DE1951919A1

DE1951919A1 - Einrichtung zur Messung der Stroemungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1951919A1
Application number: DE19691951919
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl-Ing Michacl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1969-10-15
Publication date: 1971-04-22
Also published as: FR2064346B1; DE1951919B2; BE757378A; DE1951919C3; FR2064346A1; NL7013619A; GB1283789A

Description

Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere eines zur Kühlung eines Kernreaktors diendenden flüssigen Metalles, bei der ein magnetisches Querfeld sowie ein Elektrodenpaar zur Abnahme der senkrecht dazu entstehenden, von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Spannung Verwendung findet. Diese Spannung entsteht also durch die.Bewegung eines elektrischen Leiters in einem Magnetfeld. Solche Einrichtungen sind beispielsweise beschrieben im "Liquid-Metals Handbook" TID 5277 vom 1. Juli 1955 der Atomic Energy Commission, Washington, Seite 341 ff. Für die Bereitstellung des Magnetfeldes dient hier ein Permanentmagnet, der außerhalb der die Strömung führenden Rohrleitung angeordnet ist. Eine solche Anordnung des Magneten ist insbesondere bei ortsbewegliohen Durchflußmessern zweckmäßig.

Das Bedürfnis, strömende leitende Flüssigkeiten, insbesondere flüssige Metalle, in ihrer Geschwindigkeit zu messen, tritt insbesondere in Kernreaktoren auf, bei denen solche Stoffe als Kühlmittel Verwendung finden. Es liegt in der Natur solcher Reaktoren, daß die Meßstellen wegen der hohen Strahlungsbelastung nicht mehr direkt zugänglich sind, so daß eine Fernmessung mit ortsfest eingesetzten Geräten notwendig ist. Da die Permanentmagneten einer Alterung unterliegen, die insbesondere durch erhöhte Betriebstemperaturen, wie sie bei Kernreaktoren nicht zu vermeiden sind, beschleunigt wird, ergibt sich das dringende Bedürfnis, die in solchen Anlagen eingesetzten Einrichtungen wenigstens hinsichtlich der Verschleißteile, also des Permanentmagneten, auswechselbar zu machen. Die Elektroden für den Spannungsabgriff können dabei an Ort und Stelle bleiben.

Die Lösung dieses Problems besteht erfindungsgemäß darin, daß

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ein Dauermagnet auswechselbar innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten Rohres so gehaltert ist, daß die in der Rohrwandung diametral angeordneten Elektroden in direkter Berührung mit der Flüssigkeit stehen. Die Auswechselbarkeit wird dadurch ermöglicht, daß der Dauermagnet in einem nichtmagnetischen, mit Hilfe eines SpezialWerkzeuges aus der Meßstelle herausnehmbaren, rohrförmigen Ringkörpers eingebettet ist, der mit quer zum Magnetfeld angeordneten Durchbrechungen versehen ist, durch die die Flüssigkeit in Berührung mit den Elektroden steht. Der Dauermagnet kann dabei rohr- oder auch schalenförmig ausgebildet sein.

Zur näheren Erläuterung dieser Erfindung wird, auf die Fig. 1 und 2 verwiesen, in denen ein wichtiges Anwendungsbeispiel, nämlich die Messung der Natriumströmung in einem Kernreaktor dargestellt ist. „;

Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch den Reaktorkern dar, aus dem die Einbäuorte der erfindungsgemäßen Einrichtung zu ersehen sind. Mit 1 ist der Reaktordruckkessel bezeichnet, mit 2 der thermische Schild, mit 3 die Kerntragplatte, auf der die Brennelemente 5, die den Reaktorkern bilden, ruhen, und mit 4 die Kühlmittelströmung, die durch Bohrungen der Kerntragplatte 3 innerhalb der jeweils von einem Metallmantel umgebenen Brennelemente 5 nach oben strömt. In den Durchbrechungen der Tragplatte 3, deren eine mit einem strichpunktierten Kreis gekennzeichnet ist, sind die Strömungsmeßeinrichtungen entsprechend dieser Erfindung angeordnet.

Fig. 2 zeigt zwei dieser Stellen in einem Ausschnitt der Kerntragplatte 3· Diese besteht aus einer unteren und oberen gelochten Platte, die über Verbindungsbuchsen 31 miteinander verbunden sind. Eine solche Bauweise ist nicht nur gewichtsaparend, sondern auch besonders biegeateif und hat den weiteren Vorteil, daß in ihrem Inneren z.B. Meßleitungen u.dgl. geführt werden können. Jede dieser Buchsen 31 dient dabei zur Aufnahme der unteren Partien der Brennelemente 5. Diese Brennelemente 5 haben normalerweise quadratischen oder sechseckigen Querschnitt,

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liegen im Reaktorkern praktisch ohne Zwischenraum nebeneinander, sind an ihren unteren Partien konisch verjüngt und, am Einlauf des Kühlmittels mit einem kreisrunden Querschnitt versehen. In diesen Partien sind üblicherweise auch sogen. Strömungsdrosseln 51 angeordnet, mit deren Hilfe für die einzelnen Brennelemente stets jener Durchfluß des Kühlmittels eingestellt wird, der in Abhängigkeit von der Heizleistung jedes einzelnen Elementes stets die gleiche Austrittstemperatur ergibt. In diesem untersten Teil der Brennelemente 5 - also in unmittelbarer Hähe dieser Strömungsdrosseln 51 - befindet sich in diesem Beispiel die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit. In ^ einem elektrisch nichtleitenden, temperaturbeständigen Körper 52, (j| der gleichzeitig auch als Einlaufdüse ausgebildet werden kann, ist ein Permanentmagnet 53 eingebettet. Dieser Magnet hat z.B. eine rohrförmige Gestalt, wie es aus der linken Seite der Figur ersichtlich ist, seine Magnetisierungsrichtung ist aus den Magnetfeldpfeilen zu ersehen. Er kann aber auch halbschalen- oder mehr plattenförmig ausgebildet sein, wie es in der rechten Hälfte der Pig. 2 dargestellt ist. Er besteht dann aus zwei Teilen. Der Körper 32 ist in jedem Fall mit einer Querbohrung 54 versehen, die senkrecht zum Magnetfeld des Permanentmagneten 53 verläuft. Durch diese Bohrung ist die Wandung der Büchse 31 für das elektrisch leitende Kühlmittel, in diesem Falle Natrium, zugänglich. An diesen Wandungsstellen befinden sich nun die Abnahmeelektroden 33 für die sich ausbildende Spannung. Sie sind I ähnliche aufgebaut wie ein Magnetthermoelement. Der Spannungsableiter befindet sich in der Mitte j der Zwischenraum zwischen diesem und dem Mantelrohr ist mit einem temperaturfesten Isoliermaterial ausgefüllt. Dieser Temperaturfühler ist dann in eine entsprechende Bohrung der Büchse 31 eingelötet oder eingeschweißt. Da über das metallische Rohr 31 ein gewisser Nebenschluß, also ein Ausgleichsstrom zwischen den beiden Elektroden 33 stattfindet, ist es zweckmäßig, den V/iderstand zwischen diesen beiden Abnahmepunkten ao groß wie möglich zu machen und diese Anordnung also etwa in der Mitte zwischen den beiden Platten 3, alao auf halber Höhe der Buchse 31_s anzubringen. Die in jeder Buchae 31 angeordneten Spannungsfühler 33 werden durch den Zwischenraum zwischen den Platten 3 nach außen geführt.

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Dieser Zwischenraum ist zweckmäßigerweise mit einem keramischen Isoliermaterial, wie z.B. Al₂O₅, gefüllt, das für eine sichere Lagerung dieser Leitungen 33 sorgt. Dieses Material hat weiterhin den Vorteil, daß möglicherweise in den Zwischenraum eindringendes Natrium nicht in die Isoliermasse eindringen kann, da Al₂O, von Natrium nicht benetzt werden kann. Der den Magneten 53 enthaltende Ringkörper 52 ist mit dem unteren Teil des Brennelementes 5 zweckmäßigerweise lösbar verbunden, so daß er nach einer Herausnahme des Brennelementes aus dem Reaktorkern leicht abgenommen und durch ein neues Bauteil ersetzt werden kann. Er kann auch gleichzeitig, wie in der Fig. 2 dargestellt, zur Halterung der Strömungsdrosseln 51 Verwendung finden. Dabei ist es notwendig, daß die Zuordnung der Querbohrung 54 zum Brennelement 5 stets in der gleichen Lage vorgenommen wird, damit beim Einsatz im Reaktorkern die Spannungsfühler 33 stets in gut leitender Verbindung mit' der Kühlmittelströmung stehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß der den Dauermagneten 53 enthaltende rohrförmige Körper 52 ohne starre Verbindung mit dem darüber befindlichen Brennelement 5 ist. Er kann dann mit einem Spezialwerkzeug, das an der Lademaschine des Reaktors zu befestigen wäre, eingesetzt werden und z.B. durch Führungsstifte 32 an der Wandung der Buchse 31 und entsprechende Einschnitte im Körper 52 die richtige Winkellage erreichen und gleichzeitig in der vertikalen Sollage arretiert werden. Für den Fall, daß eine Aufwärtsbewegung dieser Teile nicht durch andere Elemente, wie in diesem Falle die Brennelemente 5, verhindert werden kann, können an sich bekannte fernbetätigbare Arretierungseinrichtungen, wie z.B. Klinken usw., im Körper 52 bzw. der Rohrwandung 31 vorgesehen sein. Auch können diese Einrichtungen fernbedient werden und so ausgeführt sein, daß ihre Haltefunktion durch die Flüssigkeitsströmung nicht beeinträchtigt wird.

Dieses Beispiel aus der Reaktortechnik zeigt einen möglichen Einsatz einer derartigen Meßeinrichtung. Selbstverständlich ist dafür keine derartige Tragplattenkonstruktion notwendig. Es können z.B. auch massive Wandungen für die Aufnahme der PurehfluBmeßeinrichtung Verwendung finden.

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Abschließend sei noch erwähnt, daß man selbstverständlich derartige Strömungsmeßeinrichtungen auf die kälteste Seite der Flüssigmetallströmung oder der Strömung der leitenden Flüssigkeit legt. In dem genannten Beispiel des natriumgekühlten Kernreaktors beträgt die Sintrittstemperatur und damit auch die Temperatur der Permanentmagnete etwa 400⁰C. Die Austrittstemperatur des Kühlmittels liegt dagegen übor 500⁰C, Magnetmaterialien, die bei diesen Temperaturen betriebsfähig sind, sind allgemein bekannt und wurden daher nicht näher erläutert.

2 Figuren - ~ M

5 Patentansprüche .

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Claims

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Patentansprüche

/1 J, Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch, leitenden Flüssigkeit, insbesondere eines zur Kühlung eines Kernreaktors dienenden flüssigen Metalles, bei der ein magnetisches Querfeld sowie ein Elektrodenpaar zur Abnahme der senkrecht dazu entstehenden, von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Spannung Verwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dauermagnet (53) auswechselbar innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten Hohres so gehaltert ist, daß die in der Rohrwandung diametral angeordneten Elektroden (33) in direkter Berührung mit der Flüssigkeit stehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet .(53) in einem nichtmagneten, mit Hilfe eines SpezialWerkzeuges aus der Meßstelle herausnehmbaren rohrförmigen Ringkörpers (52) eingebettet ist, der mit quer zum Magnetfeld angeordneten Durchbrechungen (54) versehen ist, durch die die Flüssigkeit in Berührung mit den Elektroden (33) steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (53) rohr- bzw. schalenförmig ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Überwachung der in jedem einzelnen Brennelement (5) eines flüssigmetallgekühlten Kernreaktors vorliegenden Strömung verwendet wird und mit Hilfe eines durch die Brennelementlademaschine zu betätigenden Werkzeuges aus dem auf der Kühlmitteleinlaufseite befindlichen Meßort auswechselbar

5. Einrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (33) in den als Fußpunkte der Brennelemente (5) dienenden Verbindungsbuchsen (31) des unteren aus zwei einzelnen Platten (3) aufgebauten Kerntragrostes angeordnet sind und der den Magneten (53) enthaltende Ringkörper (52) als in den Verbindungsbuchsen einsetzbare Kühlmitteleinlauf düse sowie als Halterung für evtl. Strömungsdrosseln (51) ausgebildet ist.

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