SE430715B - Sett och inforande av sekundervatten genom ett inlopp till ett anggeneratorkerl - Google Patents

Description

azezfsvws 1 ostagade skorstenar. I vindskuggan efter skorstenen uppstår roterande inåtriktade virvlar. s k Carmanvirvlar, som ger pulserande sidokrafter. Dessa pulserande krafter har en frekvens fc som är beroende av skorstenens diameter D och vindens hastig- het U. Om skorstenens egensvängningsfrekvens ligger inom området fc= 0,2 til10,71 låg dämpning att svängningarna blir så stora att skador uppstår på skorstenen. Koefficienten 0,2 - 0,7 är det dimensionslösa Strouhals tal S.

Om man i tubvärmeväxlare har höga mediehastigheter utanför och tvärs genom en tubbank med en eller flera tubrader kan inom området S = 0,2 - 0,7 kraftiga tubsvängningar uppstå om tuberna har svängningsfrekvenser inom detta frekvensområde, på samma sätt som vid ostagade skorstenar. Om strömningen dessutom är pulserande ifråga om riktning och storlek är risken för tub- svängningar mycket stor. vibrationerna uppstår i allmänhet med noder i stödplåtarna eller med högre frekvenser där en nod uppstår mellan stödplåtarna.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare med hänvisning till figurerna l - 7 där i Figur l visar nedre delen av en ånggenerator med den delen där vattnet som skall uppvärmas, d v s sekundärvattnet, kommer in i ânggeneratorn visad i snitt, Figur 2 visar ett snitt genom sekundärvattnets inlopp såsom det kan se ut i en befintlig anläggning av känd typ.

Fig. 3 visar utloppssektionen av venturidysor med cirkulär sektion inlagda i ett dyspaket med olika antal lika dysor.

Fig. 4 visar utloppsmynningarna av sekundärvatteninloppets ventu- ridysor enligt uppfinningen. 8202635-6 Fig. 5, 6 och 7 visar snitt genom venturidysornas utloppsväggar enligt snittmarkeringarna A, B och C i Fig 4.

Fig. 8 visar sekundärvattnets inlopp utformat enligt uppfinningen.

Under hänvisning till Fig. 1 pumpas hett vatten under högt tryck i en primärkrets från en ångalstringskälla, i detta fall en kärnreaktor, till ånggeneratorns inlopp. Inne i ång- generatorns vänstra halva passerar vattnet rakt upp genom en mängd rör, s k tuber av relativt liten diameter, t ex 20 mm.

Vid generatorns överdel avböjer tuberna nedåt i generatorns högra halva. Dessa sistnämnda tuber med nedåtgående vatten- flöde är antytt med de fem tuberna 2.Efter att ha avgivit värme till det omgivande sekundärvattnet återpumpas primär- vattnet genom avloppsstutsen 3 till reaktorn för återuppvärm- ning.

Sekundärkretsens vatten med ungefär halva trycket jäm- fört med primärkretsen tillförs ånggeneratorn genom stutsen 4 i ånggeneratorns kraftiga mantel 5. Matarvattnet från sekundär- kretsens matarpump är avsevärt kallare än motsvarande àngbild- ningstemperatur, som råder i större delen av ånggeneratorns se- kundärkrets. Det kalla matarvattnet utnyttjas för att i nedre högra delen av generatorn ge primärvattnet i tuberna en extra effektiv kylning, som sålunda fungerar som en ekonomiser. I vänstra delen av generatorn och även i övre högra delen förångar det heta primärvattnet sekundärkretsens vatten och ånga avgår upptill genom ett ej visat avlopp till àngturbinen, sedan den passerat en fuktavskiljare. Matarvattnet går från stutsen 4 in i och tvärs tubbankens många rader mellan tubplåtarna 6 och 7.

En del av flödet böjer av nedåt och går sicksackvis tvärs tub- bankens stödplåtar 8-11 genom öppningar i dessa. En annan del av flödet tar sig på motsvarande sätt sicksackvis uppåt längs stödplåtarna 12-16. 8292676-6 I Fig. 2 är en generators inloppstuts 4 med detaljer visad i sektion. Sekundärvattnets matarrör 20 är svetsat till stutsen. För.att tillförsâkra att man vid ett eventuellt rör- brott i matarvattenledningen ej skall få ett alltför våldsamt utflöde från ânggeneratorns sekundärvatten har en flödesbegrän- sande insatsdel 21, nedan kallad dyspaket, anordnats vid eller 'helst alldeles efter rörets insvetsning till stutsen 4. Dys- paketet 21 består av ett antal, i föreliggande fall 4, venturi- kanaler 22 med en minsta strypsektion 23 efter ett mjukt inlopp 24. I diffusordelen återvinns en del av rörelseenergin som" uppoffrats för strypsektionens 23 höga hastighet)som kan vara ca 30 m/s. För att ej venturikanalernas_vattenstrâlar med hög hastighet skall slå direkt in i den s k tubbanken kan man som på fignren anordna två cirkulära anslagsplåtar 25 och 26 direkt innanför inloppet. Dessa plåtar är på lämpligt sätt, t ex medelst stag 27, 28 fästade till kärlet och är försedda med ett antal hål 29, 30 för fördelning av vattenflödet. Trots dessa föran- staltningar har på vissa anläggningar vattenströmningen mot tubbanken 31 mellan stödplåtarna 6 och 7 varit så instabil och kraftig att de första tubraderna vibrerat, till dels mycket kraftigt, varvid förslitningar i hålen mot stödplåtarna före- kommit i så stor grad att läckage har uppstått. Speciellt om det är fråga om primärvatten från en kärnkraftreaktor - i vilket fall ånggeneratorn är kontaminerad efter en tids drift - är det ' ytterst dyrbart och besvärligt att åstadkomma nâgra genomgri- pande ändringar i generatorns mantel eller i dess inre delar, i synnerhet i de delar som ej kan nås genom stütsen 4 sedan dyspaketet 21 har uttagits. 82026f14§~6 Ül Enligt föreliggande uppfinning kan man på ett effektivt sätt fördela och reducera vattenhastigheten efter dyspaketet 21 med dess hastighet på ca 30 m/s i trängsta sektionen så att flödet vid inträdet i tubbanken har så låg hastighet att några _ påtvingade tubsvängningar ej skall uppstå. Härför kräves att inloppshastigheten nedbringas till 2,5 m/5- eller därunder för att ett tillräckligt lågt Strouhalsetal skall erhållas. Enligt uppfinningen kan detta uppnås genom en eller flera av följande åtgärder: l. 'Genom att venturikanalerna i dyspaketet utökas till ett antal av minst 14. 2. Genom att diffusorerna i dyspaketen utformas så att hastigheten-från trängsta sektionen möjligast likformigt ned- sättes till medelhastigheten i rörtvärsnittet. 3. Genom att dyspaketet placeras så långt upp mot rörin-- svetsningen som möjligt varigenom längsta möjliga distans er- hålles mellan venturikanalernas utlopp och mantelmynningen.

Härigenom ernås en ytterligare utjämning av de lokala hastig- heterna. 4. Genom att efter dyspaketets mynning placera radiella diffusorringar bestående av skovelprofiler för strömningens omlänkning)så dimensionerade att möjligast likformiga och låga inströmningshastigheter erhålles vid inloppen till tubbankens första rad. 5. Genom att diffusorringarna är placerade tvärs strömnings- riktningen och fästade till ett kraftigt plåtkors. Ringarna utformas så att medieströmningen omlänkas,så att en likformig perifiell hastighet uppnås med en viss komponent i strömnings- riktningen in mot tubbanken. 8202-67-96 6. Genom att i centrum av diffusorringarna insätta en mitt- del med hål för att tillförsäkra en jämn strömning i det rektan- gulära rummet mellan stödplåtarna 6 och 7 i rummet utanför tubbanken. I 7 För att undersöka vilka möjligheter som finns för att uppnå en gynnsam strömning över inloppstvärsnittet till ång- generatorn vid användning av cirkulära venturikanaler kan man göra följande beräkning. Om man utgår ifrån att hastigheten på sekundärvattnet skall tas ner från maximihastigheten-i trängsta sektionen till lägsta möjliga och jämnast möjliga hastighet över hela inloppssektionen till ânggeneratorns tub- bank bör dysantalet vara relativt stort och dysornas utlopp täcka så stor del av arean som möjligt. Dysvinkeln får ej vara större än 2 x 40 för att stabil och jämn strömning skall upprätthållas i diffusordelen. Detta I innebär att diameterökningen efter trängsta sektionen per längdenhet ej får vara större än 2 x 7 %. Man erhåller vid olika dysantal ett antal optimala figurationer för utlopps- sektionen ur dyspaketet vid cirkulära dystvärsnitt enligt fig 3. Där har även förhållandet mellan dyspaketets diameter Dy och venturidysernas utloppsdiameter dy angivits. Om den största tillåtna arean med hänsyn till flödesbegränsningen för rörbrott sättes till Amin blir dysdiametern i trängsta sektionen vid z dysor Amina' 4 di _? z . W Om konvinkeln sättes till 2 x 7 % erhålles dysans längd i diffusordelen ' _ a 4 a. _ ._ Lmin _ 20,141 _ 1,14 (ay_ ai) Täckningsgraden i utloppssektionen blir aktuellt fall med Dy 2 z ' d 2? = _____X_ 2 D Y För de i fig. 3 angivna dysantalen erhålles för ett 8202676-6 36 cm och med en stryparea_i dysornas minsta sektion av O,2025 x rörsektionen = 203,1 Cmz följande minimilängder L och täckningsgrader. - d -d 2 2:: 2:3: flmy nya, 322%” L z 1 1 1 1 1 1 cm 1 0,45 å 1 1 0,55 3,93 1 141,4 2 0,318 1 0,5 2 I 0,182 1,298 0,50 46,7 3 0,260 1 0,464 2,155 0,204 1,457 0,645 52,4 4 0,225 1 0,414 2,414 0,189 1,35 0,685 48,5 7 0,170 1% 0,533 3 0,163 1,16 0,777 41,9 14 0,120 2 0,244 4,47 0,1037 0,741 0,70 26,7 19 0,1032 2% 0,20 5 0,0968 0,691 0,76 24,9 31 0,0808 3 0,159 6,29 0,0782 0,558 0,783 20,1 37 0,0740 3% 0,1429 7 0,0689 0,492 0,755 17,7 w 0 w w w 0 0 0,91 0 för att man skall kunna få ner längden av dyspaketet under Av tabellen framgår att dysantalet bör vara minst 14 dyspaketets diameter. Kortast möjliga längd eftersträvas med minsta hâlantal och största täckningsgrad. Förbättringen i täckningsgrad är liten från 3 dysor upp till 37,men diffusor- längden minskar från ca 1,5 till 0,5 gånger dyspaketdiametcrn.

Emellertid är täckningsgraden vid alla dysantalen otillfreds- ställande, endast ca 3/4 av utloppsarean utnyttjas. \ 82Û2676~6 För att uppnå bättre täckningsgrad har det visat sig fördelaktigt att frângâ den cirkulära dyssektionen och övergå till dyssektioner som ryms inom ringsektorer. För att därvid ej fâ avlösningar i strömningen bör diffusorerna utbildas med raka generatriser och koniciteten i hörnen bör ej vara större än 7 %. Hörnradierna bör vara av samma storleksordning som radien i trängsta sektionen. Med dessa förutsättningar finner man att den minimala längden jämfört med cirkulära dystvärsnitt måste ökas med ca Tï_för att optimal strömning utan avlös- ningar skall kunna upprätthâllas i hörnen. Om man t ex väljer det klassiska antalet 6 i raden utanför en centerdysa får man en strömningstekniskt ogynnsam form med ett avstånd mellan ytterhörnen av ca 1,6 x inloppsdiametern. Om man som nästa steg väljer 8 dyskanaler istället för 6 utanför mittdysan blir för-I hållandena betydligt gynnsammare; Ett arrangemang med 21 dysor kan därför väljas som en trolig optimal lösning,vilket är illustrerat i fig 4, där man ser dysöppningarna i dyspaketet i riktning från ånggeneratorn. l centrum är anordnat en cirku- lär venturidysa 30 omkring vilken i tvâ cirkulära rader är anordnat 8 dysor 31 respektive 12 dysor, samtliga med cirkulär minstasektion 33 och med.ringsektorformat utlopp, d v s utloppen blir mer eller mindre fyrkantiga med sidoväggar 34, 35 längs från dyspaketets centrum utgående radier och med i radiell riktning begränsningsväggar 36, 37 längs cirklar dragna runt samma centrum. Dyspaketet enligt fig. 4 visar således totalt 21 dysor. 'Ringsektorernas hörn bör avrundas lämpligen med samma radie som inloppsradien och intill varandra belägna dysväggar i den främre delen avfasas till en strömningsmässigt 82026276-6 gynnsam eggliknande kant. Kantens utseende framgår av figurer- na 4, 5 och 6 visande snitt genom linjerna markerade med A, B och C varvid kanten är antytt med 40, 50 och 60. Ur hållfast- hetsynpunkt bör inte det gemensamma godset mellan dysorna i ut- loppet gå ner till noll. En hållfasthetsmässigt säker gods- tjocklek bör väljas. Lämpligen kan insatsdelen göras av ett huvudsakligen cylindriskt stycke av för ändamålet passande material.

Figur 8 visar ett horisontalsnitt genom ånggeneratorns inloppstuts 4 med insatt dyspaket 21 enligt uppfinningen. Här är dessutom visat några detaljer som ytterligare förbättrar resultatet och som skall beskrivas i det följande.

Vid dysornas utlopp-är i 90°-riktningarna, d v s med hänvisning till Fig. 4 i vertikalriktning respektive horisontalriktning, till dyspaketet fästat ett plåtkors sammansatt av två plåtar 71, 72 som sträcker sig som tvâ korsande skärmar från dyspaketet ett litet stycke in mot tubbanken. Beroende på geometrin av de sektorformade dysöppningarna kan eventuellt ett annat antal skärmar sträcka sig radiellt utåt från centrum räknat. I skär- marnas främre, d v s längst iii kärlet stickande kant, är plåt- hörnen skurna i ca 450 som visat i figuren och i centrum fästade till en cirkulär fördelarplatta 73 som är försedd med ett antal hål 74 som är visade axiella, men några av hålen kan vara snett utåtriktade för att uppnå ytterligare spridning av det från dysorna inströmmande vattnet. För att skärmarna inte skall störa utflödet från den centrala dysan i dyspaketet är det lämpligt att skära bort en del av skärmarna närmast dyspaketet såsom antytt med linjen 75.

Vidare är mellan de korsande skärmarna 71, 72 infästat ett antal diffusorringar 76 med olika diametrar och fördelade 8292676-6 \O över vattnets strömningstvärsnitt. Ringarnas tvärsektion är ut- formad med skovelprofil så vinklad att vattnet som strömmar ur dysorna i huvudsak radiell riktning retarderas och sprides utåt innan det når tuberna 78 i tubbanken. Ringarna 76, som i figuren är visade i ett antal av 6, är kapade i fyra delar som vardera är infästade på lämpligaste sätt på ràdiellt avstånd från varandra mellan de korsande ledskärmarna 71, 72. Ringar- na 76 placeras företrädesvis med lika delning och skovelformen väljes med inströmnings- och utströmningsvinklar så att ström- ningen omlänkas med en likformig perifiell hastighet med viss komponent i axiell riktning efter ringarna och de gynnsammast möjliga inloppshastigheter till tubbanken uppnås. För att hastigheten trots det rektangulära utrymmet mellan de korsande plåtarna 71, 72 skall bli jämt fördelad väljes olika tjocklek av ringprofilerna runt periferin, vilket åstadkommes genom att ringarna delas i två hälfter som nedsvarvas med förskjutet centrum så att tunnare profiler erhålles i horisontalplanet.

Vidare är lämpligen den cirkulära fördelarplattans 73 mot dysorna vettande kant avsvarvad till en lämplig skovelprofil 77 i överensstämmelse med de större diameter verkande ringarna 76. Som ytterligare säkerhet mot tubvibrationer i omrâdet mellan tubplåt 6 och 7 bör insättas elastiska och dämpande klammor fästa till tubplâtarna så att svängningsformer med buk mellan dessa plåtar och noder i tubplåt 6 och 7 ej kan uppstå.

För att ytterligare förenkla in- och utmonterande kan inloppsstyckets 21 venturidysor, skärmarna 71, 71, skovlarna 76 och fördelarplattan 73 företrädesvis anordnas sammanhängan- de i ett stycke, vilket är lämpligt med hänsyn till lätt mon- tage vid kontaminerade ånggeneratorer. Självklart måste den 8202676-6 11 sammanhängande enheten säkras både i riktning inåt kärlet och utåt så att den hâlles på plats även i fall av rörbrott genom lättåtkomliga insvetsningar 79.

Uppfinningen är inte begränsad till ovan,som föredragna utföringsformer nämnda exempel,utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (10)

1. 8202676-6 13 PATENTKRAV l. Sätt för införande och fördelning av sekundärvatten genom ett inlopp (4) till ett ånggeneratorkärl (5), k ä n n e - t e c k n a t av att inloppets tvärsnitt utfylls med en in- satsdel (21) med ett antal av minst 19 axiellt genomgående venturiformade dysor (30, 31, 32) anordnade så att in mot ånggeneratorn vid dysornas utloppsmynning intill varandra belägna dysor har gemensamma väggar med sin främre del avfasad till en strömningsmässigt gynnsam eggliknande kant (40, 50, 60) så att hastigheten från dysornas trängsta sektion (33) möjligast likformigt nedsättes till vattnets medelhastighet i inloppstvärsnittet._

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att dysornas inloppstvärsnitt (33) göras cirkulära och, med undantag av en med cirkulärt utlopp i centrum anordnad dysa (30), dysornas (31, 32) utloppstvärsnitt göras ringsektor- formade med sidoväggar längs från centrum utgående radier och med i radiell riktning begränsningsväggar längs cirklar dragna runt samma centrum.

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av att dysorna runt centrumdysan (30) i ett antal av 20 är anord- nade i två ringformade områden i symmetriskt mönster omkring såväl ett vertikal- som horisontalplan genom centrum.

4. Sätt enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att vid venturidysornas mynning anordnas ett antal, företrädesvis tvâ, varandra i centrum korsande, i huvudsak plana skärmar (71, 72) med utsträckning i inloppets axiella riktning, och att mellan skärmarna fästas ett antal på radiellt avstånd ifrån varandra anordnade skovlar (76) utformade så att det från venturidysorna utströmmande mediet omlänkas i riktning bort från inloppets centrum. 8202676-6 (3

5. Sätt enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t av att skovlarna (76) utformas som ringar med skovelprofil.

6. Sätt enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t av att skovlarna med olika tjocklek utformas så att mediaström- ningen omlänkas så att en likformig perifiell hastighet upp- nås trots inloppsrummets rektangulära form.

7. Sätt enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t av att vid skärmarnas längst flïbelägna del anordnas en tvärställd fördelarplatta (73) med ett antal inåtriktade hål (74) för styrning av det strömmande mediet.

8. Sätt enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att fördelarplattan göres cirkulär med sin mot vattenströmmen vettande kant (77) utformad med profil som en skovel för att avlänka vattnet utåt.

9. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t av att venturidysorna (30, 31, 32), skärmarna (71, 72), skovlarna (76) och fördelarplattan (73) anordnas sammanhängande i ett stycke utformat så att det kan in- och utmonteras genom kärlets normala inloppsstuts (4) för matar- vatten.

10. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t av att lämplig typ av elastiska klammor fästes till de innanför inloppet (4) närmaste stödplåtarna (6, 7).