DE2344213A1

DE2344213A1 - Verfahren zur laufenden ueberwachung von koerpern in foerderrohren

Info

Publication number: DE2344213A1
Application number: DE19732344213
Authority: DE
Inventors: Ralf Faber; Reinhard Dipl Ing Mauersberger
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1973-09-01
Filing date: 1973-09-01
Publication date: 1975-03-06
Also published as: DE2344213C2

Description

Ma it nh c J. ir,, ι ? - Au p;i ist 197 3

HOCHTEMPERATUR-RTiAKTOuBAU GmbH

5 Köln 1
Zeppelinstraßo 15

Verfahren zur laufenden Überwachung· von Körpern in Förderrohren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur laufenden Überwachung von Körpern, vorzugsweise von Brennelementkugeln eines Kernreaktors, während ihrer pneumatischen Förderung in Pörderrohren, die mittels eines Gebläses kontinuierlich mit Pördergas beatif schlagt werden.

Bei der Förderung von Körpern, z.B. von Brennelementkugeln, werden einmal Informationen darüber benötigt, wieviele Körper das Fördersystem durchlaufen haben (es muß also eine Zählung der Körper vorgenommen werden), und zum anderen ist es "wünschenswert zu wissen, an welchen Stellen des Fördersystems sich die Körper gerade befinden. Die Förderxmg der Körper soll also nicht "blind" erfolgen. Es ist daher üblich, die Förderrohre in einzelne Blockstrecken aufzuteilen, die mit Hilfe von Zählern über-

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wicht werden. So sind z.B. im Bereich des Eintritts der Körper in das Förderrohr Zählspulen vorgesehen, die durch einen von dem vorbeilaufenden Körper ausgelösten Meßimpuls den Zeitpunkt des Förderbeginns erfassen. Außerdem wird die Körpergeschwindigkeit am Ort der Zählspule gemessen. Ferner kann mit diesen Zählspulen ein eventuelles Zurückfallen des Körpers überwacht werden. Derartige Zähler lassen sich jedoch in Bereichen, die einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt sind, nicht ausbaubar anordnen. Dies trifft in besonderem Maße auf den oberen Teil der Höhenförderanlage eines Kernreaktors mit kugelförmigen Brennelementen zu, da die Mündungen der Förderrohre oberhalb des Deckenreflektors liegen und wegen der hohen Strahlenbelastung nicht zugänglich sind. Die dort eingesetzten Zählspulen müssen also bei einem Schaden als verloren betrachtet werden. Die Quittung dieser nicht realisierbaren oberen Zählspulen "Kugel hat Rohr verlassen" muß daher simuliert, d.h. nach einem komplizierten Verfahren indirekt rechnerisch hergeleitet -werden. Dies geschieht mittels eines Computers, der aus dem Förderbeginn den Zeitpunkt des voraussichtlichen Förderendes (Verlassen der Rohrmündung) errechnet und diesem noch eine gewisse Toleranzzeit hinzuaddiert. Erst nach Ablauf dieser Zeitspanne wird das betreffende Förderrohr wieder für eine nächste Kugel freigegeben. Bei Einstellung eines entsprechenden Computer-Programms kann die Toleranzzeit mit der kurz nach Förderbeginn gemessenen Körpergeschwindigkeit gekoppelt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur laufenden Beobachtung jedes einzelnen zu fördernden Körpers während des gesamten Fördervorganges anzugeben, das völlig betriebssicher und ständig funktionsfähig ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Körper einzeln durch je ein Förderrohr geschickt werden und

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daß die bei dem Durchgang jedes Körpers durch das Förderrohr auftretende Wirkdruckänderung mittels einer im Gaseintrittsstutzen installierten Venturidüse mit integriertem Differenzdruckmesser gemessen und mittels eines Meßwertumformers in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß ein in einem von Gas durchströmten Förderrohr befindlicher Körper einen Strömungswiderstand darstellt, durch den sich der Durchsatz lh den» Förderrohr ändert. Beim "Eintritt des Körpers in das Förderrohr wird der Mengenstrom in diesem Rohr verringert; wenn der Körper das Rohr wieder verläßt, vergrößert sich der Mengenstrom. Die Durchsatzänderung läßt sich mit Hilfe der Venturidüse nachweisen, die im Gaseintrittsstutzen installiert ist. Die Venturidüse gibt über den Differenzdruckmesser ein dem Durchsatz oder Mengenstrom entsprechendes Wirkdrucksignal ab, aus dem unter Zwischenschaltung eines Meßwertumformers ein elektrisches Signal gewonnen werden kann. Sobald ein Körper in das Förderrohr eintritt, fällt der Yirlcdruck ρ an der ensprechenden Venturidüse ab. Die Größe

der Wirkdruckänderung Λ ρ hängt von der Gasgeschwindigkeit und der Konfiguration des geförderten Körpers ab. Nachdem der Körper wieder aus dem Förderrohr ausgetreten ist, steigt der Wirkdruck wieder auf die frühere Höhe an. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich also der Körper während des gesamten Fördervorganges verfolgen, wobei die Venturidüsen zwei Aufgaben zu erfüllen haben, nämlich einmal den Durchsatz zu messen und zum anderen die Körper zu überwachen. Aus dem gewonnenen Signal läßt sich ohne zeitliche Verzögerung deutlich erkennen, wann ein Körper ein Förderrohr betreten hat und wann er das Rohr wieder verläßt. Auf Grund dieses Meßimpulses kann sofort der nächste Körper freigegeben werden; eine etwaige Toleranzzeit - wie bei dem bisher üblichen Verfahren - ist nicht mehr notwendig. Am Rohreintritt wird also gemessen, was am Hohraustritt tatsächlich passiert, und es sind dazu nur Elemente erforderlich, die für eine Reparatur oder Wartung zugänglich sind. Da die Körper ständig überwacht werden, kann die gesamte Förderan-

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lage auch mit geringeren Körpergeschwindigkeiten arbe.it.en.

ß dafür, daß eins crf'i ndungsgemäße Verfahren richtige Resultate liefert, ist ein konstanter Gebinsedruck und das Beschicken eines Förderrohres mit Jeweils nur einem Körper*; d»h. wenn sich mehrere Körper gleichzeitig in einem Förderrohr befinden, können die auftretenden Wirkdruckänderungen nicht mehr definiert den einzelnen Körpern zugeschrieben werden. ·

Nach dem Austritt des·geförderten Körpers aus dem Förderrohr steigt der Wirkdruck wieder auf die frühere Höhe an, um sogleich wieder abzusinken, wenn der nächste Körper in das Rohr· eingetreten ist und eine Reaktion auf die Gasströmung ausübt. Dieser Effekt kann als Quittung, d.h. zur Zählung der geförderten Körper, ausgenutzt werden.

Eine weitere Information gibt die Zeitdauer der gemessenen Wirkdrtickänderung. Wenn der Wirkdruck beispielsweise bei der Förderung mehrerer Körper jeweils 15s lang 200 min WS beträgt, so hat die wahre Pörderzeit auch 15 s betragen. Erscheint nun bei der Förderung eines weiteren Körpers ein Dauerirapuls, so folgt daraus, daß der Körper nicht oben angekommen ist, sondern irgendwo im Förderrohr klemmt oder sich in der Schwebe befindet. Der Gasdruck muß dann kurzzeitig erhöht werden. Für die laufende Regelung und automatische Überwachung der Beschickungsanlage von Kugelhaufenreaktoren ist gerade die aus der Zeitdauer des gemessenen Wirkdruckitnpulses gewonnene Information sehr wichtig.

Weitere wichtige Aussagen über jeden einzelnen Körper lassen sich aus dem Diagramm "Druck über der Zeit" gewinnen. Jede Störung oder Abbremsung, jedes Anstoßen des Körpers an Vorsprünge und Ablagerungen bringt eine Reaktion auf die Strömung hervor und führt zu einer kurzzeitigen Wirkdruckabsenkung, die im Diagramm als "Tal" erscheint. Das Diagramm kann vorteilhafterweise mit einem Speicheroszillographen sichtbar gemacht werden. Auf der

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Abszisse des so gewonnenen Bildes, auf der die Zeit dargestellt ist, läßt, sich ckr Ort der Störung abschätzen und der wirkliche Zeitpunkt des Endes der Höhonförderung ablesen.

Das erf iriduiigsgemiji'c Verfahren läßt sich noch dadurch verbessern, daß die aufgenommene Di¹Uck/Zeit-Funktion laufend mittels eines Computers elektronisch ausgewertet -wild. Beim Einsatz der Erfindung im RealctorbetirLeb kann der Computer den gesamten Beschi ckujjgspro^eß steuern. So können z.B. zu langsame Brenneleineritkugeln oder solche; die irgendwo im Pördefrolir hängengeblieben sind, durch kurzzeitige Durcksteigerung automatisch in den Reaktorkern befördert werden.

Weitere Informationen lassen sich noch aus der Größe oder Amplitude der gemessenen Wirkdruckänderung gewinnen, die sich der Ordinate des aufgezeichneten "Druck über der Zeit" - Diagramms entnehmen läßt. Wenn der in das Pörderrohr eintretende Körper kleiner oder leichter als der Nonnalkörper ist, so sinkt der Wirkdruck nicht ganz auf den beim Normalkörpsr gemessenen Wert ab. Beträgt letzterer beispielsweise 200 mm WS, so stellt sich bei einem kleineren oder leichteren Körper. z.B. ein Wirkdruck von 210 mm WS ein. Hieraus kann auf Art (Größe oder Gewicht) des Körpers wie atich auf seine Oberflächenbeschaffenheit geschlossen werden. Sogar Bruchstücke lassen sich aus dem aufgezeichneten Druck/Zeit-Diagramm identifizieren, und bei entsprechender Programmierung des Computers kann die Förderung rechtzeitig gestoppt werden.

Während sich das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Hintereinanderfördermig von Körpern (d.h. mehrere Körper sind gleichzeitig in einem Rohr) nicht durchführen läßt, ist eine Parallelförderung jedoch möglich, da die gegenseitige Wirkdruckbeeinflussung nur gering ist, wenn sich gleichzeitig in mehreren Förderrohren je ein Körper befindet. Eine Einrichtung zur Durchführung des

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erf :i ndimgsgemäßen Verfahrens sieht daher ein Fördersystem mit einer Anzahl von parallelgeschaJ toten Förderrohren vor, die gleichzeitig "'-Tt je einem v.n fördernden Körper beschickt werden. Xn der Boscln c^iin^saula^o eines Kugelhaufenreaktors sind z.B. 15 Pörrlerrohro parallel geschaltet. Aus rechnerisch und experimentell gewonnenen Ergebnissen läßt sich erkennen, daß die Gasgeschwindigkeit in dem mit einer Kugel beaufschlagten Rohr abnimmt, während sie in den nicht beaufschlagten parallelen .Förderrohren anteilmäßig· entsprechend ansteigt. Wird auch in diesen Rohren gefördert, so steigt die Gasgescbwindigkei-t bei Eintritt der Kugel in das erste Förderrohr zunächst ebenfalls an, τιπι dann bed Beaufschlagung dieser Rohre abzusinken, wie dies später an Hand zweier parallelgeschalteter Rohre dargestellt wird. Xm günstigsten Fall (bei der Förderung nur einer Kugel) ergibt sich eine Wirkdruckändemmg· von etwa unter 10^ö_f während sich in weniger günstigen Fällen (parallele Förderung mehrerer Kugeln) der Virkdruck um etwa 3 his h'fi/ ändert.

Vorteilhafterweise sind die in den einzelnen Förderrohren installierten, in den Ventura düsen integrierten Differenzdruckmesser sowie auch die Meßwertumfon::er in druckfesten Kapseln ausbaubar untergebracht, da sie in einer Atmosphäre hohen Drukkes arbeiten. Bei einem Kugelhaufenreaktor steht z.B. eine Druckatmosphäre von 4o at an.

In der Zeichnung sind eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und verschiedene Diagramme zu seiner Erläuterung schematise!! dargestellt.

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Es zeigen:

Fig·. 1 ein von einem Oszillographen aufgenommenes Druclr/Ze it-Programm,

Fig. 2 eine Fördereinrichtung mit einem Förderrohr und eingebauter Venturidüse,

Fig. 3 die an der Venturidüse gemessene ¥irkdriick-

änderung4 P in einem beschickten Forderrohr,

■ dem ein zweites, nicht beschicktes Förderrohr

parallelgeschaltet ist,

Fig. h die Änderung des Wirkdxmcks in diesem zweiten Rohr,

Fig« 5 die Wirkdruckändenmgen Λ ρ in einem ersten und einem zweiten, parallelgeschalteten Rohr, venn beide Rohre mit Körpern beschickt werden.

Die Fig. 1 gibt ein von einem Oszillographen aufgezeichnetes Diagramm wieder, bei dem in der Abszisse die Zeit und in der Ordinate der Druck aufgetragen ist. Dabei entspricht bei dem vertikalen Raster 1 cm einer Sekunde und bei dem horizontalen Raster 1 cm einem Volt. Der Abfall des Wirkdruckes nach ca. 2 Sekunden - wenn ein Körper in das Förderrohr eingeteten ist ist deutlich zu erkennen. Nach Beendigung des Fördervorganges steigt der ¥irkdruck kurzzeitig an (es handelt sich bei dem gezeigten Diagramm um die Förderung einer Brennelementkugel in den Reaktorkern, die bei Verlassen des Förderrohres abgebremst wird), um sich dann wieder auf den früheren Wert einzupendeln. Die Fördergasgeschwindigkeit betrug bei dem gezeigten Diagramm ca. lh m/s.

In der Fig. 2 ist ein fast senkrecht nach oben führendes Förderrohr 1 zu erkennen, das nach unten in einem Bogen ausläuft, an den

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sich der Zutritt 2 für den zu fördernden Körper, z.B. eine Brennelomontkugel 3» anschließt. Durch einen Eintrittsstutzen 4 wird das Föidergas in das Förderrohr 1 geleitet. In diesem Eintrittsstufcy.en ist eine Venturidüse "> angeordnet, in die ein Differenzdriickmesser integriert ist, der die Ui rl< di'uckänd erung Λ ρ anzeigt. An di?n Di ff erenzdruckniesser ist ein Meßwortumfornier 6 angeschlossen, der die Druckdifferenz in ein elektrisches Signal umwandelt. Er ist in einer druckfesten Ka])KeI 7 untergebracht, die als ausbaubarer Sechskant—Baustein ausgebildet sein kann. Venturidüse und Differcuzdruckmesser sind ebenfalls ausbaubar, angeordnet. Von dem Meßwertumformer 6 wird das elektrische Signal weiterge—■ leitet zu einem Speicheroszillographen 8, der den Wirkdruckverlauf während der Förderung der Kugel 3 aufzeichnet. Ein solches Diagramm ist bereits in der Fig. 1 dargestellt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen nochmals schematisiert den Verlauf des Wirkdruckes beim Fördervorgang. Es handelt sich hierbei um eine aus zwei Robren bestehende Förderanlage, von denen zur Zeit der Messung nur das erste mit einer Kugel beschickt vird. Die Fig. 3 gibt den ·Wirkdruckverlauf in diesem ersten Rohr wieder. Beginn und Ende des Fördervorganges sind deutlich durch den Drxjckabfall bzw. -anstieg zu erkennen. Nach Verlassen des senkrechten Förderrohres tritt die Kuge.1 in ein horizontales Rohrstück ein und wird abgebremst, wie aus der Fig. 3 ^7Λι entnehmen ist. Sobald die Reaktion der Kugel auf den Gassstrom verschwindet, stellt sich wieder der ursprüngliche Wirkdruck ein. Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Druck in dem nicht mit einer Kugel beaufschlagten parallelen Förderrohr bei Beginn des Fördervorganges im ersten Rohr ansteigt und dann konstant auf diesel" Höhe bleibt, um bei Beendigung der Förderung wieder abzusinken. Es findet also eine Rückwirkung der einzelnen Förderstränge untereinander statt, jedoch kann diese vernachlässigt werden.

In den Figuren 5 und 6 ist der Wirkdruckverlauf für den Fall

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GOPY

dargestellt, daß sowohl das crsl:c als auch das zweite der beiden, parallelgeschaltoten Rohre mit je einer Kugel beychiclrt v.i rd. Fi fr· 5 zeigt die Vorluil fcuifiso in doc. ersten, mit FI bezeichnetem Pörderrnhr, während dux Druckverlntif in dent zweiten Fördorrohr F 2 der Fig. 6 zu en triebwwn ist. Auch hi or ist zu crkeiuH-n, daß zwar bei der parallel ι n Kugelfordering: eine Auswirkung auf den Druokverlauf in den einzelnen !fahren s tat t rinde t, daß jedoch eine genaue Aussage über den Ford er vorlauf? in den einzelnen Rohren gewonnen wcrrlon kann. Das crfiiidungsgernäße Verfalircu ist also auch ?>ir Vcrfol^iuifi der gofürdox ί·on Kugeln, bei Parallolfötdorung geeignet.

Anscliließond soll noch ein ZaUlenbeispiel angegeben werden; Die Reaktion einer stationär geförderten Kuß'el auf den Fördergasstroin beträgt ca. 6θ mm WS. Die übrigen Ströinimpsverluste (Armaturen, Krümmer - und Rohrroibungsverlustο) möfjen etwa 120 mm WS betragen. Das Gebläse muß also 18O mm WS Druckerhöhung bereitstellen, ge messen vom Gaseintritt in das Höhenförderrohr bis zum Gasaustritt. Sobald die Kugel den senkrechten Rohrstrang verläßt, verschwindet die Reaktion auf den Gasstrom, und der gesamte Gebläsedruck ivirkt nur noch zur Überwindung der übrigen Strömungsverluste. Demnach erhöht sich die Gasmenge um den FaktorJ—Γ57Γ = 1,22. Die Gasmenge ■wird in der Venturidüse gemessen und erzeugt·dort eine Wirkdruck-

erhöhung um den Faktor· (1,22) = 1,5. Beträgt z.B. der Wirkdruck während des Fördervorganges 200 mm WS, so steigt er auf 300 mm WS, wenn die Kugel oben angekommen ist. Sobald nun die nächste Kugel in das Rohr eingetreten ist, sinkt der gemessene Wirkdruck wieder von 300 auf 200 mm WS. Vorausgesetzt ist hierbei ein Wirkungsgrad der Venturidüse von 80^ und ein Druckverlust im Venturi von 40 mm WS.

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COPY J BAD ORIGiMAL -

Claims

- 1O- . P a t on t a nsprücho

1. Vcrf.-iliren ynr lauroiKlcii t'bervuchuni=: von Körpern, vorzußswoitjos von Broniiol omen tlru^oln eines Kemrea!;.tnrs_t während Ihrer pnemnatischon Förderung in Förderrohren, die mittels eines Gebläses kontinuierlich nr.it Förderßas beaufschlagt werden, da^ durch f^okjirm-r^^ch.nfi fc., daß die Körper (3) einzeln durch je ein Pörr'.oi-roiir (1) geschickt werden und daß die bei dem Durch™ gang jedes Körpers dux-ch das Förderrohr (1) auftretende ¥irkdr-iici'ä >K!erun^ mittels einer im Gaseintrittsstutzen (4) installierten Venturidüse (5) "" * integriertem Differenzdruckmesser gemessen und mittels eines Meßwertumformers (6) in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , da^u^rc^^^jel^enji^eichjTjiJ^^ daß das elektrische Signal zrur Zählung der geförderten Körper (3) benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenr?zeichnet, daß die Zeitdauer der gemessenen Wirkdrnckänderung als Aussage über das Verhalten des Körpers (3) während des Fordervorganges ver wendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Wirkdruckverlauf während dos Durchgangs eines Körpers (3) durch das Förderrohr (1) atifgenommen und mittels eines Speicheroszillographen (8) dargestellt wird.

5. Verfahren naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommene Druclc/Zeit-Funlction laufend durch einen Com-

- puter ausgewertet wird und daß die Beschickung der Förderrohre (1) mit Körpern (3) automatisch durch den Computer gesteuert wird.

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Copy

BAD ORIGINAL

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch roVonri zeichnet, daß die Größo (Amplitude) eier gemessenen Wirlcdruckänderunf? zu einer Aussage über die Art und cien Zustand der geförderten Körper (3) lieranfroKOfjen wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,

dadurch E^G,^^enJJU*⁰Ij^iL¹ISi* ^aß eine Anzahl von para.llelfjcschalto t

Pöx'rierrohren (1) vorgesehen ist, die ploichxeiti^ je mit einem zu fördernden Körper (3) beschneiet werden.

B.. Einrichtung nach Anspruch 7> dadurch ^ekenTi^eichnet, daß die in den Vmituridüsen (5} integrierten Di f f erenzdmckmesser sowie auch die Meßwerturn former (6) in druckfesten Kapseln (7) unterfjehracht sind.

9· Einrichtung nach. Anspruch 7» dadurch frolcownzeJ chnet, daß die Veiituridüsen (5) mit integriertem Differensdrnckmesser sowie, die Meßwertumformer (6) ausbaubar angeordnet sind.

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