DE2913461B2 - Abgewinkelte Gasführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine abgewinkelte Gasführung für ein mit hoher Geschwindigkeit strömendes Gas hohen Druckes und hoher Temperatur, insbesondere zur Verbindung des Heißgassammelraumes eines gasgekühlten Hochtemp^raturreaktors mit einer Komponente des Kühlgaskreislaufes, mit einer Gasleitvorrichtung, die schräg an der Umlenkstelle in die Gasführung eingebaut ist und den größten an der Umlenkstelle vorhandenen Querschnitt überdeckt.

Es gehört zum Stand der Technik, bei gasgekühlten Kernreaktoren, die mit den Primärkreislaufkomponenten, wie z. B. Dampferzeugern, in einem gemeinsamen Druckbehälter untergebracht sind, den den Reaktorkern enthaltenden Teil der Anlage durch Abschirmein

richtungen von dem Teil zu trennen, in dem die

⁴' Primärkreislaufkomponenten durch direkte Neutronenbestrahlung aktiviert werden. Durch eine besondere Formgebung des Abschirmaufbaus wird dafür Sorge getragen, daß das Kühlgas ohne wesentlichen Druckabfall von dem Reaktorkern zu den Primärkreislaufkomponenten strömen kann, ohne daß schädliche Strahlung durch den freien Querschnitt der den Reaktorkern mit den Komponenten verbindenden Gasführung durchtritt Aus der Auslegeschrift 1083 945 ist eine Kernreaktorabschirmung bekannt, die ein zylindrisches Innenstück und einen äußeren Abschirmungsring aufweist, welche zusammen mit einem weiteren Abschirmungsring einen S-förmigen Strömungsweg für das Kühlmittel bilden. Diese Abschirmung bedingt einen großen Materialaufwand.

In der Offenlegungsschrift 1464 705 ist eine gegen Strahlung abgeschirmte Rohrleitung beschrieben, die gerade aus dem Reaktorkern herausgeführt wird. Im Bereich der Durchführung durch den Reaktorbehälter zeigt sie eine Erweiterung, in der ein Abschirmblock eingebaut ist Dieser deckt den Leitungsquerschnitt ab, und die Gas- oder Flüssigkeitsströmung wird um den Abschirmblock herumgeführt Diese Art der Abschirmung hat den Nachteil, daß der Leitungsquerschnitt im Bereich des Abschirmblockes vergrößert sein muß.

Es ist auch üblich, die Gasführung nach dem Durchtritt durch eine Abschirmwand um 90° umzubiegen, also eine abgewinkelte Gasführung zu verwenden.

Dies ist beispielsweise bei dem THTR-300 MWe der Fall, bei dem das in dem Raktorkern aufgeheizte Gas in einem Heißgassammelraum und durch je eine Gasführung den Dampferzeugern zugeleitet wird. Die Gasführungen treten zunächst horizontal durch den thermisehen Schild hindurch und werden darauf um 90° nach oben umgebogen derart, daß sie mit dem Mantel eines der Dampferzeuger verbunden werden können.

Bei einer solchen Gasführung wirkt sich nachteilig aus, daß sich durch die Umlenkung des Gasstromes in dem abgewinkelten Teilstück der Gasführung eine ungleichmäßige Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung einstellen. Erstere führt zu ungünstigen Anströmverhältnissen bei der der Gasführung nachgeschalteten Komponente, was eine Überbeanspruchung und damit Zerstörung von Teilen des unteren Bereichs dieser Komponente zur Folge hat. Das ungleichmäßige Temperaturprofil bewirkt die Bildung von unterschiedlich heißen Strähnen in der Gasströmung, was ebenfalls vermieden werden muß.

In den britischen Patentschriften 10 13 926 und 10 35134 sind ebenfalls zwei um 90° abgewinkelte Gasführungen beschrieben, die den Reaktorkern mit einem Wärmetauscher verbinden und durch eine Abschirmwand geführt sind, welche den Reaktorkern von dem Raum für die Wärmetauscher trennt. Diese Gasführungen weisen Gasleitvorrichtungen auf, die an den Umlenkstellen schräg eingebaut sind und den größten dort vorhandenen Querschnitt überdecken. Jede dieser Gasleitvorrichtungen ist in der Art eines Schaufelgitters ausgebildet und hat die Aufgabe, den Druckverlust in der Gasführung zu vermindern. Bei der in der erstgenannten Patentschrift gezeigten Gasführung sind neben den Gasleitvorrichtungen noch längsverlaufende Rippen vorgesehen, die um den Umfang der Gasführung angeordnet sind und diese unterteilen. Die Rippen bestehen aus neutronenmoderierendem sowie aus /-Strahlung und thermische Neutronen absorbierendem Material. Die Schaufeln der

Gasleitvorrichtungen befinden sich jeweils zwischen den Rippen.

Bei diesen abgewinkelten Gasführungen werden zwar die Druckveriuste an den UmlenkstcUen durch die Gasleitvorrichtungen in Grenzen gehalten; die sich in den abgewinkelten Teilstücken der Gasführungen einstellenden Gasströmungen zeigen jedoch noch große örtliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit

Eine weitere Gasführung mit einer Gasleitvorrichtung in Form eines Schaufelgitters ist aus der Offenlegungsschrift 22 57 699 bekannt hier handelt es sich um eine gekrümmte Rohrleitung großer Nennweite, an deren Krümmungsstelle das Schaufelgitter eingebaut ist

Es sind auch schon Einrichtungen zur besseren Durchmischung des heißen Kühlgases eines Kernreaktors vorgeschlagen worden. Diese sind jedoch innerhalb des unter dem Reaktorkern befindlichen Heißgassammelraums angeordnet und bewirken eine Vergleichmäßigung des Temperaturprofils vor dem Eintritt des Gasstromes in die Heißgasführungen.

Eine dieser Einrichtungen besteht aus einem V-förmigen Verdrängungskörper, der vor jeder Heißgasführung auf dem Boden des Heißgassammelraumes installiert ist 2s und das abströmende Heißgas nach oben lenkt.

Bei einer anderen Einrichtung wird eine gute Durchmischung des heißen Kühlgases dadurcn erzielt, daß in dem Heißgassammelraum angeordnete Rundsäulen, die den Bodenreflektor tragen, als Hohlsäulen ausgebildet sind. Die Innenräume der Hohlsäulen stehen einerseits durch radiale Bohrungen mit dem Heißgassammelraum in Verbindung und sind andererseits mit Kühlgasdurchlässen in dem Bodenreflektor verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs beschriebene abgewinkelte Gasführung so auszugestalten, daß in dem abgewinkelten Teilstück ein gleichmäßiges Strömungs- und Temperaturprofil erzielt wird, ohne daß sich der Druckverlust merkbar erhöht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gasleitvorrichtung aus einer zu ihrer Fläche dicken Lochplatte besteht, die parallel zur Wandung Jes abgewinkelten Teilstücks der Gasführung angeordnete Durchbrüche aufweist.

Wie sich bei Versuchen herausstellte, wird mit einer Lochplatte, deren Durchbrüche gemäß der Erfindung ausgebildet sind, eine gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Gasführung verteilte Strömungsgeschwindigkeit nach der Umlenkung erzielt, wobei nur ein sehr geringer Druckverlust eintritt. Die örtlichen Geschwindigkeitsunterschiede sind so weit geglättet, daß eine gleichmäßige Durchströmung einer der Gasführung nachgeschalteten Komponente, z. B. eines Dampferzeugers, gewährleistet ist. Neben dieser Verbesserung der Anströmverhältnisse für die nachgeschaltete Komponente wird auch eine Vergleichsmäßigung des Temperaturprofils erreicht, da durch die Lochplatte eine bessere Durchmischung des Gases erfolgt. Die Entstehung von heißen Gassträhnen wird somit vermieden.

Da die Lochplatte im Verhältnis zu ihrer Fläche dick ausgebildet ist, besitzt sie eine hinreichend große Stabilität und kann somit nicht in Schwingungen geraten. Zugleich kann sie als Abschirmung gegen Strahlung dienen, und es sind daher innerhalb der Gasführung keine zusätzlichen Einbauten erforderlich. Die Abschirmwirkung kommt durch die schräge Anordnung der Lochplatte und die mit Neigung zu den Lochplatten-Stirnflächen veriaufenden Durchbräche in der Lochplatte sowie durch das günstige Verhältnis des Durchmessers der Durchbrüche zu ihrer Länge zustande.

Bei einer solch dicken Lochplatte kann es zweckmäßig sein, die seitliche Begrenzungsfläche der Lochplatte parallel zur Wandung des abgewinkelten Teilstücks der Gasführung anzuordnen.

Die Lochplatte kann aus metallischen oder auch aus keramischen Werkstoffen hergestellt sein. Bei der Auswahl des Werkstoffes spielen die in der Gasführung vorliegenden Druckverteilungen eine Rolle.

Vorzugsweise sind die in der Lochplatte vorgesehenen Durchbrüche kreisrund und besitzen vorteilhafterweise gleiche Durchmesser, wobei sie über die Lochplatte verteilt in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind. Der optimale Durchmesser der Durchbräche läßt sich in Strömungsuntersuchungen durch Veränderung der örtlichen Durchlaßwiderstände ermitteln. Ein hinreichend geglättetes Geschwindigkeitsprofil (mit maximalen örtlichen Geschwindigkeitsunterschieden von ca. +10%, bezogen auf eine mittlere Geschwindigkeit) ergibt sich bei einer Lochplatte mit einer freien Fläche von mindestens 50%. Eine Lochplatte mit enger Perforierung weist zudem den Vorteil auf. daß nur geringe stationäre Wärmespannungen auftreten und instationäre Wärmespannungen weitgehend vermieden werden. Bei einer Gasführung ohne eine Lochplatte gemäß der Erfindung können die Abweichungen der örtlichen Geschwindigkeiten von der mittleren Geschwindigkeit zum Teil bis über 100% betragen.

Die Lochplatte ist an mindestens drei Punkten in der Wandung der abgewinkelten Gasführung gelagert.

Eine besonders gute Einsatzmöglichkeit ergibt sich für die Lochplatte in einer abgewinkelten Gasführung, deren vor und hinter der Umlenkstelle befindliche Teilstücke unterschiedliche Querschnittsformen zeigen, wobei beispielsweise das erste Teilstück einen rechtekkigen Querschnitt aufweist und das abgewinkelte Teilstück von kreisförmigem Querschnitt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gasführung schematisch dargestellt Die Figuren zeigen im einzelnen:

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Gasführung nach der Linie I-I der F i g. 2,

F i g. 2 die Draufsicht auf das in der F i g. 1 dargestellte Teilstück der Gasführung.

Die F i g. 1 und 2 lassen eine Gasführung 1 erkennen, die aus einem ersten, horizontal angeordneten Leitungsstück 2 und einem um 90° nach oben abgebogenen zweiten Leitungsstück 3 besteht, im folgenden abgewinkeltes Teilstück genannt Die Umlenkstel'.e ist mit 4a, 4b bezeichnet Die Gasführung 1 ist auf ihrer Innenseite mit einer Metallfolienisolierung 5 versehen, die eine als Gasführungshemd dienende Abdeckung 6 aufweist.

Das horizontale Leitungsstück 2 der Gasführung 1 besitzt einen rechteckigen Querschnitt und stützt sich über Abstützelemente 8 auf einer aus Graphit bestehenden Abschirmung 7 ab. Diese ist auf dem Boden der Reaktorkaverne gelagert (nicht dargestellt). Das abgewinkelte Teiistück 3, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist in seinem unteren Bereich beweglich in einer weiteren Abschirmung 9 eingelassen, die zwischen dem abgewinkelten Teilstück 3 und der Wand der Reaktorkaverne angeordnet ist. Zwischen dem Leitungsstück 2 und der Abschirmung 7 wie auch zwischen dem abgewinkelten Teilstück 3 und der

Abschirmung 9 befindet sich je ein freier Raum 10 bzw. 11, und die beiden Räume 10, 11 sind Teil einer Gasführung, durch die kaltes Gas, das von einem dem Dampferzeuger nachgeschalteten Gebläse kommt, an der Außenwand des Reaktorkerns entlanggeführt und dann in den Reaktorkern zurückgeleitet wird (nicht dargestellt).

In dem abgewinkelten Teilstück 3 ist eine dicke Lochplatte 12 aus Metall oder Keramik installiert, die elliptischen Querschnitt besitzt und eine Vielzahl von kreisrunden Durchbrüchen 13 aufweist Die Durchbrüche 13 haben alle denselben Durchmesser und sind in einem regelmäßigen Gitter 14 über die Lochplatte 12 verteilt Anzahl und Größe der Durchbrüche 13 sind so festgelegt, daß der freie Querschnitt der Lochplatte 12 mindestens 50% beträgt.

Die Lochplatte 12 ist schräg in dem abgewinkelten Teilstück 3 der Gasführung 1 eingebaut; in dem

dargestellten Ausführungsbeispiel ist sie um 20° zur Horizontalen geneigt, ihre Anordnung ist so getroffen, daß sie den größten an der Umlenkstelle 4a, Ab vorhandenen Querschnitt überdeckt; d. h. sie erstreckt sich von 4a nach Ab, wie aus der Fig.! ersichtlich ist. Die seitliche Begrenzungsfläche 15 und die Durchbrüche 13 der Lochplatte 12 sind parallel zur Wandung des abgewinkelten Teilstücks 3 ausgerichtet.

Wie aus der F i g. 2 zu erkennen ist, stützt sich die Lochplatte 12 an drei Punkten A, B, C in der Wandung der Gasführung 1 ab.

Durch die Lochplatte 12 wird eine Vergleichmäßigung des Strömungs- und des Temperaturprofils des von dem Reaktorkern kommenden Heißgases in dem abgewinkelten Teilstück 3 der Gasführung 1 erzielt Damit ergeben sich gute Anströmvcrhältnisse für den an das abgewinkelte Teilstück 3 angeschlossenen Dampferzeuger.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Abgewinkelte Gasführung für ein mit hoher Geschwindigkeit strömendes Gas hohen Druckes und hoher Temperatur, insbesondere zur Verbindung des Heißgassammelraumes eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einer Komponente des Kühlgaskreislaufs, mit einer Gasleitervorrichtung, die schräg an der Umlenkstelle in die Gasführung eingebaut ist und den größten an der Umlenkstelle vorhandenen Querschnitt überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitvorrichtung aus einer zu ihrer Fläche dicken Lochplatte (12) besteht, die parallel zur Wandung des abgewinkelten Teilstückes (3) der Gasführung (1) angeordnete Durchbrüche (13) aufweist

2. Abgewinkelte Gasführung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Begrenzungsfläche (15) der Lochplatte (12) parallel zur Wandung des abgewinkelten Teilstückes (3) der Gasführung (1) angeordnet ist

3. Abgewinkelte Gasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (12) aus metallischem Werkstoff hergestellt ist

4. Abgewinkelte Gasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (12) aus keramischem Werkstoff hergestellt ist

5. Abgewinkelte Gasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise kreisrunden Durchbrüche (13) in der Lochplatte (12) mit gleichen Durchmessern und in einem regelmäßigen Gitter (14) über die Lochplatte (12) ausgeführt sind.

6. Abgewinkelte Gasführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Lochplatte (12) mindestens 50% beträgt

7. Abgewinkelte Gasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (12) an mindestens drei Punkten (A, B, C) in der Wandung der Gasführung (1) gelagert ist.

8. Abgewinkelte Gasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (12) in eine Gasführung (1) eingebaut ist, deren vor und hinter der Umlenkstelle (4a, b) befindliche Teilstükke, (2, 3) unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, wobei z. B. das erste Teilstück (2) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und das abgewinkelte Teilstück (3) von kreisförmigem Querschnitt ist.