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Einrichtung zur Förderung strömender Medien
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Förderung strömender Medien mit anschliessendem Diffusor zur Verwendung in zylindrischen Doppelmantelgefässen, insbesondere in Wärmetauschern für Kernkraftanlagen und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Diffusor mit flächenförmiger Strömung (RadialDiffusor) vorgesehen ist, der einen einzigen ungeteilten Raum zwischen zwei Begrenzungswänden besitzt, dessen äussere Begrenzungsfläche vom äusseren Mantel und dessen innere Begrenzungsfläche vom inneren Mantel des Doppelmantelgefässes gebildet sind, wobei die Energieumsetzung in einer im wesentlichen rotationssymmetrischen, zentrifugalen Strömung der Medien erfolgt. Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist zwischen einer Fördereinrichtung und dem Radialdiffusor ein an sich bekannter Axialdiffusor angeordnet.
Wärmetauscher, bei denen das wärmeabgebende Medium, z. B. ein Gas oder Dampf, einen hohen absoluten Druck und eine so hohe Eintrittstemperatur hat, dass diese eine wesentliche Herabsetzung der Materialfestigkeit mit sich bringt, werden im allgemeinen so gebaut, dass im Inneren des eigentlichen Druckgefässes ein zweites Gefäss vorhanden ist. Dieses innere Gefäss hat dann nicht den vollen Druck des wärmeabgebenden Mediums auszuhalten, weil in dem zwischen Innengefäss und Aussengefäss entstehenden Zwischenraum das abgekühlte Medium mit einem nur unwesentlich kleineren Druck zum Auslass aus dem äusseren Druckgefäss zurückströmt. Das äussere, dem vollen Druck ausgesetzte Gefäss wieder erhält auf diese Art nur die niedrigere Abströmtemperatur des wärmeabgebenden Mediums.
Insbesondere für derartige Wärmetauscher soll nun die Erfindung eine Einrichtung liefern, welche das hier meist auftretende Problem der Förderung des wärmeabgebenden Mediums durch diesen Wärmetauscher in besonders günstiger Weise löst.
An sich sind Wärmetauscher für nukleare Zwecke bereits bekanntgeworden. Bei einer bekannten Konstruktion wird ein Wärmetauschermedium mittels eines in einem Druckgefäss angeordneten Gebläses angesaugt und über eine seitliche Ausflussöffnung durch eine Leitung abgeführt. Dem Gebläse schliesst sich ein Diffusorgehäuse an. Dabei sind allgemein bekannte Axialdiffusoren sternförmig rund um das Gebläse und radial vorgesehen. Es ist somit bekanntgeworden, zur Geschwindigkeits-Druckumsetzung nach einer Energieerhöhungseinrichtung Diffusoren anzuwenden, welche rohrförmig ausgebildet sind und somit eine eindimensional in Diffusorachsenrichtung führende Strömung erzeugen.
Die bekannten Konstruktionen sind verhältnismässig kompliziert und konnten den hohen Anforderungen der Praxis nicht genügen. Durch die erfindungsgemässe Bauart ist eine bedeutende Vereinfachung des Diffusors gegeben. Weiterhin ist durch die erfindungsgemässe Einrichtung eine einfache Montage der Energieerhöhungseinrichtung und eine bessere Innenraumausnützung des Wärmetauscherdruckgefässes be- dingt.
Die Erfindung ist beispielsweise in den Fig. 1-5 dargestellt. Fig. l zeigt den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemässen Gasfördereinrichtung im Querschnitt, Fig. 2 und 3 andere Ausführungsvarianten mit
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Flügelrädern.einem dem Radialdiffusor vorgeschalteten Axialdiffusor dargestellt und in Fig. 5 schliesslich eine Ausführung mit einem Injektor als Gasfördereinrichtung.
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Wandung 19 gebildet wird. Zwischen den Wandungen 14 und 19 strömt das Gas aufwärts in den Ring- raum 5 zwischen den Wandungen 6 und 7.
Die innere Begrenzungsfläche 19 des Radialdiffusors ist mittels Leitschaufeln 20 gegenüber den Widerlagern 23 angeordnet. Die Öffnung 13 im Bo- den 14 des äusseren Druckmantels 6 ist in diesem Fall mittels eines Flansches 24 abgeschlossen, i welcher den Antriebsmotor 11 für das Flügelrad 8 trägt. Die Welle des Flügelrades 8 muss selbst- verständlich mittels einer nicht gezeigten Stopfbüchse gegenüber dem Flansch 24 abgedichtet sein.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Radialdiffusors im Schnitt, bei welcher das Flügelrad 8 mit einem Einlauftrichter 25 versehen ist, welcher mitrotiert. Durch diesen Einlauftrichter 25 wer- den die Gase aus dem Innenraum unmittelbar und auf kürzestem Wege angesaugt, wobei die Ansaugverlustre klein gehalten werden können. Im übrigen gelten die Bezeichnungen wie in den Fig. l und 2 und die
Wandungen 14 und 15 des Radialdiffusors werden wieder aus dem Aussenmantel 6 und dem Innen- mantel 7 gebildet, welche über Leitschaufeln 20 miteinander verbunden sind. Der Vorteil dieser
Konstruktion besteht darin, dass eine besondere Abdichtung zwischen dem Innenmantel 7 und dem
Flügelrad 8, wie dies in Fig. 2 durch die Labyrinthdichtung 18 gezeigt wird, nicht erforderlich ist.
Mit Rücksicht auf die unterschiedlichen Wärmedehnungen im Wärmetauscher werden die Leitschau- fein 20, welche den Innenmantel 7 mit dem Aussenmantel 6 verbinden, möglichst nahe dem
Radialdiffusor angeordnet, damit der Übertritt der Gase aus dem Flügelrad 8 durch den Spalt 10 in den Radialdiffusor möglichst verlustfrei vor sich geht. Hiebei ist es auch wesentlich, dass die mittlere
Meridianlinie des Flügelrades knickfrei in die mittlere Meridianlinie des Radialdiffusors übergeht.
In Fig. 4 ist ebenfalls ein Schnitt durch einen Wärmetauscher mit dem erfindungsgemässen Radial- diffusor dargestellt. Die aus den Wärmetauschflächen 2 austretenden, gekühlten Gase werden bei die- ser Ausführungsvariante von einem Axialflügelrad 26 angesaugt, welches in Fig. 4 zweistufig darge- stellt ist. Die verdichteten und beschleunigten Gase durchströmen nach ihrem Austritt aus diesem Axial- verdichter den konischen Axialdiffusor 27, welcher an seinem unteren Ende in den Radialdiffusor 28 übergeht. Der Übergang wird durch ringförmige Lenkbleche 29 möglichst verlustfrei gestaltet. Der
Radialdiffusor wird wieder aus dem Aussenmantel 6 und dem Innenmantel 7 gebildet, weil letzterer mittels der Leitschaufeln 20 an dem Aussenmantel 6 befestigt ist.
Der gesamte Wärmetauscher ruht mittels der Widerlager 23 auf einem Traggestell 30 auf, welches am Fundament 21 befestigt ist.
Der Antrieb des Axialflügelrades 26 erfolgt über die We ! le 31 beispielsweise durch eine Dampf- turbine 32, welche mit ihrem Gehäuse 33 am Aussenmantel 6 des Wärmetauscherdruckgefässes angeflanscht ist. Der Dampf für den Betrieb der Dampfturbine 32 kann vorzugsweise dem Wärme- tauscher selbst entnommen werden, und wird der Turbine 32 über die Rohrleitung 34 zugeführt.
Schliesslich ist in Fig. 5 noch eine Ausführungsvariante im Schnitt gezeigt, bei welcher ein an sich bekannter Strahlapparat (Injektor) zur Energieerhöhung verwendet wird. Durch eine Düse 35 wird ein
Gas oder ein Dampf mit entsprechend hoher Energie in den Strahlapparat 36 so eingeblasen, dass die aus den Wärmetauschflächen 2 austretenden Gase angesaugt und beschleunigt werden. Der Strahl- apparat besitzt einen aerodynamisch günstig ausgebildeten Ansaugtrichter 37, und geht an seinem unteren Ende in einen Axialdiffusor 38 über, an welchen der Radialdiffusor 28 anschliesst. Der Über- gang vom Axialdiffusor 38 zum Radialdiffusor 28 wird wieder durch ringförmige Lenkbleche 29 möglichst verlustfrei gestaltet.
Die Erfindung ist auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten in keiner Weise be- schränkt. So wäre es beispielsweise möglich, sowohl die Energieerhöhungseinrichtung als auch den Radial- diffusor am oberen Ende eines Doppelwärmetauschers anzuordnen. Überdies ist die Verwendung des er- findungsgemässen Flächendiffusors oder Radialdiffusors nicht nur auf Wämetauscher begrenzt, sondern er- weist sich für alle Energieerhöhungseinrichtungen als zweckmässig, hinter welchen eine Umlenkung des geförderten Mediums aus einer axialen Richtung um zirka 900 in eine radiale Richtung erfolgt.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemässe Einrichtung zur Energieerhöhung nicht nur für Gase sondern auch für Dämpfe oder tropfbare Flüssigkeiten anzuwenden. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass der Erfindungsgedanke in erster Linie in der diesbezüglichen Verwendung eines im wesentlichen zweidimensionalenFlächendiffusors (Radialdiffusor) gelegen ist, auch ohne energieerhöhende
Mittel wie Kreiselrad, Strahlapparat, od. dgl.
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Facility for the promotion of flowing media
The invention relates to a device for conveying flowing media with a subsequent diffuser for use in cylindrical jacketed vessels, in particular in heat exchangers for nuclear power plants, and is characterized in that a diffuser with planar flow (radial diffuser) is provided which has a single undivided space between two boundary walls, the outer boundary surface of which is formed by the outer jacket and the inner boundary surface of which is formed by the inner jacket of the double-walled vessel, the energy being converted in an essentially rotationally symmetrical, centrifugal flow of the media. According to a further characteristic of the invention, an axial diffuser known per se is arranged between a conveying device and the radial diffuser.
Heat exchangers in which the heat-emitting medium, e.g. B. a gas or steam, has a high absolute pressure and such a high inlet temperature that this brings a significant reduction in the strength of the material with it, are generally built in such a way that a second vessel is present inside the actual pressure vessel. This inner vessel then does not have to withstand the full pressure of the heat-emitting medium, because the cooled medium flows back to the outlet from the outer pressure vessel at an only slightly lower pressure in the space between the inner vessel and the outer vessel. In this way, the outer vessel, which is exposed to full pressure, only receives the lower outflow temperature of the heat-emitting medium.
In particular for such heat exchangers, the invention is now intended to provide a device which solves the problem, which usually occurs here, of conveying the heat-emitting medium through this heat exchanger in a particularly favorable manner.
As such, heat exchangers for nuclear purposes have already become known. In a known construction, a heat exchange medium is sucked in by means of a fan arranged in a pressure vessel and discharged through a line via a lateral outflow opening. A diffuser housing is attached to the fan. Well-known axial diffusers are provided in a star shape around the fan and radially. It has thus become known to use diffusers for speed-pressure conversion downstream of an energy-increasing device, which are tubular and thus generate a one-dimensional flow in the direction of the diffuser axis.
The known constructions are relatively complicated and could not meet the high requirements of practice. The design according to the invention significantly simplifies the diffuser. Furthermore, the device according to the invention enables simple assembly of the energy-increasing device and better utilization of the interior space of the heat exchanger pressure vessel.
The invention is illustrated, for example, in Figures 1-5. 1 shows the basic structure of the gas delivery device according to the invention in cross section, and FIGS. 2 and 3 show other design variants
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Impellers.einem an axial diffuser connected upstream of the radial diffuser is shown and, finally, in FIG. 5 an embodiment with an injector as a gas delivery device.
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Wall 19 is formed. Between the walls 14 and 19, the gas flows upwards into the annular space 5 between the walls 6 and 7.
The inner boundary surface 19 of the radial diffuser is arranged opposite the abutments 23 by means of guide vanes 20. The opening 13 in the bottom 14 of the outer pressure jacket 6 is closed in this case by means of a flange 24 which carries the drive motor 11 for the impeller 8. The shaft of the impeller 8 must of course be sealed off from the flange 24 by means of a stuffing box (not shown).
Fig. 3 shows a variant of the radial diffuser in section, in which the impeller 8 is provided with an inlet funnel 25 which rotates with it. The gases from the interior are sucked in directly and in the shortest possible way through this inlet funnel 25, the suction losses being able to be kept small. Otherwise, the terms apply as in FIGS. 1 and 2 and
Walls 14 and 15 of the radial diffuser are again formed from the outer jacket 6 and the inner jacket 7, which are connected to one another via guide vanes 20. The advantage of this
Construction is that a special seal between the inner jacket 7 and the
Impeller 8, as shown in Fig. 2 by the labyrinth seal 18, is not required.
With regard to the different thermal expansions in the heat exchanger, the guide vents 20, which connect the inner jacket 7 to the outer jacket 6, are as close as possible to the
Radial diffuser arranged so that the passage of the gases from the impeller 8 through the gap 10 into the radial diffuser is as lossless as possible. It is also essential that the middle
Meridian line of the impeller merges into the middle meridian line of the radial diffuser without kinks.
In FIG. 4, a section through a heat exchanger with the radial diffuser according to the invention is also shown. In this embodiment variant, the cooled gases emerging from the heat exchange surfaces 2 are sucked in by an axial impeller 26, which is shown in two stages in FIG. After exiting this axial compressor, the compressed and accelerated gases flow through the conical axial diffuser 27, which merges into the radial diffuser 28 at its lower end. The transition is made as loss-free as possible by means of annular guide plates 29. Of the
Radial diffuser is again formed from the outer casing 6 and the inner casing 7, because the latter is attached to the outer casing 6 by means of the guide vanes 20.
The entire heat exchanger rests by means of the abutments 23 on a support frame 30 which is fastened to the foundation 21.
The drive of the axial impeller 26 takes place via the We! le 31, for example, by a steam turbine 32, which is flanged with its housing 33 on the outer jacket 6 of the heat exchanger pressure vessel. The steam for operating the steam turbine 32 can preferably be taken from the heat exchanger itself and is fed to the turbine 32 via the pipeline 34.
Finally, another embodiment variant is shown in section in FIG. 5, in which a jet apparatus (injector) known per se is used to increase energy. Through a nozzle 35 is a
Gas or steam with correspondingly high energy is blown into the jet apparatus 36 in such a way that the gases emerging from the heat exchange surfaces 2 are sucked in and accelerated. The jet apparatus has a suction funnel 37 of aerodynamically favorable design and at its lower end merges into an axial diffuser 38, to which the radial diffuser 28 is connected. The transition from the axial diffuser 38 to the radial diffuser 28 is again made as loss-free as possible by means of annular guide plates 29.
The invention is in no way restricted to the variant embodiments shown in the figures. It would be possible, for example, to arrange both the energy-increasing device and the radial diffuser at the upper end of a double heat exchanger. In addition, the use of the surface diffuser or radial diffuser according to the invention is not only limited to heat exchangers, but also proves to be useful for all energy increasing devices behind which the conveyed medium is deflected from an axial direction by about 900 in a radial direction.
It is of course also possible to use the device according to the invention for increasing energy not only for gases but also for vapors or drip liquids. It should be pointed out again that the idea of the invention is primarily based on the use of an essentially two-dimensional surface diffuser (radial diffuser), even without an energy-increasing diffuser
Means such as impeller, jet apparatus, or the like.
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