DE1951919C3 - Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit - Google Patents
Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden FlüssigkeitInfo
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Description
45
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer
elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere eines zur Kühlung eines Kernreaktors dienenden flüssigen
Metalls, bei der ein von einem Dauermagneten erzeugtes Querfeld sowie ein Elektrodenpaar in der
Wandung des Strömungskanals zur Abnahme der senkrecht dazu entstehenden, von der Strömungsgeschwindigkeit
abhängigen Spannung vorgesehen ist. 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 I. Juli 1955 der Atomic Energy Commission, Washington, Seite 341
ff. Für die Bereitstellung des Magnetfeldes dient hier ein t>o
Permanentmagnet, der außerhalb der die Strömung führenden Rohrleitung angeordnet ist. Eine solche
Anordnung des Magneten ist insbesondere bei ortsbeweglichen Durchflußmessern zweckmäßig.
Aus der DE-AS Il 19 528 ist weiter ein elektroma- «
gnetischer Strömungsmesser bekanntgeworden, bei dem das Magnetfeld durch unlösbar im Inneren der
Rohrleitung befestigte Erregerspulen erzeugt wird.
Schließlich schlägt die britische Patentschrift 1108 149 die Verwendung eines magnetischen Strömungsmessers
für einen mit Natrium gekühlten Kernreaktor vor. Das Meßsystem arbeitet nach dem
Prinzip eines Nebenschlußgenerators und befindet sich in einer ringförmigen Kapsel innerhalb der Strömung.
Es wird somit nur die Strömungsgeschwindigkeit eines kleinen Teilstromes gemessen, die Hauptströmur,^ geht
unerfaßt außen vorbei. Über die Anordnung solcher Meßstellen im Reaktorkühlkreislauf wird nichts ausgesagt.
Es liegt in der Natur von Kernreaktoren, 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 eir.gesetzten 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 eir- Dauermagnet auswechselbar
innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten Rohres so gehaltert ist, daß der gesamte Flüssigkeitsstrom
vom Magnetfeld desselben durchsetzt wird und in einen nichtmagnetischen, mit Hilfe eines Spezialwerkzeuges
aus der Meßstelle herausnehmbaren rohrförmigen Ringkörper 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 Einbauorte 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, bind 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 gewichtssparend, sondern auch
besonders biegesteif und hat den weiteren Vorteil, daß in ihrem Inneren ?.. B. Meßleiiungen u. dgl. geführt
werden können. Jede dieser Buchsen 31 dient dabei /ur
Aufnahme der unteren Partien der Brennelemente 5. Diese Brennelemente 5 haben normalerweise quadratischen
oder sechseckigen Querschnitt, 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 üblicher-
weise auch sogenannte 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 Austrittstemperatür ergibt In diesem untersten Teil der Brennelemente 5
— also in unmittelbarer Näiie dieser Strömungsdrosseln
51 — befindet sich in diesem Beispiel die erfindungsgemäBe
Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit In einem elektrisch nichtleitenden,
temperaturbeständigen Körper 52, 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. Es
kann aber auch halbschalen- oder mehr plattenförmig ausgebildet sein, wie es in der rechten Hälfte der F i g. 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 der- Permanentmagneten
53 verläuft. Durch diese Bohrung ist die Wandung der Buchse 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 ähnlich aufgebaut wie ein Mantelthermoelement.
Der Spannungsableiter 33a befindet sich in der Mitte; der Zwischenraum zwischen diesem und dem Mantelrohr
ist mit einem temperaturfesten Isoliermaterial ausgefüllt. Diese Elektroden 33 sind dann in entsprechende
Bohrungen der Buchse 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 Widerstand zwischen diesen beiden Abnahmepunkten so groß wie möglich zu machen und
diese Anordnung also etwa in der Mitte zwischen den beiden Platte^ 3, also auf halber Höhe der Buchse 31,
anzubringen. Die in jeder Buchse 31 angeordneten Spannungsfühler 33 werden durch den Zwischenraum
zwischen den Platten 3 nach außen geführt. Dieser Zwischenraum ist zweckmäßigerweise mit einem
keramischen Isoliermaterial, wie z. B. AI2O), 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
AI2O) von Natrium nicht b-netzt werden kann. Der den
Magneten 53 enthaltende Ringkörper 52 ist mit dem unteren Teil des Brennelementes 5 zweckmäßigerweisc
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 Kühlmittel-Strömung stehen. Selbstverständlich ist es auch möglich,
daß der den Dauermagneten 53 enthaltende 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 de·- Wandung der
Buchse 31 und entsprechende Einschalte 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 aidere
Elemente, wie in diesem Falle die Brennelemente 5, verhindert werden kann, können an sich bekannte
ferr.betätigbare 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 Durchflußmeßeinrichtung Verwendung finden.
Abschließend sei noch erwähnt, daß man selbstverständlich derartige Strömungsmeßeinrichtungen auf die
kälteste Seite der Flüssigmetallsirömung oder der Strömung der leitenden Flüssigkeit legt. In dem
genannten Beispiel des natriumgekühlten Kernreaktors beträgt die Eintrittstemperatur und damit auch die
Temperatur der Permanentmagnete etv,a 4000C. Die
Austrittstemperatur des Kühlmittels liegt dagegen über 5000C. Magnetmaterialien, die bei diesen Temperaturen
betriebsfähig sind, sind allgemein bekannt und wurden daher nicht näher erläutert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit
einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere eines zur Kühlung eines Kernreaktors
dienenden flüssigen Metalls, bei der ein von einem Dauermagneten erzeugtes Querfeld sowie ein
Elektrodenpaar in der Wandung des Strömungskanals zur Abnahme der senkrecht dazu entstehenden,
von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Spannung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Dauermagnet (53) auswechselbar innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten
Rohres so gehaltert ist, daß der gesamte Flüssigkeitsstrom vom Magnetfeld desselben durchsetzt
wird und in einen nichtmagnetischen, 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
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (53) rohr- bzw.
schalenförmig ausgebildet ist.
3. Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 für die Überwachung der in jedem einzelnen
Brennelement (5) eines flüssigmetallgekühlten Kernreaktors vorliegenden Strömung, wobei sie mit Hilfe
eines durch die Brennelementlademaschine zu betätigenden Werkzeuges aus dem auf der Kühlmitteleinlaufseite
befindlictsn Me°ort auswechselbar ist.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (33) in den als J5
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 Kühlmitteleinlaufdüse sowie als Halterung
für evtl. Strömungsdrosseln (51) ausgebildet ist.
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