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Kondensationsrohr, insbesondere für Druckabbausysteme Leichtwasserreaktoren,insbesondere
Siedewasserreaktoren besitzen heute üblicherweise ein Druckabbausystem, das innerhalb
des Sicherheitsbehälters angeordnet ist. Der Hauptzweck eines Druckabbausystems
ist es, im Falle eines üh'liaittelverlustes durch rasche Kondensation des Dampf-Wasser-Gemisches
den
Druck wirksam abzubauen. Dazu sind imlDruckabbausystem eine Vielzahl von Kondensationsrohren
vorgesehen, welche von einer Druckkammer in die Wasservorlage einer Eondensationskammer
führen.
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Die Anlagen des Druckabbausystems werden'jedoch auch noch für weitere
Zwecke mit Vorteil benutzt. Der Dampf der Druck entlastungs- und der Sicherheitsventile
wird ebenfalls über entsprechende Eondensationsrohre in die Wasservorlage der Eondensationskammer
geleitet. Auch der Abdampf der Notkondensations- und der Noteinspeiseturbinen wird
in die Kondensationskanner geleitet, da angenommen wird, daß bei einen Einsatz dieser
Turbinen der Hauptkondensator nicht mehr zur Verfügung steht.
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Für den Kondensationsvorgang ist nun von Bedeutung, daß ein sehr breites
Spektrum von möglichen Dampfstromdichten vorhanden ist. So liegen im Falle des Abblasens
der Entlastungsventile in den entsprechenden Kondensationsrohren hohe Dampfstromdichten
vor, desgleichen bei einem Ethlmittelverlust. In den Wbdampfleitungen und den entsprechenden
Eondensationsrohren der Notkondensations- und der Noteinspeiseturbinen sind demgegenüber
die Dampfstromdichten sehr gering. Noch niedrigere Dampfstromdichten können auch
in den mit den Abblaseleitungen der Entlastungsventile verbundenen Xondensationsrohren
auftreten und zwar dann, wenn ein Entlastungsventil ein Leck bekommt und eine Dampf-Schleichströmlzng
auftritt. Die auftretenden Dampfstromdichten reichen so van ca. 1000 - 2000 kg/m²
beim Abblasen der Entlastungsventile,
bis herunter zu ca. 10 - 50
kg/m2s bei den Abdampfrohren der Notturbinen und 2 - 10 kg/m2s bei Dampf-Schleichströmungen.
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Als weiterer bestimmender Parameter für den Eondensationsvorgang,
tritt die Wassertemperatur in Erscheinung, die sich durch den uebergang der Kondensationswärme
an das Wasser beim Abblasen größerer Mengen Dampf rasch erhöht.
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Der Abblas- und Kondensationsvorgang kann, abhängig von der Damçfstromdichte,
in mehrere Phasen unterteilt werden. Abgesehen von kleinsten Dampfstromdichten,
bei denen der Dampf noch im Xondensationsrohr niedergeschlagen wird, müssen bei
größeren Dampfstromdichten die Kondensationsrohre zunächst freigeblasen werden.
In dieser Freiblasphase wird das im Kondensationsrohr zwischen aus strömendem Dampf
und Wasserpfropfen befindliche Luftpolster stark komrimiert und beginnt beim Austreten
aus dem Rohr schlagartig zu expandieren, wird hierauf durch den Druck der darüberliegenden
Wassernasse wieder komprimiert usw., wodurch ein Schwingungsvorgang beginnt.
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Anschließend an diese Freiblasphase bildet sich bei großen Daspfstromdichten,
ein Dampfzopf aus, und die Kondensation verläuft ruhig und vollständig bis zu hohen
Wassertemperaturen.
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Im Bereich mittlerer und kleiner Dampfstromichten wird die Kondensation
jedoch zunehmend unruhiger, und es treten schließlich
Kondensationsschläge
auf, welche unangenehme mechanische Belastungen der Rohranordnung und der Kondensationskammer
hervorrufen. Diese Kondensationsschläge lassen sich dadurch erklären, daß mit dem
Durchbrechen des Dampfes durch die Rohröffnung die Beruhrungsfläche zwischen Dampf
und Wasser plotzlich vervielfacht wird, wo durch eine schlagartige Kondensation
eintritt. Diese Kondensation verursacht einen Unterdruck, wodurch Wasser in das
Rohr hineingezogen wird und mit erheblicher Geschwindigkeit gegen die Rohrwand oder
ggf. gegen Rohrkrümmer schlägt. Daran anschließend wird das Wasser, infolge des
Dampfüberdruckes wieder aus dem Kondensationsrohr herausgedrückt.
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Diese Kondensationsschläge werden von starken Vibrationen begleitet.
Sie treten insbesondere bei den Kondensationsrohren auf, durch die der Dampf der
Druckentlastungs- und Sicherheitsventile, sowie der Abdampf der Notkondensations-
und Noteinspeiseturbinen geleitet wird. Letztere fuhren im allgemeinden einen mittleren
Dampfstrom, während die Dampfstrondichte in den Kondensationsrohren der Druckentlastungs-
und Sicherheitsventile, bei geschlossenen Ventilen, verursacht durch Ieckage-Dampfströmung,
, noch geringer ist. Andererseits muß das Rohr, welches den Dampf der Abblaseleitungen
der Druckentlástungs- und Sicherheitsventile führt auch die hohe Dampfströme einwandfrei
kondensieren können, die beim Öffnen der Ventile auftreten.
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Um diesen Anforderungen der Beherrschung eines breiten Spektrums
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Dampfstromdichten in einem Kondensationsrohr gerecht zu werden, waren konstruktive
Maßnahmen erforderlich, die zu einer Abwandlung der ehemals einfachen Konaensationsrohre
führten.
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So wurden bereits Blenden am Rohraustritt vorgeschlagen. Eine Beseitigung
der Kondensationsschläge wurden mit Hilfe dieser Blenden j jedoch erst erreicht,
nachdem das Rohr unten mraktisch ganz verschlossen war, was es für große Dampfstromdichten
ungeeignet machte.
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tleiterhin wurden in der deutschen Patentanmeldung P 22 12 761.3 Kondensationsrohre
vorgeschlagen, bei denen der Zyllndermantel an Austrittsende mit einer Vielzahl
kleiner Bohrungen versenken und das Rohrende, äe nach den Verhältnissen, teilweise
oder ganz geschlossen ist.
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Ss hat sich jedoch herausgestellt, daß auch diese Variante die Dampfströmung
bei hohen Dampfstromdichten zu stark behindert. In derselben Anmeldung ist auch
die Anordnung von Schn;-ffelventilen an Kondensationsrohren vorgeschlagen worden.
Ein derartiges Schnüffelventil ist im Prinzip eine einfache Rück schlagklappe, welche
bei Überdruck im Rohr stets geschlossen ist und nur unterhalb eines bestimmten Unterdruckes
öffnet und Luft einströmen läßt. Die Wirksamkeit der Schnüffelventile gegen Kondensationsschläge
sind durch zwei Faktoren gegeben: Die eindringende Luft wirkt dem Druckabfall sowonl
als Stütz -medium" entgegen als auch durch ihre starke Verschlechterung
der
Kondensation. Derartige Anordnungen sind jedoch wie sich gezeigt hat anfällig und
lassen eine Verwendung in den Abdampfleitungen der Notturbinen nicht zu, da beachtliche
Schwankungen des DurbinengegendrucRes s' damit verbunden sind.
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In der deutschen Patentanmeldung P 22 07 664.8 ist überdies ein Strahlrohr
zur Dampfkondensation vorgeschlagen worden, bei dem das Rohrende durch überlappendes
tneinanderschieben eines oder mehrerer Rohrstücke jeweils kleineren Durchmessers
stufenartig und unter Bildung eines oder mehrerer Ringspalte n n ausgebildet ist,
wobei die Ringspalte die gleiche Funktionen haben wie die Bohrungen der zuvor beschriebenen
Kondensationsrohre. Bei diesem Strahlrohr treten im unteren Bereich keine Kondensationsschläge
auf. Erst bei Durchsätzen zwischen 5 - 10 t/h zeigten sind KondensationsschlSge
infolge Durchbrechens des Dampfes durch das Rohrende.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Kondensationsrohre
so zu verbessern, daß diese sowohl zur Kondensation geri-nger als auch zur Kondensation
großer Dampfströme geeignet sind, ohne daß es bei geringen Dampfstromdichten zu
einem Rückströmen von größeren Mengen Wasser in das Rohr- und den damit verbundenen
Kondensationsschlägen kommt, welche das Druckabbausysten starken mechanischen Beanspruchungen
aussetzen und ohne bei großen Dampfstromdichten die Dampfströmung nachteilig zu
beeinflussen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem in das
Wasser hineinragenden Ende des Kondensationsrohres eine Vorrichtung vorgesehen ist,
welche ein Einströmen größerer Wassermengen entgegen der Dampfausstromrichtung zuverlässig
verhindert, ohne dabei den Abblasevorgang zu behindern.
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Die Vorteile der Erfindung liegen in dem sicheren Verhinderq von Kondensationsschlägen,
wodurch eine mechanische Beanspruchung des Druckabbausystems aus dem Kondesationsvorgang
weitgehend vermieden wird und ihrer Verwendbarkeit für ein breites Spektrum von
Dampfstromdichten.
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Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden näher erläutert.
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Die Figur zeigt das Ende eines in die Kondensationskammer, von welcher
hier nur der Boden 1 und ein Teil der Wandung 2 dargestellt ist, hineinragenden
Kondensationsrohres 3, an dem die Halterung 4, welche zur Aufnahme des Ventiltellers
8 dient, angebracht ist. Die Halterung 4 besitzt, über den Umfang verteilt, strömungsgünstig
ausgebildete Durchbrüche 5, durch welche der Dampf abströmen und gleichzeitig geführt
werden kann. In der Mitte der Halterung befindet sich der Führungsbolzen 6, auf
welchen der strömungsgünstig ausgebildete und gegenüber der Halterung 4 durch Federn
7 abgestützte Ventilteller 8 gleiten kann.
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Außer dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung; sind selbstverständlich
auch andere Absperrmöglichkeiten wie z. B. Klappen verwendbar.