DE1528903A1

DE1528903A1 - Strahlpumpe

Info

Publication number: DE1528903A1
Application number: DE19661528903
Authority: DE
Inventors: Gluntz Douglas Marvin
Original assignee: General Electric CGR SA
Current assignee: General Electric CGR SA
Priority date: 1965-05-28
Filing date: 1966-05-18
Publication date: 1970-11-05
Also published as: NL6607241A; DE1528903B2; CH450927A; NL152063B; ES327157A1; GB1147623A; BE681749A; DE1528903C3

Description

e/ts

General Electric Company, fohenectady, S.Y., ΤΓ8Α 1528903

Strahlpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf Strahlpumpen und betrifft im besonderen Maßnahnen zur Messung der Durensatzmenge durch eine solche Strahlpumpe.

Eine übliche Strahlpumpe weist einen Pumpenkörper auf, in den sich drei Gebiete klar unterteilen laäsen.Daa aind einaal dtr Ansaugteil, dann eine Mischkammer, die in axialer Richtung einen durchweg gleichförmigen Querschnitt aufweist» und ein Diffusor, dessen Querschnitt in Strömungsriohtung zunimmt. Im Ansaugteil ist eine Düse angeordnet, die einen freibmittelatrom hohen Druckes in einen Treibmittelstrahl niedrigen Druckes und hoher Geschwindigkeit umwandelt, der koaxial durch den Aneaugteil hindurch in die Mischkammer strömt. Wenn die Pumpe in Betrieb genommen iat, tritt eine kombinierte Stoß- und Mitreißwirkung auf, durch die der Treiboittelatrahl hoher Geschwindigkeit Medien aus der Mischkammer heraus schiebt. Wenn diese Medien aus der Mischkammer heraus gedrängt werden, fällt der Druck am Eingang der Mischkammer ab. Nun können Medien, die unter höherem Druck stehen, a us der Umgebung an den unter niedrigeren Utruck stehenden Eingang der Mischkammer nachströeen. D_Abei werden die unter höherem Druck stehenden naohströmendem Medien die. Elise entlang und durch einen konvergierenden Einlaß, der'vor dem Mischkammerβ ingang angeordnet ist, in die Mischkammer geleitet. Dieser Sekundäretrom wird Saugetro« genannt. Schließlich stellt sich ein Gleichgewicht zwischen desi Treibmittelstrom und dem Saugstrom ein. Die StrömungaVerhältnisse in diesem Gleichgewichtszustand hängen davon ab, ia wie weit der Treibmittelstrora in der Lage ist, die durchmischten

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Medien aus den Auslaßteilen der Strahlpumpe gegen den Gegendruck herauszudrücken odt-r heraus zustoßen, der sich an Pumpen ausgang durch die nachfolgenden Strömungswiderstände aufbaut.

Iv eiüiiolnen bestehen dia StrJmungsvorgänge innerhalb der Mischkammer in einer turbulenten Durchmischung zweier Ströme unterschiedlicher Geschwindigkeit. Der Treibmittelstrahl hoher Geschwindigkeit wird allmählich breiter, da er sich mit den angesaugten Medien mischt und diese mitreißt. Durch dieses Mischen erfolgt eine Impulsübertragung zwischen derr Treibmittelstrom und dem angesaugten Medium, so daß der gesamte Druck Innerhalb der beiden Ströme ansteigt. Theoretisch endet die Mischkammer an der Stelle, an der das Geschwindigkeitsprofil der Strömung etwa glaic förmig geworden 1st. Diese Stelle liegt im allgemein i kurz hinter der Stelle» an der der breiter werdende !i¹«?©!^ tf 11 üraM die Wandungen der Mischkammer berührt. Von der Mi::-, u.as&r? mit einem verhältnismäßig kleinen Quv^b,- kr-: :-% >nm tä^'-Jw* der duretuaisehte Treibmittel- und der st&^esaugte otrahl in den Diffusor hinein, dessen Queroohnitt in '"'-^;iSnmugsrichtung »unissimt. Dacturch wird der Druck am ?unpenauDg0»^ weiter erhöht, da die Creschwindigkeit äer durchmiscüten ?%aisji vermindert wird. Auf diese Waise wird dem Treibni--..«λ· .ai^-ihi der optimale Snergiübecrag tntzogen.

Wie aus dem vorstehender hervorgeht, beruht die Wirkun^aweise einer Strahlpumpe Ij Grunde du: auf, daß an die angesaugten Medien ein Impuls übertragen wird, und daß anschließend dieser Impuls aus der durchmischten Ftrtimung durch üawandlmg des Impulses iß Druck wieder gewonnen wird. Der Treibmittel« strahl aus der DUee weist einen hohen Impuls und οine inhd Geschwindigkeit auf. Durch den XmpulsauBtauseh \itza ti&s Medium am Aneaugteil altgeriseen, -an& üb.: angenau^t:e *ζΑ?Λ.^ tritt zusarnffien mit dam freitoraittelstraiti iu üi% ill. .^hke^n»·.?*· ein« IJaa öeschwiMigkaitsprofil dleaes atsronisti, das· hi?I3t die

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Kurve, die die Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit tob Abstand but Längsachse der Mischkasser seigt, wird durch Mischen so umgewandelt, daß daa Geeohwindigkeitsprofil flach wird, das heißt, senkrecht auf der Längsachse der Miedhkamer steht. Durch die Abnahme an gerichtetes Ibpulθ wird eine Erhöhung dee Druckes bewirkt. FUr einen möglichst guten Betrieb sollte das Geschwindigkeiteprofil an Fnde der Nieohkanner so flach wie BÖglioh sein. Das heißt in anderen Worten, daß die Strömungsgeschwindigkeit an jeder Stelle dee Querschnitts der Miachkaaaer gleich sein sollte und daß die Orenseohicht, also die verhältnismäßig dünne Schicht «wischen der Strömung und der inneren Wandung der Mischkanner, in der die Strömungsgeschwindigkeit nit abnehmender Entfernung von der Misohkammerwand sehr schnell abnimmt, so dünn wli möglich «ein sollte. Das flache Geschwindigkeiteprof11 ergibt einen kleinst Möglichen Impuls Bit einen höchst möglichen Druckanstieg in der Mischkammer. Eine solche verhältnismäßig dünne Oreneschicht (also nicht etwa ein** verhältnismäßig dicke Oreneeohicht) ist auch sub optimalen Arbeiten des Diffusors erforderlich, der auf die Mischkammer folgt. In dem nach außen breiter werdenden Diffusor wird die verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit den vereinigten Stromes aus treibmittel und angesaugtes Medina allmählich redueiert und in einen noch höheren Druck umgewendet, so daß der Strom aus dea Treibmittel und äem angesaugten Medium den Diffusor mit dem gewünschten Druck verlassen kann. -

In eines Kernreaktor erfordern es die Sicherheitsbestimmungen, die gesamte Durchsatraenge einer oder auch mehrerer Strahlpumpen KU messen, die an gans bestimmten Stellen angeordnet aind. Die Erfindung bietet hierfür die Möglichkeit, und «war auf vn.rtachaftllche Weise und ohne den Wirkungsgrad der Strahl· pumpen eu beeinträchtigen.

BAD ORIGINAL

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Nach der Erfindung wird die Durcheatzmenge durch eine Strahlpumpe durch die Messung dee Drucke innerhalb der Pumpe bestimmt, Ea hat eich gezeigt, daß »wischen den gemessenen Druckwerten, de eich im Diffuaorteil einer typischen Strahlpumpe aufbauen, und den hierfür berechneten W_erten eine feste Beziehung besteht« Messungen haben ergeben, daß die gemessenen Brücke, die sich im Diffusorteil einer Strahlpumpe aufbauen, und die berechneten Druckwerte im Diffusorteil einer Strahlpump® linear zusammenhängen. Durch diesen linearen Zusammenhang zwischen gemessenen und berechneten Druckwerten ist es möglich, die Durchsatzmenge durch eine Strahlpumpe ganz einfach und billig dadurch zu bestimmen, daß man den Druck innerhalb der Pumpe an zwei oder mehreren axial . versetzten Ptellen mißt.

Die Bestimmung übt Burchaetgeengt naoh der Erfindung war bei 95 # dea Solldurcheatzee auf 1 $ genau« Hierbei wurden Vereuchebedingunge» eingehalten, bei denen die Betriebsverhältniese im Diffusor konstant bleiben, la wurden also Vereuchsbedingungen eingeölten» unter denen sich die Stromlinienverteilung innerhalb der interessierenden Meßbereiche nicht merklich änderten. Die Stromlinien lösten sich also noch nicht von den Wandungen äee Diffusors ab. Ebenso traten auch keine Änderungen der StröunangsverhältniBse dadurch auf, daß «ich die Eigenschaften der Medien selbst änderten oder durch andere Einflüsse« die den Durchechnittef achmann bekannt sind und Änderungen in einer Strömung»verteilung hervorrufen können.

lach einer bevorzugten Ausf'lhrungsform der Erfindung werden am Diffusor zwei axial gegeneinander versetzte Druckmesser angeordnet und diese Druckmeeeer mit einem Differentialdruck-■eßgerät verbunden, so daß Druckänderungen den Diffusor entlang gemessen werden. Diese Druckdifferenzen sind ein genaues MaB für den Durchsatz durch die Pumpe.

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Nach einer anderen Ausführungsfora der Erfindung werden die Druckfühler so angeordnet, daß der eine den Druck in der Mischkammer und der andere den Brück in Diffusor abfühlt. Diese beiden Druckfühler werden wieder mit einem Differentiald^uokmefigerät miteinander verbunden, um den Durchsatz durch, die Pumpe zu bestimmen«

Nach weiteren Ausf^rihrungsformen der Erfindung können die Druckfühler auch an anderen Stellen angebracht werden. So kann van einen Druckfühler an einem Endrohr anbringen» der in Strömungarichtung auf den Diffusor folgt, und den anderen Druckfühler aa Diffusor oder an der Mischkammer anordnen. In beiden Fäl* len werden die Druckfühler wieder mit einem Differentialdruckmeßgerät verbunden.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden·

Figur 1 ist ein achematisoher Schnitt und zeigt eine Strahlpumpe der hier in Frage kommenden Art, die in einen Siede·"' wasser-rReaktor eingebaut ist.

Figur 2 ist ein schematiseher Schnitt durch eine Strahlpumpe aus Figur 1 in vergrößertem Maßstab.

Figur 3 zeigt in graphischer Darstellung den Zueaaaenhang der gemessenen Druckwerte gegenüber den theoretisch errechneten _t Druclmrerten. Diese Kurve soll zeigen» alt welcher Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Durchsatz durch eine Strahlpumpe nach der Erfindung gemessen werden kann.

Figur 4 zeigt in doppelt logarithmisch» Darstellung den Zusammenhang zwischen dem Druckabfall in einer Strahlpumpe . und den Durchsatz durch die Pumpe.

BAD OPIGINAL

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Hun soll auf Die Fig. 1 Bezug genommen werden« Dort ist ein aufrecht stehender zylindrischer Druckmantel gezeigt, der am unteren Ende durch einen teile rfönnigen Boden 11 geschlossen ist« Das obere Ende des Druckmantels ist mittels eines abnehmbaren Doms 12 geschlossen. Dieser Dom 12 }at mit einem Entlüftungsrohr 13 versehen, das normalerweise durch ein Ventil H geschlossen ist. In einem inneren Kerniantel 16 ist ein üblicher Reaktorkern angeordnet. Der innere Kernvantel 16 ist koaxial in dem äußeren Druckmantel angeordnet, so daß sich zwischen dem inneren Kernmantel 16 und dem äußeren Druckmantel ein Ringraum 18 bildet. In dem Ringraum 18 ist eine senkrecht stehende Strahlpumpe 20 montiert, deren Ausstoßende an einem zylindrischen unteren Halterungsrand 22 befestigt ist. Der zylindrische Halterungsrand 22 ist unten am Kernmantel 15 befestigt, der für die Flüssigkeit, die in den Kernreaktor eintreten soll, als Vorkammer 24 dient. Das !!reibmittel wird von einer Umwälzpumpe 25 geliefert. Die Pumpe 25 gibt das Treibmittel über eine Leitung 26 ab, die mit einer Düse 27 oben im Pumpenansaugstutzen verbunden ist. Die Düse 27 spritzt mit hoher Geschwindigkeit einen Wasserstrahl in die Pumpe hinein, so daß die Pumpe Wasser aus einem Wasβervorrat, der sich unten im Ringraum 22 befindet, ansaugen und in die Torkammer 24 hineindrüoken kann. Das Wasser wird im Druokmantel auf einem Pegel gehalten, der durch die gestrichelte Linie 28 angedeutet let und oberhalb des Einlasses oder des Ansaugstutzens der Strahlpumpe liegt.

Der Jbersichtlichkeit wegen ist in der Figur 1 nur eine Strahlpumpe dargestellt wurden. Tatsächlich werten aber meist mehrere Strahlpumpen verwendet.

Das Wasser wird durch den Kernreaktor hindurch gedrückt und entzieht dem Kernreaktor Wärme. Dabei wird Wasser in Dampf umgewandelt, der sich im Dampf raum 30 oberhalb des Beaktorkernes sammelt. Eine Mischung aus Dampf und Wassertröpfchen gsht durch

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DampfSeparatoren 31 und durch Trockenplatten 3? hinduroh, die wie üblich aufgebaut sein können. Bas aua der Wpsser-Baapf-Mischung abgeschiedene Wasser kehrt in den Rlngraua 1Θ zurück, während der Daapf den Druokaantel durch die Dampfleitung 34 verläßt, um eine Turbine 35 ansutreiben. Der Daapf, der die Turbine 35 verläßt, wird In einea Kondensor 36 kondensiert und alttels einer Pumpe 37 als Wasser in den Wasservorrat la aruokaantel «urUckge- _t drückt. Xan kann alt der Turbine einen Generator 38 antreiben oder diese Turbine auch für andere Zwecke benutzen.

Nun soll auf die Figur 2 Berrug genommen werden. Der Pumpenkörper 20 weist einen st oh verengenden Aneaugetuteen 40 auf, der »it seinem schmaleren Ende alt dea Eintritteende einer langgeetreokten, sylindriechen Mischkaaaer 42 verbunden ist. Dee wettert Ende da« Anssugstutsens 42 öffnet sich auf die Dttae 27 hin, die suaamaen alt der längaachae der Mischkammer auf einer geraden Linie liegt·

Das andere Ende der Mischkammer ist alt dta ahfcalen Ende einea kegele tuapffttral/en Diffusore 44 verbunden, der alt aelnea eich öffnenden Ende alt einer zylindrischen Ausgangsieltung 45 verbunden ist, die ihrerseits alt der unteren Vorkamaer 24 in Tarbindung eteht, die In Pigur 1 geceigt ist.

Eine Druokmefleteile 46, die an der Wandung des Diffusore neben dea Diffuaorelngang angeordnet ist, ist über ein Rohr 47 alt der einen Seite eines Differential-Druckaeßgerätes 48 verbunden. BIe andere Seite dieses Druokmeigerätes iet über ein Rohr 49 alt einer swelten Druckaefiatelle 50 verbunden, dia neben dea Auelaßende dea Dlffu8ors angeordnet tat. Diese Druokmeßstellen elnd UbIloh aufgebaut. Ea 1st jedoch günstig, für die Druckaeßetellen solche Meßfühler su verwenden, die bündig alt der inneren Wandung dea Puapenfcurpers abschließen, baw. eo aufgebaut sind, daß sie weder dia StröBungsVerhältnisse noch die Druckverteilung innerhalb der Pub-· pe beeinträchtigen. Mit dem Differential-Druckaeßgerät 48 1st ein Schreiber verbunden, der die Meßwerte laufend aufBelohnet.

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In der Figur 3 sind gemessene Druckwerte gegenüber theoretisch errechneten Druckv/erten dargestellt, die für eine typische Strahlpumpe gelten. Die Meßwerte wurden mit Hilfe von Meßstellen gewonnen, die am Diffusor angeordnet und mit einem Differential-Druckmeßgerät verbunden waren, wie es in der Figur 1 dargestellt ist.. Di· Strahlpumpe wurde mit verschiedenen Durchflußmengen batrieben. Die thöo «tischen Druckwerte wurden anhand bekannter Beziehungen errechnet. Die gemessenen Druckdifferenzen wurden mit dem Different lal-Druckmeßgerät 48 aus Pigur 2 bestimmt.

Der geradlinige Zusammenhang zwischen den gemessenen Drucidifferenzwerten und den theoretischen (berechneten) Druckdiffetenzwerten, der durch die gerade Linie 52 in Figur 3 dargestellt let, zeigt, daß diese Druckdifferenz als Maß für die Durchsatzmenge durch die Strahlpumpe verwendet werden kann« Die verhältnismissig unbedeutende streuung der einzelnen Meßpunkte zeigt, caß die Messungen in einem Bereich zwischen 1 i» und 95 $> der Soll-Dur ensat zmenge zuverlässig sind,

Die. Figur 4 zeigt in Form einer typischen Kurve den Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz an den Druckraeßstellen 46 und 50 einerseits und der Durchaatzmenge durch die Strahlpumpe andererseits. Die Rühren 47 und 49 sind dicht durch den ^tickmantel hindvTchgefUhrt, und das Differential-Iruckmeßgerät 48 ist auCerhabb des Druckaantels angeordnet,, so daß man zu jedem beliebigen Zeltpunkt die Durchsatzmenge durch die Strahlpumpe durch einen einfachen Blick auf das Differential-Druckraeßgerät bestimmen kann.

Der in der Figur 4 dargestellte Zusammenhang gilt nicht für alle Strahlpumpen, da der Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz und der Durcl.satzmenge von verschiedenen Parametern abhängt, dämlich von der Größe der Pumpe, dem Ort der Druckmeßsteilen, der Güte und dem Wartungszustand der Meßfühler, von dem Zustand der Flüssigkeit, von der Güte der Oberfläche der Pumpe (beispielsveise vom Kesseletein- und Roataneatz, sowie von der Geometrie des Diffusere)«

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Trotedem stellen die . Ergebnisse aus figur 4 typische Eichergebnisse dar, die zeigen, daß bei vergleichbaren Bedingungen der totale Durchsatz.durch die Puape durch eine Messung dee Druckgefalles innerhalb der Puape bestiaaen läßt. ' -

Die Druokmeefühler brauchen nicht an Diffusor angeordnet sein. Man kann sie vielaehr auch an anderen Stellen anbringen und * die Druckdifferenzen zwischen anderen Stellen »essen· So ist beispielsweise ein DruckaeBfühler 54 aa Ende der Mlsohkaaaer mittels einer Röhre 55 nit der einen Seite eines Differential-Druckaefigerätes 56 verbunden* von dessen anderer Seite aine Röhre 57 zu einer DruckaeBstelle 58 führt, die etwa auf der Mitte des Diffusore angeordnet ist. Man kann auch eine Druckmeßstelle 60 etwa auf 4er Mitte des Diffusorp anordnen und sie alt einer Leitung 61 mit der einen ßelte eines Differential-Druckaeßgerätes 62 verbinden, von dessen anderer Seite aus sie über eine Röhre 63 alt einer Druokaefistelle 64 verbunden, ist. Sine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Meflst eile 70 am Auagangsrohr irgendwo unterhalb des Diffusor« anzuordnen und diese beiden Druckaefistellen über Röhren 67 vto& 69 mit einen Differentlal-DruckaeBgerät su verbinden. '^J"·

Das Differential-Druckoeßgerät kann ein übliches Gerät dieser Art sein, beispielsweise ein ⁿbourdon-tube"-Differential-Dr^ok> oeßgerät, ein übliches Differentialmanoeeter oder Irgendein anderer aeohaniapher oder elektro-eechaniecher Differential,-; Druckaieewert geber.

Durch die Erfindung ist soait die Möglichkeit geschaffen, dl,β Durchsatzaenge durch eim ^trahlpuape einfach zu bestlanen und auf Wunsch auch aufzuzeichnen, ohne den Wirkungsgrad oder die Funktion der Strahlpumpe zu beeinträchtigen. Man kann βion daher genau, zuverlässig und augenblicklich über die Durehaataaenge durch die Strahlpuape inforaleren, waa notwendig ist, u· den Reaktorkern alt der notwendigen Betriebesioherheit, der ijot-' wendigen Virtechaftlichkeit und alt de« notwendigen Wirkungsgrad betreiben zu können.

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Claims

Anspruoh/ 1

Strahlpumpe alt Mischkammer _v dadurch g e k e η η »e lohnet _v daS aur Maaaung des Durchset«es an In Durch« flußrichtung veraetsten Stellen vom Strömungedruck beeinflußbare Meßvorrichtungen oder Meßfühler zur Messung der Druckdifferenz vorgesehen aind und vorsugaweiae Teile der Puupenwandung bilden.

Ana TTuoh 2

Strahlpumpe nach Anspruch 1, bei der in StröBungerichtung hinter der Miaohkanner ein Diffuaor und gegebenenfalla ein Auelaßrohr angeordnet aind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßatell© an Auaflußen^e der Mischkammer oder am Diffusor angeordnet iat» und die anitre Meßstelle in Strumungarichtung hinter der erat genannt'--e !nieten? liegt und im Diffuaor oder in Aualaßrohr angeordnet

Strahlpunpe tmeh Anspruch 1 οάΛ- 2, dadurch & β -k β κι» ϊ β i cliit i t _# daß die Meßateilen an einen außerhalb der Pumpe liegenden Diffevenssclruckaeseex angeschlossen aind.

Anapruoh 4

Strahlpumpe nach Anaprüohen 1 bia 5 sur Verwendung bei einem ilUaalgkeitegeküJilten Kernreaktor, dadurch gakennseio|in»t » daß die Pumpe innerhalb dea den Reaktor umgebenden Schutsgehäuaea angeordnet iet und die dem Bruolc der KUhlflliaaigkeit auageaetsten Meßatellen im Pumpengehäua« mit einer fußerhalb dea Sohutsgeh^uaea liegenden Druck·* Heftvorrichtung r#rbunden eind.

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