DE2243402C3 - Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, insbeiondere für Druckwasserreaktoren, mit einem von :inem etwa zylindrischen Gehäuse umschlossenen J-Rohrbündel und einem Führungsmantel im Abstandiwischenraum zwischen Gehäuse und Rohrbündel, wobei der Führungsmante! mit dem Gehäuse einen Fallraum begrenzt, ferner mit einer Rohrplatte, in der die Schenkelenden des U-Rohrbündels gefaßt sind und die das Gehäuse einseitig abschließt.
Ein solcher Dampferzeuger ist bekannt (VGB-Kernkraftwerk-Seminar 1970, Seite 32, Abb. 2). Bei solchen nach dem Naturumlauf-Prinzip arbeitenden Dampferzeugern ist man bestrebt, die wegen der hohen Temperatur bestehende Korrosionsgefahr im rohrbodennahen Bereich hinsichtlich der Dampferzeuger-Rohre soweit als möglich zu vermeiden. Ursache für die Korrosion sind insbesondere strömungsschwache Zonen, in denen durch vorzeitiges Sieden sich Ablagerungen ausbilden können.

Für Geradrohr-Dampferzeuger des Durchlaufprinzips ist es weiterhin bekannt (US-PS 35 47 084) eine Vorwärmkammer, die unmittelbar oberhalb der Rohrplatte mit Abstandzwischenraum zu letzterer angeordnet ist, an ihrem äußeren Umfang mit einem

ίο Füh^rungsmantel zu versehen, ferner mit Einbauten in Form einer Bodenplatte, durch welch letztere der Strömungswiderstand des Dampferzeugers bezogen auf die Längsrichtung der Dampferzeugerrohre in einem Flächenbereich in der Nähe des Innenumfanges des Führungsmantels erhöht ist. Diese Bodenplatte ist von den Dampferzeuger-Rohren durchdrungen und mit Durchlässen in Form einer »riser passage« oder mehreren davon versehen. Das Speisewasser gelangt in die Vorwärmkammer, wobei oberhalb derselben eine Auftrennung des Dampfes von den noch nicht verdampfien Speisewasseranteüen. nach dem Thermosiphon-Prinzip vorgenommen wird und die nicht verdampften Anteile des Speisewassers am äußeren Umfang der Vorwärmkammer abwärts, dann entlang der Rohrplatte und schließlich aufwärts durch die Durchlässe dem Dampf/Wasser-Trennraum zuströmen. Bei diesem bekannten Dampferzeuger ist die Gefahr der Ablagerung von Korrosionsprodukten im Bereich der Rohrplatte noch nicht völlig beseitigt und darüber hinaus die Gefahrenzone in die Vorwärmkammer selbst gelegt, da sich nun hier die strömungsschwachen Gebiete ausbilden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Dampferzeuger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das entlang der Rohrplatte strömende Speisewasser verstärkt in den mittleren Bereich der Rohrplatte geführt wird, um auf diese Weise in diesem Bereich strömungsschwache Zonen und die Ablagerung von Korrosionsprodukten sicher zu vermeiden.

Erfindungsgemiäß wird von einem Dampferzeuger insbesondere für Druckwasserreaktoren, ausgegangen mit einem von einem etwa zylindrischen Gehäus« umschlossenen U-Rohrbündel und einem Führungsman tel im Abstandzwischenraum zwischen Gehäuse um Rohrbündel, wobei der Führungsmantel mit den Gehäuse einen Fallraum begrenzt, ferner mit eine Rohrplatte, in der die Schenkelenden des U-Rohrbün dels gefaßt sind und die das Gehäuse einseiti; abschließt, wobei durch parallel zur Rohrplatte verlau fende Einbauten der Strömungswiderstand bezogen au die Längsrichtung der Schenkel in einem Flächenbc reich in der Nähe des Innenumfanges des Führungsmari tels erhöht ist und die Einbauten von Rohren de U-Rohrbündels durchdrungen und mit Durchlässe versehen sind.

Die Erfindung besteht hierbei darin, daß de Gesamt-Strömungsquerschnitt der Durchlässe bezöge auf eine Ringfläche von Innenumfang des Führung!

mantels zur Mine hin zunimmt, »ic m't der !Windung erzielbaren Voncile sind vor aller, ·. darin tu sehen, dall durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im mittleren Bereich der Rohrplatte ein örtliches Sieden in diesem Bereich und damit eine Anreicherung mit korrosionsfordernden Produkten unterbunden ist. Die Einbauten lassen sich als Plane ausbilden, die. für den Fall, daß der Dampferzeuger nachträglich eine neue Berohning erhält, sich in bequemer Weise in den Dampferzeuger einbauen laßt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Durchlässe im Bereich des kälteren Schenkels des U-Rohrbündels einen kleineren Ciesamt-Strömungsquerschnitt als die Durchlässe im Hereich des wärmeren Schenkels auf. Hierdurch berücksichtigt man die größere Gefahr örtlicher Übeibii/ungen im Bereich des wärmeren Schenkels. Kine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Einbauten als Platte ausgeführt sind und die Platte mit einzelnen Stegen an den Rohren anliegt und Durchlässe im Umfangsbereich /wischen den Stegen gebildet sind. Die Platte ergibt dann ohne Behinderung einer unmittelbar längs der Rohre verlaufenden Strömung eine zusätzliche Abstützung der Rohre des U-Rohrbündels.

Ferner ist es günstig, wenn die Platte im Bereich der Rohrgasse zwischen den Schenkeln eine der Rohrplatte abgekehrte Ausbuchtung aufweist, die zuströmsei'ig mit Ausnehmungen im Führungsmantel in Verbindung steht, und daß die Ausbuchtung abströmseitig mit im Vergleich /» den übrigen Durchlässen vergrößerten jo Ausnehmungen über den minieren Bereich der Rohrplatte in Verbindung steht. Das Speisewasser wird auf diese Weise zunächst in den mittleren, durch örtliche Überhitzung gefährdeten Teil der Rohrplatte und von hier den vergrößerten Ausnehmungen zugeführt. Dabei kann diese Wirkungsweise der noch verstärkten Rohrplattenbespülung bezüglich der beiden U-Rohrschenkel noch dadurch verfeinert werden, daß ein Teil der dem kälteren Schenkel zugewandten Begrenzungswand der Ausbuchtung in Richtung zur Rohrplatte verlängert ist, derart, daß das durch die Ausbuchtung zuströmende Speisewasser bevorzugt zur Mitte der Rohrplatte im Bereich des wärmeren Schenkels und von hier den Ausnehmungen zuführbar ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden mehrere Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung beschrieben, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigt

Fig. 1 schematisch im Schnitt einen Dampferzeuger nach der Erfindung mit als Platte ausgeführten Einbauten,

F i g. 2 bis 4 in Draufsicht und im Ausschnitt drei verschiedene Ausführungsformen für die Durchlässe innerhalb der Platte,

Fig.5 die untere Hälfte des in Fig. 1 dargestellten Dampferzeugers mit als Ausnehmungen vergrößerten Querschnitts ausgeführten Durchlässen in dem dem wärmeren Schenkel zugeordneten Plattenteil,

Fig.6 eine Draufsicht in verkleinerter Darstellung auf die Platte nach F i g. 5, wobei die vergrößerten Ausnehmungen als kreisförmige öffnungen ausgeführt sind,

Fig.7 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 6 mit einem Langloch als vergrößerte Ausnehmung und

F i g. 8 in entsprechender Darstellung zu F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Ausbuchtung in der Platte und einer Abschlämmleitung.

In Fig. 1 ist in einem Schnitt ein Dampferzeuger 1 für einen Druckwasser-Leistungsreaktor gezeichnet, dessen U-Rohrbündel 2 zwei vertikal und parallel zueinander verlaufende Schenkel 3 und 41 aufweist Die Schenkel sind von einem druckfesten zylindrischen Gehäuse 6 umgeben. Im Inneren dieses Gehäuses sind sie von einem Führungsmantel 7 umschlossen, der nahe an eine Rohrplatte 8 heranreicht und oberhalb letzterer mit A.bstandzwischenraum endet. In der Rohrplatte 8 sind die Schenkel 4 und 3 des U-Rohrbündels 2 befestigt.

An der Rohrplatte 8, die das zylindrische Gehäuse 6 abschließt, ist ein Kugelboden 10 angeschweißt, der durch eine Querwand 11 in die Einlaßkammer 12 und die Auslaßkammer 13 für das Primärmedium unterteilt ist. Als Pfimärmedium des Dampferzeugers dient das den Reaktor kühlende Wasser, das das U-Rohrbündel 2 im Sinne der eingezeichneten Pfeile durchströmt. Das Speisewasser strömt im Fallraum 15 zwischen dem Gehäuse 6 und dem Führungsmantel 7 nach unten und tritt im Bereich der Rohrplatte 8 zwischen die Rohre des U-Rohrbündels.

Im Inneren des Führungsmantels 7 sind die als Platte 17 ausgeführten Einbauten parallel zur Rohrplatte 8 angeordnet, wobei die Platte 17 unterschiedlich verteilte Durchlässe 18 aufweist, und zwar nimmt der Gesamt-Strömungsquerschnitt der Durchlässe 18, bezogen auf eine Ringfläche, vom Innenumfang des Führungsmanlels 7 bis zur Mitte der Platte 17 hin zu. Die Platte 17 erhöht somit den Strömungswiderstand für das im Bereich des U-Rohrbündels aufsteigende Speisewasser am Rand der Rohrpiauc S, ti. n. iü uci N'änc des Fühmngsmantels 7. Dies führt zu einer verstärkten Strömung in den mittleren Bereich der Rohrplatte 8, so daß dort sogenannte Totwasserzonen mit unerwünschtem Sieden und einer dadurch verursachten Anreicherung von Salzen und korrosionsfordernden Produkten vermieden werden.

Die Platte 17 kann, wie in F i g. 2 in größerem Maßstab gezeichnet ist, mit ihren Durchlässen 18 die Rohre 20 des U-Rohrbündels konzentrisch umgeben, so daß die Durchlässe 18 einen Ringspalt bilden. Die Durchlässe 18 können aber auch gemäß Fig.3 als gesonderte Bohrungen im Bereich der Platte 17 zwischen den Rohren 20 angeordnet sein, an denen die Platte 17 somit am gesamten Umfang anliegt. Bei der besonders vorteilhaften Ausführungsform nach Fig.4 sind die Ausnehmungen 18, die die Rohre 20 umgeben, von Stegen 21 unterbrochen. Diese Stege sorgen ebenfalls für eine Festlegung der Rohre 20 innerhalb der Platte 17. Sie sind jedoch nachgiebiger, so daß der Einbau der Rohre 20 erleichtert ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist die Platte 17 im Bereich des wärmeren Schenkels 3 mit einer größeren Ausnehmung 25 versehen, die in den F i g. 6 und 7 im einzelnen dargestellt ist. Man erkennt, daß die Ausnehmung 25 in Form von mehreren kreisförmigen öffnungen ausgeführt sein kann, oder als Langloch, das bogenförmig im Bereich (Stauzone) der Mitte der Platte 17 angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist im Bereich der großen Ausnehmung 25 die Rohrplatte 8 nicht mit Rohren 20 versehen.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 besitzt die Platte 17 im Bereich der Rohrgasse 27 zwischen den Schenkeln 3 und 4 eine Ausbuchtung 30, die mit einer korrespondierenden Ausnehmung 31 im Führungsmantel 7 in Verbindung steht. Deshalb gelangt Speisewasser voim Führungsmantel her unmittelbar in den mittleren Bereich der Rohrplatte 8, wo es bevorzugt durch

Ausnehmungen 25 in den mittleren Bereich des wärmeren Schenkels 3 geführt wird. Wie man sieht, ist die Wand der Ausbuchtung 30 im Bereich des kälteren Schenkels 4 mit einer Verlängerung 35 versehen. Diese Verlängerung bestimmt die Verteilung des durch die Ausbuchtung 30 zuströmenden Speisewassers in dem Sinne, daß der wärmere Schenkel 3 stärker beaufschlagt wird als der weniger gefährdete Bereich des kälteren Schenkels 4.

Zur Verringerung der Strömungswiderstände und damit zur Erhöhung der Strömung im mittleren Bereich ist in der Rohrplatte eine Abschlämmleitung 33 angeordnet, durch die Speisewasser aus dem Bereich der Rohrplatte 8 in Gegenrichtung zu der normalen Strömung durch das U-Rohrbündel abströmen kann. Damit kann man in kleinen Bereichen der Rohrplatte eine intensive Strömung hervorrufen, da der durch die Einbauten vergrößerte Strömungswiderstand für das Speisewasser in diesen kleinen Bereichen in der Mitte der Rohrplatte genau lokalisiert verringert wird und die dort entstehende starke Strömung unerwünschtes

ίο Sieden und eventuell verbleibende Restablagerungeri unterbindet. Dies gilt auch für den Fall, daß die Abschlämmleitung nicht durch die Rohrplatte 8 führt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit einem von einem etwa zylindrischen Gehäuse umschlossenen U-Rohrbündel und einem Führungsmantel im Abstandzwischenraum zwischen Gehäuse und Rohrbündel, wobei der Führungsmantel mit dem Gehäuse einen Fallraum begrenzt, ferner mit einer Rohrplatte, in der die Schenkelenden des U-Rohrbündels gefaßt sind und die das Gehäuse einseitig abschließt, wobei durch parallel zur Rohrplatte verlaufende Einbauten der Strömungswiderstand bezogen auf die Längsrichtung der Schenkel in einem Flächenbereich in der Nähe des Innenumfanges des Führungsmantels erhöht ist und die Einbauten von Rohren des U-Rohrbündels durchdrungen und mit Durchlässen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamt-Strömungsquerschnitt der Durchlässe (18) bezogen auf eine Ringfläche vom Innenumfang des Führungsmantels (7) zur Mitte hin zunimmt

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (18) im Bereich des kälteren Schenkels (4) des U-Rohrbündels (2) einen kleineren Gesamt-Strömungsquerschnitt als die Durchlässe (18, 25) im Bereich des wärmeren Schenkels (3) aufweisen.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten als Platte (17) ausgeführt sind und die Platte (i7) mit einzelnen Stegen (21) an den Rohren (20) anliegt und Durchlässe (18) im Umfangsbereich zwischen den Stegen (21) gebildet sind.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (17) im Bereich des wärmeren Schenkels (3) mit einer im Vergleich zu den übrigen Durchlässen (18) vergrößerten, als bogenförmiges Langloch ausgeführten Ausnehmung (25) versehen ist.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (17) im Bereich der Rohrgasse (27) zwischen den Schenkeln (3, 4) eine der Rohrplatte (8) abgekehrte Ausbuchtung (30) aufweist, die zuströmseitig mit Ausnehmungen (31) im Führungsmantel (7) in Verbindung steht, und daß die Ausbuchtung abströmseitig mit im Vergleich zu den übrigen Durchlässen (18) vergrößerten Ausnehmungen (25) über den mittleren Bereich der Rohrplatte (8) in Verbindung steht.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (35) der dem kälteren Schenkel (4) zugewandten Begrenzungswand der Ausbuchtung (30) in Richtung zur Rohrplatte (8) verlängert ist, derart, daß das durch die Ausbuchtung zuströmende Speisewasser bevorzugt zur Mitte der Rohrplatte (8) im Bereich des wärmeren Schenkels (3) und von hier den Ausnehmungen (25) zuführbar ist.