellt einen Horizontalschnitt CD durch die Zyklonaustrittsöffnungen dar, F i g. 3 zeigt die Abwicklung der Hohlschaufeln entlang der Schnittlinie AB. Es sind hier die aus der Vektoralgebra gebräuchlichen Zeichen für die Strömungsrichtungen eingetragen. Aus F i g. 3 ist zu ersehen, daß die Hohlschaufeln 7 nach oben eine schräg zur Zyklonachse liegende schaufelartige Fortsetzung 9 aufweisen. Diese Umlenkbleche, die genau in Richtung des im Zyklon umlaufenden Flüssigkeitsmantels liegen, dienen in Verbindung mit den anschließenden Schaufeln zur stoßfreien Umlenkung der im Zyklon rotierenden Flüssigkeit in axialer Richtung. Wie auch in F i g. 3 zu erkennen ist, ändert sich der Querschnitt zwischen den Hohlschaufeln entlang des Strömungsverlaufes der Zyklonflüssigkeit nur unwesentlich. Durch die Verengung der Hohlschaufeln nach unten hin zu den Ansaugzwischenräumen 11 ergibt sich zwar zunächst eine Querschnittserweiterung in Umfangsrichtung, die jedoch infolge radialer Verjüngung der Ansaugzwischenräume in Richtung Treibdüsenmündung ausgeglichen wird. Somit ändert sich auch die Geschwindigkeit des in den Zyklonen rotierenden Wassers nicht, und dessen Energie kann voll in der Injektorpumpe nutzbar gemacht werden, indem das dort eintretende Wasser bereits eine Anfangsgeschwindigkeit hat. Die aus der Treibdüse 8 austretende Treibflüssigkeit saugt in der Fangdüse 10 das in den Ansaugzwischenräumen 11 nach unten strömende Zyklonwasser an und drückt das gesamte Umlaufwasser infolge der Druckerhöhung im Diffusor 12 durch den Kern 5. Bei erneutem Eintritt des im Kern erzeugten Dampf-Wasser-Gemisches in die Zyklone wird dasselbe durch Drallkörper 13 am oberen Ende der Zyklone in Rotation versetzt. Der Abscheidevorgang des Dampfes im Zyklon erfolgt an der Oberfläche eines aus Flüssigkeit gebildeten Rotationsparaboloides. Der Dampf wird durch Entnahmerohre 14 in den Dampfraum abgeführt.F i g. 2 shows a horizontal section CD through the cyclone outlet openings, FIG. 3 shows the development of the hollow blades along the section line AB. The symbols used in vector algebra for the flow directions are entered here. From Fig. 3 it can be seen that the hollow blades 7 have a blade-like continuation 9 at an angle to the cyclone axis at the top. These baffles, which lie exactly in the direction of the liquid jacket circulating in the cyclone, are used in conjunction with the adjoining blades to deflect the liquid rotating in the cyclone in an axial direction. As in FIG. 3, the cross section between the hollow blades changes only insignificantly along the flow path of the cyclone liquid. The narrowing of the hollow blades downwards to the suction spaces 11 initially results in a cross-sectional widening in the circumferential direction, but this is compensated for as a result of the radial tapering of the suction spaces in the direction of the drive nozzle orifice. Thus, the speed of the water rotating in the cyclones does not change either, and its energy can be fully utilized in the injector pump because the water entering there already has an initial speed. The motive liquid emerging from the motive nozzle 8 sucks in the cyclone water flowing downward in the intake spaces 11 in the collecting nozzle 10 and pushes all of the circulating water through the core 5 as a result of the pressure increase in the diffuser 12 in the cyclones the same is set in rotation by swirl bodies 13 at the upper end of the cyclones. The vapor separation process in the cyclone takes place on the surface of a paraboloid of revolution formed from liquid. The steam is discharged through extraction pipes 14 into the steam space.

In konstruktiv günstiger Weise ist die Treibdüse der Injektorpumpe nach oben durch einen oben verschlossenen Hohlzylinder verlängert, an dem die Hohlschaufeln derart befestigt sind, daß die Treibflüssigkeit durch die Schaufeln in den Zylinder gelangt. Dabei wird das Treibwasser den Injektorpumpen über einen Ringraum 4 zugeführt, der gegenüber dem übrigen Reaktorfallraum abgetrennt ist. In diesem Raum herrscht der erhöhte Druck des Treibmittels für die Injektorpumpen. Alle Injektorpumen werden gemeinsam aus diesem Ringraum mit Treibflüssigkeit versorgt. Falls das Kondensat des Reaktordampfes, das bei 2 der Pumpe 3 zugeführt wird, mengenmäßig nicht ausreicht, alle Injektorpumpen zu speisen, kann aus dem Raum 1 oberhalb des Reaktorkernes zusätzlich Reaktorwasser abgezogen werden und mit dem Kondensat vor der Pumpe vermischt werden.The drive nozzle of the injector pump is structurally favorable extended upwards by a hollow cylinder closed at the top, on which the hollow blades are attached in such a way that the propellant fluid through the blades into the cylinder got. The motive water is fed to the injector pumps via an annular space 4, which is separated from the rest of the reactor trap. In this room there is the increased pressure of the propellant for the injector pumps. All injector volumes are jointly supplied with propellant from this annulus. If the condensate of the reactor steam that is fed to pump 3 at 2 is insufficient in terms of quantity, All injector pumps can be fed from space 1 above the reactor core Reactor water are drawn off and mixed with the condensate upstream of the pump.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Injektorpumpenanordnung für die Kühlmittelumwälzung in nuklearen Dampferzeugern, insbesondere mit Siedewasserreaktoren mit im Reaktorfallraum zwischen Kern und Druckgefäßwand angeordneten Zyklondampfabscheidern, die nach unten Wasseraustrittsöffnungen besitzen und mit Injektorpumpen, die aus Treibdüse und Fangdüse bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseraustrittsöffnungen jedes Zyklondampfabscheiders über einen Hohlschaufelkranz mit der Injektorpumpe derart verbunden sind, daß an den Oberflächen der Hohlschaufeln die im Zyklondampfabscheider rotierende Flüssigkeit in Richtung der Pumpenachse umgelenkt wird, während die Treibdüse der Injektorpumpe durch die Hohlschaufeln hindurchgespeist wird. Claims: 1. Injector pump arrangement for the coolant circulation in nuclear steam generators, especially with boiling water reactors in the reactor trap Cyclone vapor separators arranged between the core and the pressure vessel wall, which face downwards Have water outlet openings and with injector pumps, which consist of a propellant nozzle and Catching nozzle exist, characterized in that the water outlet openings each Cyclone vapor separator via a hollow blade ring with the injector pump in this way are connected that on the surfaces of the hollow blades in the cyclone vapor separator rotating liquid is deflected in the direction of the pump axis, while the motive nozzle the injector pump is fed through the hollow blades. 2. Injektorpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibdüse nach oben durch einen oben verschlossenen Hohlzylinder verlängert ist, an dem die Hohlschaufeln derart befestigt sind, daß die Treibflüssigkeit durch die Schaufeln in den Zylinder gelangt. 2. Injector pump assembly according to claim 1, characterized in that the driving nozzle upwards through a is extended at the top closed hollow cylinder, on which the hollow blades in such a way are attached so that the propellant liquid passes through the blades into the cylinder. 3. Injektorpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt zwischen den Hohlschaufeln in Strömungsrichtung der umzulenkenden Flüssigkeit etwa konstant bleibt. 3. Injector pump arrangement according to claim 1, characterized in that the cross section between the hollow blades in the direction of flow of the liquid to be deflected, for example remains constant. 4. Injektorpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Treibwassers für die Injektorpumpen über einen Ringraum erfolgt, der gegenüber dem übrigen Reaktorfallraum abgetrennt ist. 4. Injector pump arrangement according to claim 1, characterized in that that the motive water for the injector pumps is supplied via an annular space, which is separated from the rest of the reactor trap. 5. Injektorpumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Treibwassers oberhalb des vom übrigen Reaktorfallraum abgetrennten Ringraumes abgezogen wird.5. Injector pump assembly according to claim 4, characterized in that a part of the motive water above of the annular space separated from the rest of the reactor drop space is withdrawn.