DE2609571B1

DE2609571B1 - Abblaseeinrichtung zur ueberdruckbegrenzung bei kernkraftwerken, insbesondere bei siedewasser-kernkraftwerken

Info

Publication number: DE2609571B1
Application number: DE19762609571
Authority: DE
Inventors: Roland Kuehnel
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-03-08
Filing date: 1976-03-08
Publication date: 1977-09-15
Also published as: US4158603A; SE7701708L; AT357653B; ATA975476A; CH600491A5; FR2344098B1; DE2609571C2; FR2344098A1; JPS52119796A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abblaseeinrichtung zur Überdruckbegrenzung bei Kernkraftwerken, insbesondere bei Siedewasser-Kernkraftwerken, mit mindestens einem Kondensationsrohr, das in das Wasservolumen einer ein Gaspolster aufweisenden Kondensationskammer (Wasservorlage) mit seinem unteren Abströmende eintauchend angeordnet und mit seinem oberen, aus der Wasservorlage ragenden Zuströmende an eine Quelle für zu kondensierenden Dampf oder für ein Dampf-Luft-Gemisch angeschlossen ist, wobei ferner das Abströmende des Kondensationsrohres zur Beruhigung der Kondensation mit in Achsrichtung verlaufenden, gegeneinander abgegrenzt und in die Wasservorlage mündende Durchlässe bildenden Wandteilen versehen ist, welche die Dampfströmung und die im Wasservolumen erzeugten Blasen unterteilen.

Eine derartige Abblaseeinrichtung ist bekannt (DT-AS 22 12 761, insbesondere Fig.5). Hier werden die in die Wasservorlage mündenden Durchlässe durch die Ringkanäle von ineinandergeschobenen Rohrabschnitten gebildet. Es ist auch bereits bekannt, den Austrittsquerschnitt des Kondensationsrohres noch feiner zu unterteilen (DT-OS 24 57 901). Hierbei ist das Innere der Kondensationsrohr-Mündung mit einem Fachwerk aus Wandteilen versehen.

Wenn auch durch die letztgenannte bekannte Einrichtung bereits ein relativ feine Unterteilung der Dampfströme und der Blasen vorgenommen werden kann, so ist — insbesondere bei hohen Mengenströmen des Dampfes — die Kühlung und Benetzung der Dampfteilströme relativ gering, weil alle Durchlässe dann von Sattdampf erfüllt sind, wobei sich auch am Austrittsende der Rohrmündung die Dampfteilströme wieder zu Dampf blasen vereinigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abblaseeinrichtung der eingangs näher definierten Art derart zu verbessern und zu vervollkommnen, daß sich eine gute Kühlung und Benetzung der Dampfteilströme und Teilblasen beim Abblasevorgang ergibt und daß die Herstellung und Befestigung der Wandteile am Kondensationsrohr vereinfacht sind.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Abblaseeinrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß die Wandteile als Rohraufsatz ausgebildet sind, welcher mit einer der Rohrmündung entsprechenden Aussparung auf letztere aufgesetzt ist, daß der Rohraufsatz eine erste Gruppe von Wandteilen aufweist, welche in Flucht mit der Rohrmündung liegen, und eine zweite Gruppe von Wandteilen, welche die erste Gruppe der Wandteile umgibt und mit deren Durchlässen seitlich kommuniziert und welche mit ihren Durchlässen — außer an ihren unteren Enden — zumindest an ihren oberen Enden mit der Wasservorlage kommuniziert. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß der zentrale Dampfstrom durch die Wandteile des Rohraufsatzes nicht nur fein unterteilt wird, sondern daß auch die Dampfteilströme und die unterteilten Kondensationsblasen vom äußeren Umfang her durch das Wasserbad benetzt und gekühlt werden. Die zweite Gruppe der Wandteile überlappt sich vorzugsweise mit der Rohrmündung in axialer Richtung. Dies hat festigkeitsmäßige Vorteile, und außerdem wird eine größere Kühl- und Benetzungsfläche geschaffen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die erste und die zweite Gruppe der Wandteile mit rohr-axial-radial verlaufenden Blechen sektorförmige Durchlaßquerschnitte. Die zentralen Dampfteilströme können sich somit radial auswärts auffächern, wodurch

ORIGINAL INSPECTED

die Kühl- und Benetzungsfläche weiter vergrößert wird. Eine andere bevorzugte Ausführungsform, durch welche die'Kühlfläche nocht weiter vergrößert werden kann, besteht darin, daß die erste und die zweite Gruppe von Wandteilen mit rohr-axial verlaufenden und quer dazu gewellten Blechen Zickzack oder schlangenlienienförmige Durchlaßquerschnitte bilden. Aus Festigkeitsgründen und zur Erzielung eines definierten Axialeintritts des Kühlwassers aus der Wasservorlage in den Rohraufsatz weist zweckmäßig der Rohraufsatz ein seine Wandteile umfassendes Hüllrohr auf.

Aus Festigkeitsgründen ist es weiterhin günstig, wenn der Rohraufsatz einen Aufschieb-Rohrabschnitt aufweist, welcher mit den Wandteilen verbunden ist und einen Innendurchmesser hat, der dem Außendurchmesser des eigentlichen Kondensationsrohres entspricht. Es ist jedoch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch möglich, daß die erste Gruppe der Wandteile von einem Aufschieb-Rohr umfaßt ist, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Kondensationsrohres entspricht und das auf dessen Rohrmündung aufschiebbar ist, daß die zweite Gruppe der Wandteile am Außenumfang des Aufschieb-Rohres befestigt ist und daß die Aufschieb-Rohrwand mit öffnungen versehen ist, durch weiche die Durchlässe der ersten und zweiten Wandteile miteinander kommunizieren. Der Rohraufsatz besteht damit aus zwei konzentrischen Rohren, einem Aufschieb-Rohr und einem Hüllrohr, wobei der Innenraum des Aufschiebrohres, abgesehen von der Einpaß-Öffnung für das Kondensationsrohr, mit den Wandteilen ausgefüllt ist und ebenso auch der Umfangszwischenraum zwischen der Aufschieb-Rohrwand und der Hüllrohrwand mit Wandteilen ausgefüllt ist

Anhand der Zeichnung werden im folgenden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 im Ausschnitt und in einem Axialschnitt ein Kondensationsrohr mit einem Rohraufsatz nach der Erfindung, wobei zur besseren Übersicht die Wandteile, die in Flucht mit dem Kondensationsrohr liegen, d. h. die erste Gruppe der Wandteile, fortgelassen sind und wobei die linke und die rechte Hälfte der F i g. 1 zwei verschiedene Ausführungsformen zeigen;

Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie II-II aus Fig. 1, wobei der erste Quadrant I das erste Ausführungsbeispiel, der II. und III. Quadrant das zweite Ausführungsbeispiel und der IV. Quadrant ein drittes, aus F i g. 1 nicht ersichtliches Ausführungsbeispiel zeigt;

F i g. 2a perspektivisch im Ausschnitt radial orientierte Wandteile, welche durch geteilte Ringe zentriert und definiert gehalten werden;

F i g. 3 und 4 in entsprechender Darstellungsweise zu F i g. 1 und 2 ein viertes und fünftes Ausführungsbeispiel, wobei in der jeweils linken Hälfte der F i g. 3 und 4 die Wandteile der bessern Übersichtlichkeit weggelassen sind, in der rechten Hälfte der F i g. 3 lediglich die erste Gruppe der Wandteile und das Innenrohr weggelassen sind, im L Quadranten der Fig.4 das vierte Ausführungsbeispiel mit radial orientierten Wandteilen und im IV. Quadranten das fünfte Ausführungsbeispiel mit gewellten Wandteilen für die erste Gruppe und radial orientierten Wandteilen für die zweite Gruppe näher ersichtlich sind.

Das in F i g. 1 dargestellte Kondensationsrohr ist für eine nicht dargestellte Abblaseeinrichtung zur Überdruckbegrenzung bei Kernkraftwerken vorgesehen. Es handelt sich insbesondere um ein Siedewasser-Kernkraftwerk, bei dem eine Mehrzahl derartiger Kondensationsrohre 1 in das Wasservolumen 2 einer ein Gaspolster 3 (insbesondere ein Luftraum) aufweisenden Kondensationskammer mit ihren unteren Abströmenden la eintauchend angeordnet sind. Es ist lediglich ein solches Kondensationsrohr 1 als Beispiel für mehrere dargestellt, das mit seinem oberen, aus der Wasservorlage 2 ragenden nicht ersichtlichen Zuströmende an eine Quelle für zu kondensierenden Dampf oder für ein Dampf-Luft-Gemisch angeschlossen ist. Insbesondere ist das dargestellte Kondensationsrohr 1 für Abblaseeinrichtungen von sogenannten Druckabbausystemen der Siedewasserreaktoren vorgesehen, wobei das Druckabbausystem innerhalb eines Sicherheitsbehälters angeordnet ist. Der Hauptzweck eines solchen Druckabbausystems ist es, im Falle eines Kühlmittelverlustes durch Kondensation des ausströmenden Dampf-Wasser-Gemisches den Druck rasch abzubauen. Dazu sind im Druckabbausystem, wie erwähnt, eine Anzahl von Kondensationsrohren vorgesehen, welche von einer Druckkammer in die Wasservorlage 2 der Kondensationskammmer führen. Die Wasservorlage ist hierbei ihrem Sättigungsdruck entsprechend unterkühlt.

Die Anlagen des Druckabbausystem werden jedoch auch noch für weitere Zwecke mit Vorteil benutzt. So wird der Dampf der Druckentlastungs- und der Sicherheitsventile ebenfalls über entsprechende Kondensationsrohre in die Wasservorlage geleitet Auch der Abdampf der Notkondensations- und der Noteinspeiseturbinen wird zweckmäßigerweise in die Kondensationskammer geleitet, da angenommen wird, daß bei einem Einsatz dieser Turbinen der Hauptkondensator nicht mehr zur Verfügung steht.

Für den Kondensationsvorgang ist 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 Beginn eines Kühlmittelverlust-Störfalles. In den Abdampfleitungen und den entsprechenden Kondensationsrohren der Notkondensationsund der Noteinspeiseturbinen sowie im Verlaufe eines Kühlmittelverlust-Störfalles sind demgegenüber die Dampfstromdichten gering. Die auftretenden Dampfstromdichten reichen so von ca 1000 kg/m² - see beim Abblasen der Entlastungsventile bis herunter zu 2 bis 10 kg/m² · see bei Dampf-Schleichströmungen.

Damit die Dampfströmung und die im Wasservolumen erzeugten Blasen unterteilt werden und sich damit ein ruhiger Kondensationsvorgang beim Abblasen ergibt, ist das Abströmende la des Kondensationsrohres 1 mit in Achsrichtung verlaufenden, gegeneinander abgegrenzte und in die Wasservorlage 2 mündende Durchlässe bildenden Wandteilen 5 versehen. Die Wandteile 5 sind als Rohraufsatz R ausgebildet, welcher mit einer der Rohrmündung 16 entsprechenden Aussparung 7 auf die Rohrmündung 16 aufgesetzt ist. Der Rohraufsatz R weist hierbei eine erste Gruppe 5a von Wandteilen auf, welche in Flucht mit der Rohrmündung 16 liegt, ferner eine zweite Gruppe 56 von Wandteilen 5, weiche die erste Gruppe 5a der Wandteile umgibt und mit deren Durchlässen 4a seitlich komminiziert Die zweite Gruppe 56 der Wandteile ist ebenso wie die erste Gruppe 5a am unteren Ende e2 offen. Während jedoch die erste Gruppe 5a der Wandteile mit ihren nach oben zum Zuströmende e 1 offenen Durchlässen die unmittelbare Fortsetzung des durch das Kondensationsrohr 1 gebildeten Strömungs-

kanals bildet, kommunizieren die oben gleichfalls offenen Enden der Durchlässe Ab der zweiten Gruppe 5b der Wandteile mit der Wasservorlage 2. Die Wandteilgruppe 5a muß nicht zwangsläufig am unteren Ende offen sein, wenn hinreichender Durchtrittsquerschnitt von 5a zu 5b gegeben und hinreichender Austrittsquerschnitt durch die Wandteile 5b gebildet ist.

Die zweite Gruppe 5b der Wandteile 5 überlappt sich, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in axialer Richtung mit der Rohrmündung Ab. Der Rohraufsatz r ist im Bereich seiner Aufschiebe-Aussparung 7 mit einem Rohrabschnitt 8 versehen, dessen Innendurchmesser D_r dem Außendurchmesser D\ des Kondensationsrohres 1 entspricht, so daß längs der axialen Überlappungsstrekke 1 der Rohraufsatz auf das Kondensationsrohr 1 aufgeschoben ist. Zur Festlegung ist bei 9 eine umlaufende Schweißnaht zwischen Rohraufsatz R und dem Kondensationsrohr 1 vorgesehen.

Die in den Quadranten I, II und III dargestellten beiden Ausführungsformen der F i g. 2 weisen erste und zweite Gruppen 5a, 5b von Wandteilen 5 auf mit rohr-axial-radial verlaufenden Blechen 10, wodurch sektorförmige Durchlaßquerschnitte 4a, Ab gebildet werden. Während im ersten Ausführungsbeispiel (Quadrant I) die Bleche 10 von einem Zentralrohr 11 bis zu einem äußeren Hüllrohr 12 durchgehen und durchgehend sektorförmige Durchlässe 4 bilden, d.h., die Wandteile 5a, 56 sind miteinander vereinigt, ist beim zweiten Ausführungsbeispiel in den Quadranten II und III zusätzlich zu den radial verlaufenden Blechen 10 im Ringraum 13 der zweiten Gruppe 5b der Wandteile noch eine weitere Unterteilung durch zusätzliche radial verlaufende Wandteile 10' getroffen. Die Durchlaßkanäle im Ringraum 13 werden deshalb nochmals unterteilt. Zur Halterung dieser zusätzlichen Wandteile 10' sind geteilte Ringe 14 (vgl. auch F i g. 2a) in Schlitze 15 der Bleche 10 eingezogen. Die Ringhälften der Ringe 14 werden jeweils an ihren Enden mit Überlappungsstellen versehen und dann zu einem durchgehenden Ring 14 verschweißt. Im übrigen sind die Bleche 10 an ihrer Innenkante jeweils mit dem Zentralrohr 11 verbunden, vorzugsweise verschweißt und an ihren Außenkanten mit dem Hüllrohr 12. Die als Zwischenbleche ausgebildete zusätzlichen Wandteile 10' sind dementsprechend mit ihren Innenkanten an den Ringen 14 angeschweißt und mit ihren Außenkanten ebenfalls am Innenumfang des Hüllrohres 12.

Das im Quadranten IV dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht demjenigen nach den Quadranten II und III mit dem Unterschied, daß anstelle der ebenen Bleche 10, 10' nunmehr schlangenlinienförmig in radialer Richtung gewellte Bleche 16, 16' verwendet sind, wodurch sich die Benetzungs- und Kühlungsfläche noch vergrößern läßt. Anstelle der schlangenlinienförmigen Wellung könnten die Bleche 16,16' auch zickzackförmig sein.

Zur Versteifung des Rohraufsatzes R sind die auf einem rechtwinkligen Koordinatenkreuz liegend angeordneten Hauptbleche 10a, 106,10c, 10d in Achsrichtung gemäß Bereichen 17 verlängert und mit der

,„

Aufsetzhülse 8 verschweißt. Das Zentralrohr 11 kann, wie dargestellt, mit einem Strömungskegel 11a versehen sein, so daß ein strömungsgünstiger Übergang des zentralen Dampfstrahles auf die Durchlaßquerschnitte 5a erfolgt. Dies ist insbesondere bei Vollquerschnitt des Zentralrohres 11, das dann einen Stab bildet, angezeigt. Das Zentralrohr kann jedoch auch hohl mit einem scharfen Rand ausgebildet sein, so daß ein gewisser Anteil der Dampfströmung durch sein Inneres strömt. Der Verlauf der Dampfströmung ist durch Pfeile d angedeutet und der Verlauf der aus der Wasservorlage 2 zuströmenden Wasseranteile durch die Pfeile w. Ferner kann die Überleitungskegel am unteren Ende des Zentralrohres vorgesehen sein, der dann nahezu den gesamten Bereich 5a überdecken würde, so daß eine Überleitung auf den Flächenbereich der Wandteile 5b erfolgen würde und eine Verlängerung der Benetzungsund Kühlungsstrecke gegeben wäre.

Den in Fig.3 und 4 dargestellten beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die erste Gruppe 5a der Wandteile 5 von einem Aufschiebrohr 18 umfaßt ist, dessen Innendurchmesser Ae, wie schon anhand des Rohreinsatzes 8 gemäß F i g. 1 erläutert, dem Außendurchmesser D\ des Kondensationsrohres 1 entspricht, so daß dieses Aufschiebrohr 18 ebenfalls auf das Kondensationsrohr 1, d.h. dessen Rohrmündung \b aufschiebbar ist. Dieses Aufschiebrohr 18 geht jedoch durch bis zum unteren Ende des Rohraufsatzes R, so daß die zweite Gruppe 5b der Wandteile (Ringraum 13) auf ihrer ganzen axialen Länge das Innenrohr 18 umgibt und auch die ganze axiale Länge für Befestigungsmöglichkeiten zur Verfügung steht. Damit nun die Durchlässe Ab mit den Durchlässen 4a kommunizieren, ist das Aufschieb- bzw. Innenrohr 18 über seinen gesamten Mantel mit öffnungen 19 versehen, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel als Langloch-Reihen 19a ausgeführt sind. Aus Festigkeitsgründen sind in Umfangsrichtung einander benachbarte Lochreihen gegeneinander um eine halbe Lochlänge versetzt. Im übrigen sind gleiche Teile zur F i g. 1 bis 3 auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das im IV. Quadranten der Fig.4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist insofern modifiziert, als die erste Gruppe 5a der Wandteile aus gewellten Blechen 20 besteht, welche im Unterschied zu den Blechen 16 nach Fig.2 keine radiale Orientierung, sondern eine Sehnen-Orientierung haben. Durch die öffnungen 19 des Innenrohres 18 stehen auch hier die Durchlässe 4a zwischen den Blechen 20 strömungsmäßig in Verbindung mit den Durchlässen Ab zwischen den radial orientierten Blechen 21 der zweiten Wandteile 5b. Es erfolgt auch bei diesem Ausführungsbeispiel deshalb eine Feinunterteilung der Dampfströme und der sich bildenden Blasen und eine Auffächerung des aus der Mündung \b austretenden Dampfstromes bzw. Dampf-Luft-Wasser-Gemisches auf den größeren Durchtrittsquerschnitt, der durch den Rohraufsatz 18 gebildet wird. Die Wirkungsweise ist, wie anhand der Pfeile d und w verdeutlicht, sinngemäß zu den ersten drei Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 bis 3.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abblaseeinrichtung zur Überdruckbegrenzung bei Kernkraftwerken, insbesondere bei Siedewasser-Kernkraftwerken, mit mindestens einem Kondensationsrohr, das in das Wasservolumen einer ein Gaspolster aufweisenden Kondensationskammer (Wasservorlage) mit seinem unteren Abströmende eintauchend angeordnet und mit seinem oberen, aus der Wasservorlage ragenden Zuströmende an eine Quelle für zu kondensierenden Dampf oder für ein Dampf-Luft-Gemisch angeschlossen ist, wobei ferner das Abströmende des Kondensationsrohres zur Beruhigung der Kondensation mit in Achsrichtung verlaufenden, gegeneinander abgegrenzte und in die Wasservorlage mündende Durchlässe bildenden Wandteilen versehen ist, welche die Dampfströmung und die im Wasservolumen erzeugten Blasen unterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile als Rohraufsatz (R) ausgebildet sind, welcher mit einer der Rohrmündung (ib) entsprechenden Aussparung (7) auf letzteres aufgesetzt ist, daß der Rohraufsatz (R) eine erste Gruppe (5a) von Wandteilen (5) aufweist, welche in Flucht mit der Rohrmündung (ib) liegt, und eine zweite Gruppe (5b) von Wandteilen (5), welche die erste Gruppe (5a) der Wandteile umgibt und mit deren Durchlässen (4a) seitlich kommuniziert und welche mit ihren Durchlässen — außer an ihren unteren Enden (e 2) — zumindest an ihren oberen Enden mit der Wasservorlage (2) kommuniziert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe (Sb) der Wandteile (5) sich in axialer Richtung mit der Rohrmündung (ib) überlappt

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Gruppe (5a, 5b) von Wandteilen (5) mit rohr-axialradial verlaufenden Blechen (10) sektorförmige Durchlaßquerschnitte (4a, 4b) bilden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Gruppe (5a, 5b) von Wandteilen (5) mit rohr-axial verlaufenden und quer dazu gewellten Blechen (16, 16') Zickzack- oder schlangenlinienförmige Durchlaßquerschnitte bilden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohraufsatz (R) ein seine Wandteile (5) umfassendes Hüllrohr 12 aufweist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe (5a) der Wandteile von einem Aufschieb-Rohr (8, 18) umfaßt ist, dessen Innendurchmesser (D_n D\%) dem Außendurchmesser (D₁) des Kondensationsrohres (1) entspricht und das auf dessen Rohrmündung (ib) aufschiebbar ist, daß die zweite Gruppe (5b) der Wandteile (5) am Außenumfang des Aufschiebrohres (8, 18) befestigt ist und daß die Aufschiebrohrwand mit öffnungen (19) versehen ist, durch welche die Durchlässe (4a, 4b) der ersten und zweiten Wandteile (5a, 5b) miteinander kommunizieren.