DE1653795A1

DE1653795A1 - Strahlpumpe

Info

Publication number: DE1653795A1
Application number: DE19671653795
Authority: DE
Inventors: Clabaugh William J
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1966-11-21
Filing date: 1967-10-13
Publication date: 1971-08-12
Also published as: BE705694A; NL6712975A; LU54723A1; US3395647A

Description

Die Erfindung "betrifft eine Strahlpumpe, bei der die Pumpen flüssigkeit in eine rasch strömende Plussigkeitssäule einge geben wird, bestehend aus einer Injektorleitung und einem Ausströmrohr.

Derartige Strahlpumpen, die für den Umsatz großer Flüssigkeits mengen ausgelegt werden können, werden beispielsweise als Strahlpumpen in Kernreaktoranlagen verwendet. Auf die Ausbildung einer Pumpe für diesen Zweck bezieht sich die Erfindung. Bei Strahlpumpen, die weit entfernt und unzugänglich angeordnet sind und bei denen der Zutritt schwierig ist, wie es bei Kernreaktoren der Fall sein kann, bringt die Wartung der Pumpendüse für die Erzeugung einer schnellr—*fließenden Flüssigkeitssäule verschiedene Erschwernisse mit sich. Es kommt vor, daß die Strahldüse ausgewechselt werden muß, um der Pumpe eine andere Kennlinie zu geben oder um eine abgenutzte Düse zu ersetzen, und zwar in der Zeit, wenn der Reaktor im Betrieb

ist. Die Zwischenräume zwischen dem Druckkessel usw. sind im allgemeinen so begrenzt, daß die Anwendung von langen oder komplizierten mechanischen Rückholgeräten,ähnlich den Enterhaken auf langen Stangen, für den Pumpenservice gewöhnlich unpraktisch sind. Hinzu kommt, daß bei den allgemein hohen Reaktorinnendrucken die mechanischen Geräte für die Wartung der Pumpendüse komplizierte Dichtungsanordnungen erfordern, um Druckverluste im Eeaktor zu verhindern oder in speziellen Fällen, wo kein Strahlungsschutz vorhanden ist, um Unglücksfalle während des Reaktorbetriebes zu vermeiden. Die Strahlpumpe nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile und erlaubt ein Zurückholen und Austauschen der Strahldüse während des Reaktorbetriebes, wobei die Tätigkeit außerhalb der gefährlichen Radioaktivität ausgeführt wird, die durch die Pumpenflüssigkeit als. aktives Element vorhanden sein kann,und ohne daß komplizierte mechanische Rückholsysteme eingesetzt werden müssen.

Die Erfindung besteht darin, daß das Ausströmrohr,mit einer Fangdüse und einem sich dem engsten Querschnitt anschließenden Diffusor versehen,in axialer Richtung dem obefenEnde einer geraden Injektorleitung gegenüberliegend angeordnet ist, daß die Injektorleitung unmittelbar an ihrem unteren Ende eine absperrbare Flüssigkeitszuführung aufweist und daß in der In-

o jektorleitung eine Düse gleitend eingesetzt ist, die durch die Flüssigkeitsströmung in der Leitung zu deren oberem Ende bewegt und dort der Fangdüse gegenüberliegend gehalten wird und

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bei Wegfall der Flüssigkeitsströmung zur absperrbaren Flüssigkeit szuführung am unteren Ende der Leitung gleitet.

Der Vorteil der Erfindung ist, daß eine Strahlpumpe erstellt wird, deren Strahldüse an einem von der Pumpe selbst entfernten Ort ausgetauscht werden kann. Dabei, kann der Reaktor ohne weiteres unter Druck stehen. Außerdem wird die Strahlflüssigkeit dazu benutzt, die Strahldüse an. ihren Platz entsprechend der Betriebsweise der Pumpe zu bringen und dort zu halten. Die Strahlpumpe nach der Erfindung arbeitet somit mit einer verschiebbaren und frei schwebenden Strahldüse. Ferner wird eine Strahlpumpe erstellt, die für Hochdruck-Pumpensysteme geeignet ist und in welcher die Strahldüse selbsttätig ein Rückströmen der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsstrahl oder in das Speisewassersystem verhindert.

In den Figuren der Zeichnung werden schematisch Ausführungsbeispiele nach der Erfindung in detaillierter Form wiedergegeben.

In Fig. 1 ist ein Heißwasserreaktor in einem Teilaussehnitt gezeigt, wobei der Pumpeneinbau mit-der Strahldüse sowie die Mittel zu ihrer Wartung in Beziehung zum Reaktorkern und zum Behälterkessel dargestellt ist; Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Oberteils der Strahlpumpe nach der Erfindung mit der Arbeitsstellung der Strahldüse relativ zum Ausströmrohr; Fig. 3 gibt den unteren Teil der Strahlpumpe nach der

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Erfindung wieder mit der Ruhestellung der Düse.

Die Pig. 4- und 5 zeigen Schnitte durch den unteren Pumpenteil der Strahlpumpe nach der Erfindung, "bei dem zwei verschiedene Anordnungen zum Schutz des Speisewassersystems oder der Strahlflüssigkeit gegen rückströmende Flüssigkeit verwendet werden.

Hach Fig. 1 ist eine Strahlpumpe nach der Erfindung an einem Heißwasserreaktor installiert. Ein solcher Reaktor enthält den Kern 10 mit einer Vielzahl von Brennstoffstäben 11 und entsprechender Anzahl Steuerstäbe (nicht gezeichnet), die von einer Schale oder Hülle 12 umschlossen werden, die wiederum von einem Wasserbecken 14- umgeben ist, das Kühlwasser enthält, das im Reaktor in Dampf umgewandelt wird. Eine Vielzahl von Strahlpumpen nach der Erfindung (in der Zeichnung ist nur eine gezeigt) ist um die Schale 12 herum verteilt, und sie dienen dazu, das Kühlwasser aus dem Becken 14- in den konzentrisch zur Schale 12 angelegten voll ausgefüllten Raum 15 zu befördern, und zxtfar durch die Durchbrüche 16 im unteren Teil der Schale 12. Das Kühlwasser fließt dann durch den Kern 10 und um die Brennstoffstäbe 11, wobei es in Dampf umgesetzt wird. Die gesamte Anordnung des dampferzeugenden Teiles des Reaktors wird durch eine Druckschale 17 aus Beton umfaßt, die durch eine undurchdringliche Füllplatte 18 gegenüber der Kühlflüssigkeit geschützt ist.

Die Strahlpumpenanordnung in diesem. Reaktortyp führt zwei Funktionen aus: 1. Sie fördert Kühlwasser in den Reaktorkern,

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vxo es in Dampf umgewandelt wird,und 2. sie liefert Speisewasser anstelle des in Dampf umgesetzten .Wassers, das aus dem System somit herausgenommen wird.

In Fig. 1 wird eine derartige Anordnung wiedergegeben, und insbesondere die Strahlpumpe nach der Erfindung. Die Pumpe besteht aus dem Ausströmrohr 20, das einen sich an einen engsten Querschnitt 22 anschließenden Diffusor 21 aufweist sowie eine Fang- ^ düse 23? der eine Düse 24- gegenüberliegend angeordnet ist, die gleitend in der im allgemeinen geraden Injektor!eitung 25 eingepaßt ist, die durch den Druckkessel 17 zu einer nicht gefährdeten Einrichtung unterhalb des Reaktors führt. Die Injektorleitung 25 endet am unteren Ende in einem T-Stück 26, das einen abnehmbaren Deckel 2? in Achsrichtung der Injektorleitung 25 aufweist und das mit der Speisewasserzuführung 28 über einen seitlichen Einlaß 29 verbunden ist, der senkrecht zur Injektorleitung 25 steht. Zwischen dem Druckkessel 17 "und dem T-Stück ist ein Kugel— oder Schieberventil 30 vorgesehen, das die Eück- f[ strömung der Kühlflüssigkeit aus dem Becken 14- in das Speisewasser oder in die Strömung der Strahlflüsigkeit verhindert, wenn die Düse 24- zurückgesetzt ist. Ein zweite's Ventil 31 ist in der Speisewasserzuführung 28 vorgesehen, das diese vom T-Stück 26 absperrt, wodurch der Ausbau der Düse erleichtert wird, ohne dass Speisewasser wegen des abgenommenen Deckels 27 aus dem T-Stück austreten kann.

In Fig. 2 wird der erfinderische. Teil der Strahlpumpe,entnommen .aus Fig. 1 in der AnOrdnung zum Reaktor, erläutert, wobei

die Düse 24 in ihrer normalen wirksamen Lage gezeigt wird. Die Düse 24 besteht nach der Erfindung aus einem zylindrischen Rohrteil, welcher im unteren Abschnitt gleitend in der Injektorleitung 25 eingepaßt ist,und einem oberen sich zur Spitze hin verjüngenden Abschnitt, der gegenüber dem unteren Abschnitt durch eine Ringschulter 36 abgesetzt ist. Die Düse 24 v/eist eine von der Grundfläche bis zur Spitze durchgehende Bohrung

^ auf, die sich entsprechend der Düsenform zur Spitze hin verengt. Die obere Öffnung der Injektorleitung 25 endet in einer gegenüber dem Innendurchmesser zusammengezogenen Öffnung mit einer Ringschulter 35·, gegen die die Ringschulter 36 der Düse 24 anliegt, so daß deren Austritt aus der Injektorleitung 25 verhindert wird und die Düsenspitze axial auf die Fangdüse 23 des Ausströmrohres 20 gerichtet ist. Die Ringschulter 35 legt die Stellung der Düse 24 fest und sichert ihre relative Lage zum engsten Querschnitt 22 in dem Ausströmrohr 20. Eine Mehrzahl von Dichtungsringen 37 wird am unteren Ende des zy-

P lindrisehen Rohrteils der Düse 24 in dort vorgesehene Nuten eingelegt, wobei die Dichtungsringe gegen die glatte Bohrung der Innenoberfläche der Injektorleitung 25 anliegen. Die Dichtungsringe 37 verhindern oder setzen die Speisewasserströmung herab, d. h. die Strahlflüssigkeit, die durch den Ringschiita zwischen Düse und Injektorleitung hindurchtreten will, und verhindern dagegen nicht die freie Gleitbewegung der Düse 24 in der Injektorleitung 25· ---

Fig. 3 zeigt den unteren Abschnitt der Strahlpumpe nach der Erfindung mit den Einrichtungen zur Unterstützung und zum Aus-

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bau der Düse 24, wenn kein Speisewasser in den Zuführungen 25 und 28 vorhanden ist. In dieser Anordnung ist eine Vielzahl von Haltestäben 39 vorgesehen, die am Deckel 27 derart befestigt sind und in das T-Stück hineinragen, dass' sie die kreisringförmige untere Stirnfläche der Düse 24 abstützen.

Bei Betrieb des Gerätes nach der Erfindung ist das Speisewasserventil 31 geöffnet (Fig. 1), so daß das Speisewasser aus der Zuführung 28 in das T-Stück 26 strömen kann. Das Speisextfasser strömt dann durch die Bohrung der Düse 24- (Fig. 3)· Die zentrale Bohrung verändert ihren Durchmesser im Verlauf der Düsenlänge und endet in der verengten Zone 40 unmittelbar an der Spitze der Düse, wodurch eine Drucksteigerung längs der Düsenlänge erzielt wird. Durch diese Drucksteigerung wird die Düse 24 zum oberen Ende der Injektorleitung 25 bewegt und schließlich durch die Ringschulter 35 gehalten (Fig. 2). Das Speisewasser fließt durch die Düse 24 zum engsten Querschnitt 22 des Diffusors, was durch die Pfeile 41 als Strahl oder als sehne11strömende Wassersäule gekennzeichnet wird. Das Kühlmittel aus dem Becken 14 wird in die schnellströmende Flüssigkeitssäule eingezogen, d. h. in den Strahl, und über die Fangdüse 23rCLen engsten Querschnitt 22 und durch den Diffusor 21 in den Behälter 15 gepumpt, um von dort über Öffnungen 16 in den Kern 10 zu gelangen, wo es in Dampf umgewandelt wird.

Wenn das Ventil 31 (Fig. 1) geschlossen ist, somit der Speisewasserzufluß is die Leitung 25 abgestellt ist, die Drucksteigerung in der Düse 24 aufhört, dann wird diese durch ihr Gewicht

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und die Schwerkraft in der Injektorleitung 25 nach unten zum T-Stück 26 gleiten. Es kann auch gesagt werden, daß die Strömungsrichtung des Strahles sich umkehrt, wodurch die Düse 24 in der Leitung 25 atwärts bewegt wird.

Für den Ausbau der Düse 24 aus der Pumpe wird der Deckel 27 mittels der lösbaren Bolzen 43 abgenommen, nachdem zunächst die Ventile 30 und 31 geschlossen werden. Es muß beachtet werden, daß das Ventil 30 ein Schiebervehtil, ein Kugelventil oder von einem solchen Typ ist, daß der Strömungsweg oder die Bohrung denselben Durchmesser wie die Leitung 25 hat, damit ein. ungehindertes Durchgehen der Düse 24 in den unteren Teil der Leitung 25 gewährleistet ist.

Fig. 4 gibt eine andere Anordnung der Strahlpumpe nach der Erfindung wieder, wo das Kühlmittel aus dem Becken 14 in die Leitung 25 strömt und in das Speisewasser- oder Strahlsystem eintritt, so daß einem solchen Einbruch in das Speisewassersystem oder einem Druckabfall des Speisewassers vorgebeugt werden

In dieser speziellen Anordnung wird ein Stöpsel, hier als Kugel gezeigt, durch einen am Deckel 27 befestigten Haltestab 51 an dessen oberem Ende festgehalten. Die Bohrung in der Düse 24 ist am unteren Ende der Düse zylindrisch und endet in einem sich verengenden Abschnitt, in den ein definierter Sitz oder eine Schulter 52 eingearbeitet ist, an den oder die der Stöpsel oder die Kugel 50 dichtend anliegt.

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Wie in Pig. 4 gezeigt ist, wird keine Abwärtsströmung zugelassen, weil die Düse 24-durch ihr Eigengewicht mit der Schulter 52 auf der Kugel 50 liegt. Wenn das Ventil 30 (Fig. 1) geöffnet "bleibt uxid das Becken 14 unter Druck steht (während, die Leitung 25 zum Becken hin offen ist), dann wirkt der Druck gegen die Flüssigkeitssäule in der Leitung 25 und gegen die Düse 24. Der Druck auf die Düse 24 verstärkt den Druck auf den Sitz 52 gegen den Stöpsel 50, wodurch die Dichtwirkung des Stöpsels erhöht . wird* Eine Flüssigkeitsströmung um die Düse 24 herum wird verhindert oder herabgesetzt durch die Dichtungsringe 37·

Es soll festgestellt sein, daß der Haltestab 5^ so weit in die Leitung 25 hineinragt, daß ein so kurzer Weg wie möglich für

die Bewegung der Düse 24 zum Ende der Leitung 25 erreicht wird. Je kürzer der Weg desto geringer die Beschleunigungsdistanz für die Düse 24, so daß Schäde'n an der I^ingschulter 35 <ler Leitung 25 vermieden werden können (Fig. 2).

Eine weitere Einrichtung der Strahlpumpe nach der Erfindung, die ebenfalls eine Rückströmung des Kühlmittels in das Speisewassersystem vermeidet, wird in Fig. 5 wiedergegeben.

In dieser Anordnung wird der untere Abschnitt der Pumpe mit dem T-Stück 26 in derselben Art nach den Fig. 1 bis 4 ausgebildet mit dem Zusatz, daß am Deckel 2? ein Spindelgehäuse 60 angebracht ist, über das die Düse 24 angehoben, und am Seiteneinlaß 29 des T-Stücks 26 vorbeibewegt werden, kann, so daß die Strahl-

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flüssigkeit oder Speisewasser in die Leitung 25 strömt und die dadurch .vorgetriebene Düse an der Schulter 3-5 zum Anliegen kommt (Fig. 2). Weiterhin wird in Fig. 5 gezeigt, daß im Gpindel gehäuse 60 ein Zapfen 61 mit einer Scheibe 62 vorgesehen ist, die etwas kleiner als der Innendurchmesser der Leitung 25 ist und an der unteren kreisringförmigen Stirnfläche der Düse 24 anliegen kann. Der Zapfen 61 ist mit der Welle 63 verbunden, die als Schraubenspindel oder als Teil davon ausgebildet ist und durch das Handrad 65 betätigt werden kann» Bei Drehung des Handrades 65 wird sich die Welle 63 mit dem Zapfen 61 "entweder nach oben oder nach unten bewegen und damit die Düse 24- von oder zum Seiteneinlaß 29 schieben.

In der gezeichneten Stellung ist der Zapfen 61 in seiner tiefsten Lage. Wenn die Strahlflüssigkeit oder das Speisewasser abgeschaltet werden, wie vorstehend beschrieben, dann sinkt die Düse 24 in der Leitung 25 nach unten und liegt auf der Scheibe 62 auf, wie in Pig. 5 gezeigt ist. Dabei verschließt die Düse in der Art eines Schieberventils den Einlaß 29, so daß weder eine Strömung aus der Leitung 25 in den Einlaß 29 noch eine solche in umgekehrter Eichtung erfolgen kann. Die Dichtungsringe 37 verhindern oder setzen eine Strömung um die Düse 24 herum herab. Dadurch wird schließlich ein Ausfließen der Flüssigkeit aus dem Becken 14 selbsttätig verhindert, die in die Strahl— flüssigkeit oder in,das Speisewassersystem eintreten könnte.

Die Düse 24 wird dadurch freigegeben, daß das Handrad 65 am

Spindelgehäuse 60 gedreht wird, wodurch der Zapfen 61 mit der ; {-,'.. 109833/0450

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Scheibe 62 die Düse anhebt und der Einlaß 29 freigegeben wird, so daß das Speisewasser in das T-Stück 26 und in die Leitung einströmen kann, wodurch wiederum die Düse 24 nach.oben bewegt v/ird und an der Ringschulter 35 zum Anliegen kommt (3?ig. 2).

Die Düse 24 kann leicht aus der Leitung 25 über das T-Stück 26 entfernt werden, wenn am letzteren die Bolzen 43 gelöst werden und das Spindelgehäuse 60 abgenommen v/ird.

Die vorstehend ir: Einzelheiten beschriebenen Anordnungen schränken weitere Ausführungen der Erfindung nicht ein, sofern bei
diesen vom Erfindungsgedanken und vom Inhalt bzw* Prinzip der
Erfindung Gebrauch gemacht xtfird. Somit ist die Erfindung in
Verbindung mit der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen nicht auf die hier wiedergegebenen Beispiele begrenzt.

Patentansprüche;

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BAD ORiGiNAi.

Claims

PA TBN TA N WAL TE PATENTANWALTDIPL-INCR-MDLLER-BDRNEr Mk PATENTANWALT D I P L.-1 N G. HAN S - H. WEY BERLIN-DAHLEM 33 · PO DBI ELSKIALLEE 68 &** 8 MÖNCHEN 22 · Wl D E N MAYE RSTR AS S E TEL. 0311 · 762907 . TELEGR. PROPINDUS - TELEX 0184057 TEL. 0811 · 225585 · TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0524244 114/5 . Berlin, den I3. Oktober 1967 EUROPÄISCHE ATOMGEMEIHSOHAFT (EURATOM) B R Ü SSEL - '__ Patentansprüche

1. !Strahlpumpe, bei der die Pumpenflüssigkeit in eine rasch strömende Flüssigkeitssäule eingegeben wird, bestehend aus einer Injektorleitung und einem Ausströmrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausströmrohr (20),mit einer Fangdüse (23) und einem sich dem engsten Querschnitt (22)' anschließenden Diffusor (21) versehen, in axialer Richtung dem oberen Ende einer geraden Injektorleitung (25) gegenüberliegend angeordnet ist, daß die Injektorleitung unmittelbar an ihrem unteren Ende eine absperrbare Flüssigkeitszuführung (28) aufweist und daß in der Injektorleitung eine Düse (24) gleitend eingesetzt ist, die durch die Flüssigkeitsströmung in der Leitung zu deren oberem Ende bewegt und dort der Fangdüse gegenüberliegend gehalten wird und bei Wegfall der Flüssigkeitsströmung zur absperrbaren Flüssigkeitszuführung am unteren Ende der Leitung gleitet.

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2. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24-) aus einem zylindrischen Körper mit einer sich zu ihrem oberen Ende hin verjüngenden Düsenspsitze gebildet und mit einer Durchgangsbohrung versehen ist und daß im Zusammenwirken mit der Durchgangsbohrung Dichtungsmittel vorgesehen sind, die eine Rückströmung der Flüssigkeit vom oberen Ende der Injektorleitung (25) in diese selbst verhindern,.

3. Strahlpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel aus einem zentrisch in der Injektorleitung (25) befestigten Haltestab (50, 5Ό besteht, der sich gegen einen engsten Querschnitt der Durchgangsbohrung in der Düse (24) dichtend anlegt und somit ein Rückströmen der Flüssigkeit in die Leitung verhindert. ~

4. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Außenumfang des zylindrischen Abschnitts, des rohrförmigen Düsenkörpers (24) Dichtungsringe (3.7) eingesetzt sind, die auf der inneren Oberfläche -der Injektorleitung (25) gleiten,und die Durchgangsbohrung an der Spitze der Düse eine "Verengung für die Beschleunigung der Flüssigkeit in einen Strahl aufweist. :"-"■_■-"..

5. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) die Flüssigkeitszuführung (28) in die Injektorleitung (25) absperrt, wenn keine Flüssigkeitsströmung in der Leitung vorhanden ist,und somit ein Rückströmen der Flüssigkeit in die Leitung verhindert.

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