DE3026113A1

DE3026113A1 - Strahlpumpe und dmait ausgeruesteter kernreaktor

Info

Publication number: DE3026113A1
Application number: DE19803026113
Authority: DE
Inventors: Alvydas Anthony Kudirka; Chi Lawrence Li
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1981-01-22
Also published as: NL8003858A; JPS5627100A; ES8200502A1; ES493347A0; SE8005130L; IT8023256A0; JPS5948360B2; IT1131912B; US4285770A

Description

Strahlpumpe und damit ausgerüsteter Kernreaktor

Die Verwendung von Strahlpumpen zum Umwälzen eines Kühlfluids, wie beispielsweise Wasser, durch den Brennstof ^r.~ kern eines in einem Druckgefäß enthaltenen Kernreaktors ist beispielsweise aus den US-PSen 3 378 456, 3 389 055, 3 625 820 und 3 838 002 bekannt, au+-" die hier Bezug genoiimen wird.

Eine Strahlpumpe benutzt einen Strom von Antriebsfluid hoher Geschwindigkeit zum Antreiben eines Stroms von Sauu- oder angetriebenem Fluid durch Bewegungsenergieaustausch zwischen den beiden Strömen, in einer bekannten Strahlpumpenkonfiguration ist ein höchst konvergenter Saugeinlaßabschnitt in dem angetriebenen Fluid untergetaucht. Eine Düse ist neben dem Saugeinlaßabschnitt angeordnet, empfängt Iloclidruckantricbsf luid und richtet einen Hochgesehwi ndJ.gkeitsstrom von Antriebsf luid in den Saugeiniaßabschnitt·, durch den angetriebenes Bⁿluid mitgerissen und in einen
langgestreckten Verengungs- oder Mischerabschnitt getrieben wird, wo Bewegungsenergie zwischen dem /vntriebsf iuid

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und clem angetriebenen Fluid ausgetauscht wire. Die sie¹! ergebende Strömung tritt aus dem '•":.sc¹^.erabsc':n:.⁴;t aus und in einen divergenten üiffusorabschnitt ein, in weichem ι ^:.e Strömungsgeschwindigkeit abni^jnt und der Druck zunimmt.

In einer typischen Kernreaktoranlage, wie sie in Fig. 2.3 der US-PS 3 389 055 gezeigt ist, sind die Strahlpumpe-! in einem Fluidfallrohrringraum, der den Kernreaktorkern umgibt, vertikal· angebracht und abwärts gerichtet, wodurch ihr Betrieb das Kühlmittel in einer Kammer unterhalb des K'.-rns unter Druck setzt, um dadurch das PTühlmittei durch die Brennelemente des Kerns nach oben zu treiben.

Der Mischer- und der Diffusorabschnitt sind, wie in der US-PS 3 389 055 beschrieben und in Fig. 5 derselben gezeigt, durch eine Spielpassungsausdehnungskuppiung miteinander verbunden. Dadurch wird während einer P.eaktorabschaltung das Entnehmen des Mischerabschnittes und anderer oberer Teile der Strahlpumpe, die dem größten Verschleiß ausgesetzt sind, für Inspektions-, Reparatur- oder Austauschzwecke, je nach Erfordernis, erleichtert. Die Ausdehnungskupplung eliminiert außerdem Spannungen, die v-jn Wärmeausdehnungsdifferenzen zwischen dem Kohlenstoffstahldruckgefäß und den Strahlpumpen sowie der Kerntragvorrichtung, die aus rostfreiem Stahl bestehen, herrühren.

Da an der Ausdehnungskupplung eine Druckdifferenz auftritt, kommt es zu einer Leckströmung durch die Ausdehnungskupplung. Ein begrenztes Ausmaß an Leckströmung durch die Ausdehnungskupplung ist erwünscht, um die Kupplung zu reinigen und den Aufbau von Verunreinigungs- und ;orrosionsprodukten darin, die zum Fressen der Kupplung führen könnten, zu verhindern.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine übermäßige Leckströ-

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mung eine unerwünschte StrahlOumpenvibration verursacht. Es ist deshalb notwendig, die Leckströmung auf eine 'Xirchflußnenge zu begrenzen, die unterhalb der^e-iigon liegt, bei welcher eine schädliche Vibration hervorgerufen wire.

Ein möglicher Weg zur Begrenzung der Lecks tr or" V¹O bc-r.te^lit darin, den ringförmigen Zwischenraum der Auccehnungc-kupylung zu verkleinern. Das würde jedoch eigere "ortigu.-gstoleranzen erfordern, die von hohen Koste-* begleitet s\'->.d, und außerdem die Möglichkeit des Fressens dor Kupplung vergrößern. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Art von Dichtungsring zu benutzen. Das ist unerwünscht, vrd zwar wegen der Schwierigkeit der Fernhandha'jurg von solchen Teilen und wegen der Möglichkeit eines Bruches iin Gebrauch, der mit der Gefahr verbunden wäre, daß gebrochene Teile mitgenommen und in dem Reaktorkern abgelagert werden. Darüber hinaus ist es erwünscht, für eine Leckströmungsbegrenzung ohne zusätzliche Teile und oh^r>e Vergrößerung, cer Teile zu sorgen.

Die Vorteile der Erfindung werden erzielt, indem in der¹ Ringraum der Mischer-Diffusor-Ausdehnungskupplung eine Labyrinthdichtung in Form einer Reihe von Strömungsexpansionskammern, die den Strömungswiderstand vergrößern und damit die Leckströmung verringern, vorgesehen wird.

Die Expansionskammern können durch eine Reihe von gegenseitigen Abstand aufweisenden Ringnuten in der Mischerausdehnungskupplungsoberflache oder in der Diffusorausdehnungskupplungsoberflache gebildet werden. Die Anzahl und die Abmessungen der Nuten könru.-n so ausgewählt werden, daß das gewünschte Ausmaß an Leckströmungswiderstand geschaffen wird. Es sind somit keine zusätzlichen Teile erforderlich und, da die Nuten relativ flach sein können, braucht die Größe der Ausdehnungskupplungsteile normalerweise nJ.cht vergrößert zu werden.

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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einer Längsschnittansicht eine

vereinfachte Darstellung einer Strahlpumpe,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Strahl

pumpenausdehnungskupplung, die eine durch Nuten in dem Ausdehnungskupplungsteil des Mischerabschnittes gebildete Labyrinthdichtung zeiyt,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Strahi-

pumpenausdehnungskupplung, die eine durch Nuten in dem Ausdehnungskupplungsteil des Diffusorabschnittes gebildete Labyrinthdichtung zeigt, und

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Strahl

pumpenausdehnungskupplung, die die Leckströmung, die Dichtungsabmessungen und die Abmessungen eines spezifischen Beispiels zeigt.

Eine Strahlpumpe, wie sie in vereinfachter Form in Fig. 1 gezeigt ist, hat eine Düse 73, einen Einlaßabschnitt 60, einen Mischerabschnitt 62 und einen Diffusorabschnitt 63. Weitere Einzelheiten der Konstruktion und der Arbeitsweise einer solchen Strahlpumpe in einem Kernreaktor sind in der oben erwähnten US-PS 3 389 055 gezeigt und beschrieben.

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Für die Verwendung in einem Kernreaktor geht der Mischerabschnitt 62 an seinem unteren Ende in den divergente?·! ^i*"-fusorabschnitt 63 über, mit dem er durch eir.e Ausdehnun·^- kupplung 1 1 verbunden ist, die das Entfernor. u-d Warten des Mischerabschnitts und anderer oberer Teile der StrahlOun-x; erleichtert und eine unterschiedliche Wärmeausdehnung gestattet.

Die Ausdehnungskupplung 11 wird durch einen Ausdehnungskupplungsteil 12 an dem unteren Ende des Mischerabschnittes und durch einen Ausdehnungskupplungsteil 13 an dem oberen Ende des Diffusorabschnittes gebildet. Diese Ausdehnungskupplumjsteile sind so ausgebildet, daß zwischen ihnen ein ringförmiger Zwischenraum 14 vorhanden ist. Da an der Ausdehnungskupplung 11 eine Druckdifferenz (P..-P ) auftritt, wenn die Pumpe in Betrieb ist, gibt es eine Fluidleckströmung durch den Zwischenraum 14 der Ausdehnungskupplung, wie durch eine gestrichelte Linie 16 dargestellt.

Es hat sich gezeigt, daß bei dem erwünschten Minimal Zwischenraum 14 unter Betriebsbedingungen die Leckströmung ausreichend war, um eine durch die Leckströmung verursachte unerwünscht starke Vibration der Strahlpumpe hervorzurufen.

Gemäß der Erfindung wird die Leckströmung durch die Ausdehnungskupplung 11 auf ein Ausmaß verringert, das unter demjenigen liegt, bei dem eine unzulässige Vibration hervorgerufen wird, indem eine Labyrinthdichtung in der Ausdehnungskupplung gebildet wird, die den Strömungswiderstand erhöht.

Gemäß Fig. 2 besteht eine solche Dichtung aus einer Reihe von gegenseitigen Abstand aufweisenden Nuten 17, die in der äußeren Oberfläche des Mischerausdehnungskuoplungsteils 12 gebildet sind.

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Stattdessen kann eine ähnliche Reihe von Nuten 17' in der Innenoberflache des Diff usorausdehnungskupplungst.eiZ.s gebildet werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Eine weitere Erläuterung der Labyrinthdichtung nach e'er Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein in IT ic. 4 gezeigtes Beispiel gegeben.

Die Nuten 17 verursachen abwechselnde große Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit der Leckströmunc, wenn diese mit hoher Geschwindigkeit durch den schmalen Spaltteil hindurchgeht und eine plötzliche Geschwindigke .sverringerung erfährt, wenn sie in den größeren Bereich ces Nuten_eils gelangt. Es wird angenommen, daß die starke Vergrößerung des Strömungswiderstandes durch die gegenseitigen Abstand aufweisenden Nuten von einer Strömungsahlösung und von der Bildung von Wirbeln 18 in den Nuten herrührt, die eine derartige Bewegungsrichtung (wie durch die Pfeilspitzen angegeben) haben, daß sie der Leckströmung entgegenwirken und so den Leckstromungswiderstand vergrößern.

Die Wirksamkeit der Dichtung bei der Vergrößerung des Strömungswiderstandes wird durch ihre in Fig. 4 angegebenen Abmessungen beeinflußt, nämlich durch die Breite d des Ringspalts 14 sowie die Breite S, die Tiete g und den Abstand B der Nuten 17.

Der Strömungswiderstand kann vergrößert werden, indem die Anzahl der Nuten vergrößert wird (d.h. eine größere Dichtungslänge gewählt wird), indem die Spaltbreite d verringert wird, indem die Nuttiefe g vergrößert wird, indem der Nutabstand B verringert wird und indem die Nutbreite S verringert wird.

Bei Verwendungszwecken der Erfindung werden einige der Ab-

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messungen der Dich tür/* wahrscheinlich durc'": praktische Überlegungen begrenzt, beispielsweise durch "-!erste! lungs-Loieranzen, durch den verfügbaren Rau™ u^c durch die Au.frechterhaltung der Bauteilfestigkeit. "eJ.i";;'.'.vl^t"veise wird die f.naltbreite d durch Fertigungstoieraiizen beeren?t 'wie oben erläutert), die Nuttiefe g, die N'v.tbroite S unc. der Wutöjstand B müssen so gewählt werden, da" e^;.".e über"';'/3Ice Schwächung des Bauteils, in welchen die Xute^ri --'ebilcot v/erden, vermieden wird, und die Anzahl der Nu ":<?". 'd.h. die Dichtungslänge) ist auf die Lance des ,Yjs-J.e^^v^csVjyv-Vj¹·':*?- teils der Strahlpumpe begrenzt.

Die Abmessungen des spezifischen Beispiels sind, in .Via. 4 angegeben, in der r der äußere Radius des Mischerabschnittsausdehnungskupplungsteils 12 ist. Tests der mit einer solchen Dichtung versehenen Strahlpumpe zeigten eine Verringerung in der Leckströmung in der Größenordnung von 40% sowie eine Verringerung der durch die Strömung hervorgerufenen Vibration auf einen akzeptablen Wert in <?.·2ΐ^ gesamten Betriebsbereich der Strahlpumpe.

Für einen besonderen Verwendungszweck können die Abmessungen und die Anordnung der Nuten der Dichtung am besten durch Routineexperimente ermittelt werden, um den erwünschten Grad an Leckströmungsverringerung und den erwünschten Grad an Freiheit von durch die Strömung verursachter Vibration zu schaffen.

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Claims

Patentansprüche :

.1. Kernreaktor mit wenigstens einer Strahlpumpe zum Umwälzen von Kühlmittel durch den Kern des Reaktors, wobei die Strahlpumpe einen Mischerabschnitt und einen Diffusorabschnitt aufweist, die durch eine Ausdehnungskupplung miteinander verbunden sind, welche einen ringförmigen Zwischenraum hat, gekennzeichnet durch eine Reihe von gegenseitigen Abstand aufweisenden Hohlräumen (17), die in dem ringförmigen Zwischenraum (14) eine Labyrinthdichtung bilden, um die Leckströmung von Kühlmittel durch den Zwischenraum zu verringern, wodurch eine durch die Strömung hervorgerufene Vibration der Strahlpumpe auf einen akzeptablen Wert verringert wird.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Hohlräumen (17) aus einer Reihe von Nuten besteht, die in der Ausdehnungskupplungsoberflache des Mischerabschnittes (62) gebildet sind.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Hohlräumen (17) ars einer Reihe von Nuten besteht, die in der Ausdehnungskupplungsoberflache des

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Diffusorabschnittes (63) gebildet sind.
4. Strahlpumpe mit einem Mischerabschnitt und einem Diffusorabschnitt, die durch eine Ausdehnungskupplung miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch mehrere gegenseitigen Abstand aufweisende, ringförmige ExpansionshohlräuiP'i (17) in der Ausdehnungskupplung (11; , durch die der Fluiclströmungswiderstand in der Ausdehnungskuppiung vergrößert und dadurch die Fluidleckströmung durch die Ausdehnungskupplung verringert wird.
5. Strahlpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (17) aus einer Reihe von gegenseitigen Abstand aufweisenden Ringnuten in der Ausdehnungskupplungsoberflache des Mischerabschnittes (62) bestehen.
6. Strahlpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (17) aus einer Reihe von gegenseitigen Abstand aufweisenden Ringnuten in der Ausdehnungskupplungsoberflache des Diffusorabschnittes (63) bestehen.

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