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Vorrichtung zum Abbauen durch Austritt von Dampf
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in einer Druckkammer o.(lgl. entstandenen Drucks Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Abbauen durch Austritt von Dampf in einer Druckkammer o.(lgl.
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entstandenen Drucks durch Kondensieren des Dampfes, insbesondere bei
einem Kernreaktor, wie einem Siedewasserreaktor, mit einem Wasserbecken und einem
an die Druckkammer angeschlossenen, erheblich unterhalb des Wasserspiegels des Wasserbeckens
mündenden Kondensationsrohr.
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Bei Druckabbausystemen - vorwiegend in Siedewasserreaktoren - soll
im Störfall, wie Bruch einer Rohrleitung, der ausgeströmte bzw. ausströmende Dampf
nach geringem Druckaufbau in dem Austrittsraum bzw.
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in der den Reaktordruckbehälter umschließenden Druckkammer durch sogenannte
Kondensationsrohre hindurch in ein Wasserbecken geführt und dort erheblich unterhalb
des Wasserspiegels in das Wasser eingeleitet werden.
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Bei diesem Vorgang muß zunächst die in den Kondensationsrohren enthaltene
Luft in das Wasser gedrückt werden, der darauf der Dampf folgt. Diese beiden Vorgänge
können nicht gleichmäßig ablaufen, da infolge
Kompression und Depression
sowohl der Luft als auch des Dampfes, u.a. infolge partieller Abkühlung über die
außen von Wasser umgebenen Kondensationsrohre, aber auch wegen steten Schwankens
des Druckverhältnisses um ein theoretisches Mittel Schwingungen bis zu schlagartiger
Eigenschaft auftreten. Diese Schwingungen und Schläge müssen somit von den Wänden
und dem Boden des Wasserbeckens aufgenommen werden. Es ist daher erforderlich, die
Konstruktion auf diese möglichen Spitzenbelastungen auszulegen.
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Um die Kondensation zu verbessern, sind bereits verschiedene Einrichtungen
in Form besonders geformter Düsen, Köpfe mit einer Vielzahl von Düsen, beispielsweise
mit fünftausend Düsenbohrungen allein an dem Kopf nur eines Kondensationsrohres,
Entspannungssowie Mischköpfe zum Mischen des Dampfes mit dem Wasser vorgeschlagen
worden, die jedoch alle mehr oder weniger recht aufwendig, zum Teil aber auch nicht
sehr wirksam waren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung eingangs
erläuterter Art zu schaffen, mit der ein relativ schwingungs- und schlagarmes Einleiten
von Luft und Dampf in das Wasserbecken möglich ist, die Ausbildung der Wände und
des Bodens des Wasserbeckens hinsichtlich der Aufnahme von Kräften in vertretbaren
Grenzen gehalten werden kann, mit der Schwingungen des Kondensationsrohres weitgehend
unterbunden werden können, mit der die Kondensation verbessert und eine möglichst
fließende Mischung von Dampf und Wasser erreicht werden können,
und
die sich durch eine einfache, wenig aufwendige sowie betriebssichere Konstruktion
auszeichnet.
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Bei einer Vorrichtung zum Abbauen durch Austritt von Dampf in einer
Druckkammer o.dgl. entstandenen Drucks durch Kondensieren des Dampfes, insbesondere
bei einem Kernreaktor, wie einem Siedewasserreaktor, mit einem Wasserbecken und
einem an die Druckkammer angeschlossenen, erheblich unterhalb des Wasserspiegels
des Wasserbeckens mündenden Kondensationsrohr, ist die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß auf oder über dem Boden des Wasserbeckens ein Lenkkörper mit einem angenähert
von einer zu dem Boden Parallelen ausgehend, zunächst flach und in Richtung auf
die Mündung des Kondensationsrohres progressiv steiler verlaufenden Profil, etwa
der Form des Schallkörpers einer Trompete, angeordnet ist, und daß das obere Ende
des Lenkkörpers etwa in Höhe der offenen Mündung des Kondensationsrohres angeordnet
ist oder in die Mündung hineingreift, weiter daß an dem oberen Abschnitt des Lenkkörpers
Führungselemente für eine radiale Führung des Kondensationsrohres, wie Führungsrippen,
radial gerichtete Führungsblätter o.dgl. angeordnet sind. Durch diese Maßnahmen
ist erreicht, daß sich aus dem Kondensationsrohr bzw. den Kondensationsrohren austretender
Dampf zu einer stetig dünner werdenden, etwa kreisringförmigen Schicht ausgebreitet
und mit dem Wasser zwecks Kondensation in innigen Kontakt gebracht wird. Dies kann
dank der konstruktiven Ausbildung auf relativ schwingungs- und schlagarme
Weise
geschehen. Auftretende Schwingungen und Schläge werden in ihrer Kraftrichtung vornehmlich
in den Boden eingeleitet, so daß die Wände des Wasserbeckens einer besonders starken
Dimensionierung nicht bedürfen. Das bzw. die Kondensationsrohre sind an ihren unteren
Enden radial geführt, so daß sie in radialer Richtung nicht nennenswert in Schwingungen
geraten können. In axialer Richtung sind sie jedoch frei beweglich, um Längungen
durch Wärmedehnung folgen oder geringe Maßabweichungen ausgleichen zu können.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt sich
der radial gerichteten Ringzone des Lenkkörpers eine Ringzone mit regressiv fortschreitendem
Durchmesser bei Abkehr von dem Boden an, so daß der kreisringförmige Schwall Dampf
bei weiterer Verdünnung seiner Schichtdicke von dem Boden weg etwa nach oben umgelenkt
wird. Die bereits zuvor erläuterten Wirkungen in Bezug auf Schwingungen, Schläge
und die Kondensation werden auf diese Weise noch verstärkt bzw. unterstützt.
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Weiter wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daR auf dem Lenkkörper
Leitrippen o.dgl. - vorzugsweise anfänglich mit großer und nachfolgend sich verringernder
Steigung - vorgesehen sind. Hierdurch werden der Weg des Schwalles Dampf und damit
die Kondensationszone vergrößert. Infolge des Dralls auch in dem Dampf und teilweise
im Wasser werden kreisende Strömungen verursacht, die eher an den festen Wänden
entlangstreichen als auf diese auf zutreffen.
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Nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann der Lenkkörper
aus einer Mehr- oder Vielzahl streifenförmiger, um je eine Achse gewölbter Streifen
zusammengesetzt sein und in seinen zu seiner Achse senkrechten Ebenen einen vieleckigen,
quasirunden Querschnitt aufweisen. Diese Ausbildung ermöglicht ein Herstellen des
Lenkkörpers aus einer Mehrzahl etwa trapezförmiger oder dreieckiger, an den Seiten
eingezogener Abschnitte Blech o.dgl. durch Schweißen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zum Abbauen durch Austritt von Dampf
in einer Druckkammer o.dgl. entstandenen Drucks, ausschnittsweise und geschnitten
in einer in ihrer Achse gelegenen Ebene, Fig. 2 einen Ausschnitt der Vorrichtung
in der Draufsicht und nach Schnitt II-II nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere Vorrichtung,
jedoch ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 1 und in gleicher Darstellung, und Fig.
4 eine weitere Vorrichtung, jedoch ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 1 und in gleicher
Darstellung.
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Nach der Zeichnung befindet sich unterhalb einer Druckkammer 1 und
von dieser durch eine horizontale Trennplatte 2 druckdicht getrennt ein aus Wänden
31 und Boden 32 bestehendes Wasserbecken 3, das soweit mit Wasser gefüllt ist, daß
sich der Wasserspiegel n nahe unterhalb der Trennplatte 2 befindet. Von der Druckkammer
1 fuhrt ein sogenanntes Kondensationsrohr 4 in das Wasserbecken 3, wo seine Mündung
41 erheblich unterhalb des Wasserspiegels n liegt. Das Kondensationsrohr 4 ist bis
einschließlich seiner Mündung ein schlichtes Rohr ohne irgendwelche Verformungen,
Anbauten o.dgl..
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Weiter ist nach der Zeichnung auf dem Boden 32 des Wasserbeckens 3
ein Lenkkörper 5, 5' bzw. 5" mit einem, angenähert von einer zu dem Boden parallelen
Ebene ausgehend, zunächst flach und in Richtung auf die Mündung 41 des Kondensationsrohres
4 progressiv steiler verlaufenden Profil p angeordnet. Das obere Ende 51, 51' bzw.
51" des Lenkkörpers greift in die Mündung 41 bzw. in den Endabschnitt des Kondensationsrohres
4 hinein.
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An dem oberen Abschnitt 51, 51' bzw. 51" des Lenkkörpers 5, 5' bzw.
5" sind Führungselemente für eine radiale Führung des Kondensationsrohres 4, nämlich
Führungsrippen 52, 52' bzw. 52" angeordnet, auf denen geführt, das Kondensationsrohr
4, beispielsweise infolge Wärmedehnung, axial gleiten kann. Nach der Zeichnung sind
drei solcher Führungsrippen vorgesehen, jedoch sind deren Anzahl und Formgebung
frei wählbar.
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Nach Fig. 3 schließt sich der etwa radial gerichteten Ringzone q des
Lenkkörpers 5' eine Ringzone r mit regressiv fortschreitendem Durchmesser bei Abkehr
von dem Boden 32 an.
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Nach Fig. 4 sind auf dem Lenkkörper 5" Leitrippen 53 mit - von oben
nach unten bzw. in Strömungsrichtung - anfänglich großer und nachfolgend sich verringernder
Steigung vorgesehen.
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Nach Fig. 1, Fig. 3 und Fig. 4 baut sich - wie nicht weiter dargestellt
- bei Auftreten ausströmenden Dampfes, beispielsweise infolge Brechen einer dampfführenden
Rohrleitung in der Druckkammer 1 Druck auf. Durch diesen Druck werden zunächst die
in dem Kondensationsrohr befindliche Luft und anschließend der gespannte Dampf durch
das Kondensationsrohr - Pfeil A - erheblich unterhalb des Wasserspiegels n in das
Wasser geleitet. Wie bereits ausgeführt, treten hierbei Schwingungen und Schläge
auf, die ohne jegliche Lenkung ungehindert auf die Wand 31 und den Boden 32 des
Wasserbeckens 3 auftreffen würden. Durch den Lenkkörper 51, 51' bzw. 52" werden
jedoch die Schwingungs- bzw. Druckwellen allmählich umgelenkt und verteilt. Dank
der Führungsrippen 52, 52' bzw. 52" sind radiale Schwingungen des freien Endes des
Kondensationsrohres weitgehend vermieden. Zugleich wird der Dampf bei Austreten
aus der Mündung 41 unter Schichtdickenverminderung aus einer vollen Strömung mit
kreisflächenförmigen Querschnitt in eine ständig dünner werdende kreisringförmige
Strömung übergeführt,
so daß eine sehr große Berührungsfläche zwischen
Dampf und Wasser gebildet und somit die Kondensation gefördert werden.
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Nach Fig. 3 wird die Schichtdickenverminderung durch die Ausbildung
der Kreisringzone r noch weiter gezielt fortgesetzt.
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Nach Fig. 4 erhält der Dampf durch die Leitrippen 53 zusätzlich einen
Drall.
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In Fig. 1, Fig. 3 und in Fig. 4 ist diese Wirkungsweise durch Kennzeichnen
der "Dampfschicht" mittels Schraffur und unterbrochener Umrißlinie veranschaulicht.
Während die offenen Pfeile die hauptsächliche Strömungsrichtung des Dampfes anzeigen,
verdeutlichen die geschlossenen Pfeile, wie bei Austritt des Dampfes aus der Mündung
41 des Kondensationsrohres 4 sogleich Wasser aus der Umgebung der Mündung 4; mitgerissen
oder mitgeführt wird.
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Erfindungsgemäße Lösungen sind nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränkt. Der grundsätzliche Erfindungsgedanke, die Dampf schichtdicke gegenüber
dem Wasser zu verringern und die Einleitung von Schwingungen in das Wasserbecken
zu vermeiden, gestattet zahlreiche Ausgestaltungen.
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Patentansprüche: