DE2950675A1

DE2950675A1 - Anordnung und verfahren zum einspeisen einer speisefluessigkeit in ein druckgefaess

Info

Publication number: DE2950675A1
Application number: DE19792950675
Authority: DE
Inventors: Norman Jay Lipstein
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-12-26
Filing date: 1979-12-15
Publication date: 1980-07-10
Also published as: US4247262A; IT7928140A0; DE2950675C2; JPS55116430A; CH643344A5; JPS5716658B2; SE7909912L; ES485216A1; IT1125931B

Description

Anordnung und Verfahren zum Einspeisen einer Speiseflüssigkeit in ein Druckgefäß

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung zum Einspeisen einer Speiseflüssigkeit in ein Druckgefäß und zum Mischen der Speiseflüssigkeit mit in dem Druckgefäß enthaltener Flüssigkeit, wobei eine Strömungsabschirmende Ejektorwärmehülse vorgesehen ist.

Bei einer Anzahl von industriellen Verfahren wird eine relativ kalte Speiseflüssigkeit in ein Gefäß eingespeist und mit relativ heißer Flüssigkeit darin vermischt. Beispiele dafür sind Wärmetauscher und Dampferzeuger. Beispielsweise ist in einem Dampferzeuger, wie einem Siedewasserreaktor, die Wärmequelle ein in einem Druckgefäß enthaltener Kernbrennstoffkern. Anordnungen zum Einspeisen und Vermischen sind bekannt.

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Bei einer Bauart einer solchen Anordnung ist eine Einlaßleitung vorgesehen, die mit dem Gefäß über eine Eihlaßdüse verbunden ist. Ein innerhalb des Gefäßes angeordneter Sprenger oder Strahlverteiler (sparger) hat wenigstens eine Auslaβöffnung, die die Speiseflüssigkeit als einen Hochgeschwindigkeitsstrahl in die in dem Gefäß enthaltene Flüssigkeitsmasse einleitet. Eine Sprengerversorgungsleitung ist innerhalb der Düse angeordnet und bringt die Einlaßleitung in Strömungsverbindung mit dem Sprenger, so daß Speiseflüssigkeit von der Einlaßleitung zu der Auslaßöffnung und durch dieselbe hindurchgeleitet wird. Die Außenfläche von wenigstens einem Teil der Versorgungsleitung ist mit Abstand von der Innenfläche der Düse angeordnet, so daß zwischen ihnen ein ringförmiger Hohlraum gebildet ist, der sich in das Gefäß öffnet. (Solche Sprengerversorgungsleitungen werden auf dem einschlägigen Fachgebiet manchmal auch als Wärmehülsen ("thermal sleeves") bezeichnet.) Bei den bekannten Anordnungen werden verschiedene Dichtungen zwischen einem stromaufwärtigen TeiJ. der Versorgungsleitung und der Düse benutzt, um zu versuchen, Anordnungen zu schaffen, in denen die relativ kalte Speiseflüssigkeit auf das Innere der Sprengerversorgungsleitung beschränkt bleibt. Typischerweise sind solche Dichtungen jedoch unvollkommen, wodurch ein Teil der Speiseflüssigkeit an der Dichtung vorbeileckt. Dieser Leckstrom, der, wie oben angegeben, relativ kalt ist, fließt durch den ringförmigen Zwischenraum eng an der Innenfläche der Düse entlang und tritt in die in dem Gefäß enthaltene Flüssigkeitsmasse an dem stromabwärtigen Ende der Düse ein/ z.B. an dem Übergangsradius (blend radius) der Düse. In solchen Anordnungen sind nach veränderlichen Gebrauchszeitepannen Risse längs der Innenfläche und des Ubergangsradiue der Einlaßdüse festgestellt worden. Von diesen Rissen wird angenommen, daß sie sich aufgrund einer Temperaturwechselbeanspruchung des inneren Teils der Düse ergeben, well dieser abwechselnd dem heißen Wasser oder einer anderen Flüs-

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sigkeit in dem Gefäß und dem relativ kälteren Speisewasser oder durch das Speisewasser gekühltem Wasser ausgesetzt ist.

Eine Verbesserung der oben beschriebenen Anordnung bildet den Gegenstand einer älteren deutschen Patentanmeldung P 29 28 532.3 auf die bezüglich weiterer Einzelheiten Bezug genommen wird. Die Verbesserung gemäß diesem älteren Vorschlag beinhaltet eine Ejektorwärmehülse, die einen innerhalb des ringförmigen Hohlraums angeordneten stromaufwärtigen Teil hat. Der stromaufwärtige Teil umschließt umfangsmäßig und mit Abstand einen stromabwärtigen Teil der Sprengerversorgungsleitung. Der stromaufwärtige Hülsenteil ist gegenüber der Einlaßdüse abgedichtet, um einen Leckstrom in das Gefäß längs des stromabwärtigen Endes der Düse im wesentlichen zu verhindern. Ein stromabwärtiger Teil der Ejektorwärmehülse, der in Strömungsverbindung mit dem stromaufwärtigen Teil derselben steht, umschließt umfangsmäßig und mit Abstand die Sprengerauslaßöffnung in den Flüssigkeitsausstoß unterstützender Weise, so daß eine sich in das Gefäß öffnende Ejektorkammer vorhanden ist. Im Betrieb bleibt der Speiseflüssigkeitsleckstrom auf das Innere der Ejektorwärmehülse beschränkt und wird durch und mit dem durch die Auslaßöffnung austretenden Speiseflüssigkeitsstrom aus der Kammer ausgestoßen.

Die verbesserte Anordnung gemäß dem älteren Vorschlag bringt zwar einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, es sind jedoch weitere Verbesserungen zum weiteren Verringern des vorgenannten Rißbildungsproblems erwünscht.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung hat es sich

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herausgestellt, daß die verbesserte Anordnung gemäß dem älteren Vorschlag weiter verbessert werden kann, indem die Dichtung zwischen der Einlaßdüse und der EjektorwärmehÜlse beseitigt wird, ohne daß die Kontrolle über den Speiseflüssigkeitsleckströmungsweg verloren geht. Die Ej ektorwirkung der Hauptströmung der über die AuslaßÖffnüng austretenden Speiseflüssigkeit bewirkt, daß zusätzlich ein isolierender Strom von heißer Flüssigkeit aus dem Druckgefäß sequentiell stromaufwärts über einen radial äußeren Teil des ringförmigen Hohlraums (d.h. den radial außerhalb der Ejektorwärmehülse und radial innerhalb der Düse gelegenen Teil) in das Innere des stromaufwärtigen Teils der Hülse und stromabwärts mit dem hindurchgehenden Leckstrom gezogen wird, wobei die aus dem Gefäß abgezogene Flüssigkeit über die Ejektorkammer in dasselbe zurÜckgeleitet wird.

Die Erfindung schafft, allgemein gesagt, in einer ihrer Ausgestaltungen eine Verbesserung gegenüber dem oben angeführten älteren Vorschlag. In dieser Verbesserung 1st der Teil der Ejektorwärmehülse innerhalb der Düse mit Abstand einwärts von der Innenfläche derselben angeordnet, so daß ein insgesamt ringförmiger Durchflußraum gebildet ist4 Das stromaufwärtige und das stromabwärtige Ende dieses Raums sind offen und dieser Raum ist frei von Vorrichtungen (z.Bi Dichtungen), die den Flüssigkeitsdurchfluß entweder behindern oder im wesentlichen verhindern. Das stromabwärtige Ende des Durchflußraums steht in Strömungsverbindung mit dem Gefäß, um aus diesem einen Strom relativ heißer Flüssigkeit zu empfangen. Das stromaufwärtige Ende des Durchflußraums steht in Strömungsverbindung mit dem Inneren des stromaufwärtigen Teils der Ejektorwärmehülse.

Trotz des Eliminierens der bei dem älteren Vorschlag zwischen der Einlaßdüse und der Ejektorwärmehülse benutzten Dichtung bleibt wenigstens ein wesentlicher Teil des FlUs-

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sigkeitsleckstroms auf das Innere der Hülse beschränkt und wird aus der Kanuner durch und mit dem durch die Auslaßöffnung austretenden Speiseflüssigkeitsstrom ausgestoßen. Außerdem wird durch die oben erwähnte, durch Ejektorwirkung hervorgerufene Strömung von heißer Flüssigkeit durch den radial äußeren Teil des ringförmigen Hohlraums (d.h. den Durchflußraum) die Temperaturwechselbeanspruchung der Innenfläche der Düse weiter minimiert und außerdem wird die durch Wärmeeinwirkung hervorgerufene Rißbildung an dieser weiter verringert.

In anderer Ausgestaltung schafft die Erfindung, allgemein gesagt, ein verbessertes Verfahren zum Einspeisen einer Speiseflüssigkeit in eine in einem Druckgefäß enthaltene Flüssigkeitsmasse und zum Vermischen der Speiseflüssigkeit mit der Flüssigkeitsmasse.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht und teilweise im Schnitt ein Dampferzeugungssystem, das die verbesserte Anordnung nach der Erfindung als einen Bestandteil enthält,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht, die die

verbesserte Anordnung ausführlicher zeigt, und

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils des stromab-

wärtigen Endes der verbesserten Anordnung.

Fig. 1 zeigt ein Dampferzeugungssystem 10 mit einem Druckgefäß 12, in dessen Inneren eine Wärmequelle 14 (mit gestrichelten Linien dargestellt) untergebracht ist, bei der

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es sich beispielsweise um den Kern eines Kernreaktors handeln kann, d.h. das Gefäß ist ein Siedewasserreaktor* Die Wärmequelle ist von einem Mantel 16 umgeben und das Gefäß ist bis zu einer durch eine Linie 18 angegebene Höhe mit einer verdampfbaren Arbeitsflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, gefüllt. Das Wasser wird in der Wärmequelle durch eine Pumpe P1 umgewälzt, die Wasser aus einem Ring 20 entnimmt und einen unteren Sammelraum 22 unter Druck setzt, wodurch Wasser durch die Wärmequelle hindurchgedrückt und ein Teil des Wassers verdampft wird. Das sich ergebende heiße Gemisch aus Dampf und Wasser geht durch mehrere Dampftrockner 24 hindurch. Der Dampf wird in einem oberen Sammelraum 26 aufgefangen, während das abgeschiedene heiße Wasser zu der in dem Gefäß enthaltenden Umlaufwassermasse zurückkehrt. Dampf wird dem oberen Sammelraum über eine Dampfleitung 28 entnommen und einem Verbraucher zugeführt, wie einer Turbine 30, die einen elektrischen Generator 32 antreibt. Der Turbinenabdampf wird in einem Kondensator 34 kondensiert und anschließend wird der kondensierte Dampf als Speisewasser über ein oder¹ mehrere Speisewasserheizelemente 36 und eine Pumpe P2 zu dem Gefäß zurückgeleitet. Frischwasser kann dem Speisewasserheizelement 36 über eine Leitung 38 aus einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) zugeführt werden.

In der verbesserten Anordnung nach der Erfindung wird das Speisewasser aus der Pumpe P2 über eine Einlaßleitung oder ein Speisewasserrohr 40 empfangen. Eine Einlaßdüse 42 ist als ein Verstärkungsübergangsteil zwischen dem Rohr 40 und der Gefäßwand befestigt (beispielsweise durch Schweißen). In die Einlaßdüse ist eine Sprengerversorgungsleitung 44 lösbar eingepaßt, beispielsweise mit einem Festsitz. Das stromabwärtige Ende dex Sprengerversorgungsleitung steht mit einem bogenförmigen Sprengersegment 46 eines in Segmente unterteilten Speisewasserverteilungssprengerringes in Strömungsverbindung. Das durch die Versorgungsleitung geleitete

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Speisewasser verläßt das Sprengersegment über eine Reihe von Löchern, bei denen es sich um Auslaßöffnungen in den freien Enden von knieförmigen Sprengerdüsen 48 handeln kann, wodurch das Speisewasser in Form von Hochgeschwindigkeitsstrahlen in dem in dem Gefäß umlaufenden Wasser verteilt und dadurch mit demselben vermischt wird. (Gleiche Einlaßdüsen- und Sprengerversorgungsleitungsanordnungen, die nicht gezeigt sind, versorgen die anderen Sprengersegmente des Sprengerringes mit Speisewasser.)

Die Verbesserte Anordnung zur Flüssigkeitseinspeisung und -mischung ist ausführlicher in der vergrößerten Ansicht von Fig. 2 gezeigt. Gemäß Fig. 2 ist die Einlaßdüse 42 mit der Wand des Gefäßes 12 durch eine Schweißung 50 verschweißt. Die Düse 42 hat einen Hauptteil 52, der mit einem äußeren Teil 54 durch eine Schweißung 56 verschweißt ist. Der äußere Teil der Düse ist mit dem Speisewasserrohr 40 durch eine Schweißung 58 verschweißt. Die Sprengerversorgungsleitung 44, die vorzugsweise lösbar innerhalb der Einlaßdüse 42 angeordnet ist, bringt die Einlaßleitung 40 in Strömungsverbindung mit dem Sprengersegment 46, das innerhalb des Gefäßes 12 angeordnet ist, wodurch Speiseflüssigkeit von der Einlaßleitung zu den Auslaßöffnungen der Sprengerdüsen 4 8 und durch die Auslaßöffnungen hindurchgeleitet werden kann. Die Außenfläche der Versorgungsleitung ist mit Abstand von der Innenfläche der Düse 42 angeordnet, so daß ein ringförmiger Hohlraum 60 zwischen ihnen gebildet ist. Die Versorgungsleitung 44 hat vorzugsweise einen teilweise konischen stromaufwärtigen Teil 62, einen mittleren Teil 64 und einen konischen stromabwärtigen Teil 66, der mit dem Sprengersegment 46 verbunden ist. Das freie Ende des stromaufwärtigen Teils 62 ist freitragend durch den äußeren Teil 54 der Düse 42 abgestützt und bildet mit diesem einen Festsitz oder eine unvollkommene Dichtung 68, wie es bereits bekannt ist.

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In einer einschlägigen bekannten Anordnung, die nicht die verbesserte Ejektorwärmehülse nach der Erfindung enthält, geht der durch eine unvollkommene Dichtung (wie diö Dichtung 68) zwischen einer Sprengerversorgungsleitung (z.B. der Leitung 44) und einer Einlaßdüse (z.B. der Düse 42) hindurchtretende Leckstrom typischerweise durch einen Hohlraum (wie den Hohlraum 60) längs der diesen begrenzenden Fläche der Düse hindurch und tritt in die Flüssigkeitsmasse in dem Gefäß durch das offene Ende des Hohlraums ih der Nähe eines Düsenübergangs radius (z.B. des (Jbergangsradius 70) ein. In derartigen Anordnungen führt die Temperaturwechse!beanspruchung, die von Strömungsschwankungen in der umlaufenden Wassermasse und in dem Leckstrom herrührt, zum Reißen der Einlaßdüse hauptsächlich an dem Übergangs radius. Das vorgenannte Rißbildungsproblem wird zwar wesentlich verringert, indem die abgedichtete Ejektorwärmehülse gemäß dem älteren Vorschlag in der Anordnung vorgesehen wird, dieses Problem kann jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung durch Strömungsabschirmung der Ejfektorwärmehülse 72 noch weiter verringert werden, von welcher ein stromaufwärtiger Teil innerhalb des Hohlraums 60 angeordnet ist und sich stromaufwärts in diesen öffnet. Der stromaufwärtige Hülsenteil umschließt umfangsmäßigt mit Abstand und vorzugsweise konzentrisch denjenigen stromabwärtigen Teil der Versorgungsleitung 44, der stromabwärts der durch das stromaufwärtige Ende der Hülse festgelegten Querebene angeordnet ist.

Die verbesserte Speise- und Mischanordnung enthält vorzugsweise Vorrichtungen zum Unterdrücken von Schwingungen der Ejektorwärmehülse. Eine bevorzugte Schwingungsunterdrükkungsvorrichtung ist durch mehrere, in gegenseitigem radialem Abstand angeordnete Stege oder Träger 73 dargestellt, die zwischen der Sprengerversorgungsleitung und dem stromaufwärtigen Teil der Hülse angeordnet sind und diese miteinander verbinden, wodurch die Versorgungsleitung die Hül-

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se in freitragender Weise abstützt. Die radial inneren und äußeren Flächen der Träger 73 können durch irgendein geeignetes Verfahren, beispielsweise durch Schweißen, mit den gegenüberliegenden Flächenbereichen der Versorgungsleitung bzw. der Hülse verbunden sein. Es sind zwar acht Träger 73 in Fig. 3 (sichtbar oder verdeckt) gezeigt, es kann jedoch jede geeignete Anzahl von Trägern vorhanden sein. Ein äguidistanter Abstand zwischen den Trägern ist vorzuziehen.

Die Ejektorwärmehülse hat eine insgesamt ringförmige Platte 74, die quer zu ihrer Achse an einem stromabwärtigen Ende des stromaufwartigen Teils der Hülse angeordnet ist. Ein wahlweise vorhandener Verschluß 76, bei dem es sich um eine Schweißung handeln kann, kann zwischen einem inneren Umfang der Platte und dem daran angrenzenden Gebiet der Sprengerversorgungsleitung gebildet sein, wodurch die Versorgungsleitung die Ejektrowärmehülse weiter abstützen kann.

Die Ejektorwärmehülse endigt an einem stromabwärtigen Ende derselben in einem kleineren Hülsenteil 78, der von der Platte 74 aus vorsteht, in welcher ein Loch 80 für eine Strömungsverbindung zwischen dem kleineren stromabwärtigen Hülsenteil und dem stromaufwärts der Platte gelegenen Teil der Ejektorwärmehülse vorgesehen ist. Der stromabwärtige Hülsenteil umschließt umfangsmäßig die Sprengerauslaßöffnung 81a der Sprengerdüse 48a, so daß eine Ejektorkammer gebildet ist, d.h. der stromabwärtige Hülsenteil ist bezüglich der Auslaßöffnung so mit dieser zusammenpassend angeordnet, daß er das Ausstoßen von Flüssigkeit aus derselben unterstützt. Für einen größeren Leckageausstoßwirkungsgrad ist der stromabwärtige Hülsenteil vorzugsweise insgesamt koaxial zu der Auslaßöffnung und zu dem stromabwärtigen Endteil der knieförmigen Sprengerdüse angeordnet. Der stromabwärtige Hülsenteil erstreckt sich vor-

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zugsweise stromabwärts über die Auslaßöffnung hinaus» um den Leckageausstoßwirkungsgrad weiter zu erhöhen* Zur maximalen Verringerung einer Rißbildung an der Düse ist der stromabwärtige Hülsenteil von der Hülse weggerichtet oder über dieselbe hinaus ausgedehnt (wie dargestellt). Das Ausmaß, in welchem dieser Hülsenteil in dieser Weise gerichtet oder ausgedehnt sein sollte, nimmt mit abnehmender Entfernung zwischen der Düse und dem Kammerauslaß zu.

Die hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten Begriffe "stromabwärts" und "stromaufwärts" beziehen sich auf Stellen oder Richtungssinne nach rechts bzw. links in Fig. 2.

Der innerhalb der Düse 42 gelegene Teil der Ejektrowärmehülse 72 ist mit Abstand radial einwärts der Innenfläche der Düse angeordnet, so daß zwischen ihnen ein insgesamt ringförmiger Durchflußraum 84 gebildet ist, der ein Teil des Hohlraums 60 ist. Das stromaufwärtige und das stromab-· wärtige Ende des Durchflußraums sind offen und der Durchflußraum 1st frei von Vorrichtungen (z.B. Dichtungen), die den Flüssigkeitsdurchfluß entweder behindern oder in wesentlichen ausschließen. Das stromabwärtige Ende des Durchflußraums steht in Strömungsverbindung mit dem Gefäß, um aus diesem einen Strom relativ heißer Flüssigkeit zu empfangen, was schematisch durch die Pfeile in unmittelbarer Nähe des Ubergangsradius 70 (Fig. 2) dargestellt ist. Das stromaufwärtige Ende des Durchflußraums steht in Strömungsverbindung mit dem Inneren des stromaufwärtigen Teils der Ejektorwärmehülse. Vorzugsweise ist die letztgenannte Strömungsverbindung eine direkte Strömungsverbindung längs eines ungedrosselten Strömungsweges, der sich um das stromauf wärtige Ende der Hülse erstreckt. Der Durchflußraum ist so ausgebildet, daß ein Flüssigkeitsstrom (z.B. ein Meißwasserstrom) aus dem Inneren des Gefäßes sequentiell stromaufwärts durch den Durchflußraum in das Innere der Ejektor-

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wärmehülse und stromabwärts durch diese hindurch gesaugt und aus der Ejektorkammer 78 durch den und mit dem über die Auslaßöffnung 81a austretenden Speiseflüssigkeitsstrom ausgestoßen wird. Der Strom von heißer Flüssigkeit stromaufwärts durch den Raum 84 ist ein isolierender oder abschirmender Strom, da er die radial innere Fläche der Einlaßdüse 42 von der kälteren Hülse 72 isoliert oder abschirmt, die durch den Leckstrom (d.h. denjenigen Teil der Speiseflüssigkeit, der die Dichtung 68 passiert) gekühlt wird. Bei NichtVorhandensein eines Durchflusses in einer Richtung durch den Raum 84 würde die Flüssigkeit darin auf einer niedrigeren Temperatur sein, die typischer- und nachteiligerweise unregelmäßige Schwankungen erfahren würde, weil sie gänzlich oder zum Teil von Zeit zu Zeit durch die innerhalb des Gefäßes 12 zirkulierende heiße Flüsssigkeit ersetzt würde. Diese Temperaturschwankungen und die sich daraus ergebende Rißbildung an der Düse werden durch die verbesserte Anordnung nach der Erfindung wenigstens im wesentlichen eliminiert.

Das Verhältnis der Längsausdehnung des Durchflußraums 84 zu der radialen Breite desselben beträgt vorzugsweise wenigstens 1:1, wenn die Ausdehnung und die Breite in gleichen Einheiten gemessen werden.

Im Betrieb dieser verbesserten Anordnung tritt der über die Einlaßleitung und die Düse empfangene kalte Hauptspeisestrom in die Sprengerversorgungsleitung 44 ein, durchfließt diese, wie es durch große Pfeile 82 angedeutet ist, tritt aus der Sprengerversorgungsleitung aus und in ein Sprengersegment 46 ein und wird dadurch auf die Sprengerdüsen 48 verteilt. Der hier verwendete Ausdruck "Hauptspeisestrom" bedeutet den gesamten Speisestrom minus dem Speiseleckstrom. Der Hauptspeisestrom wird von den Sprengerdüsen über die Auslaßöffnungen derselben (z.B. die öffnung 81) in die in dem Gefäß enthaltene Flüssigkeitsmasse

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in Form von Hochgeschwindigkeitsstrahlen geleitet, die das Vermischen der Speiseflüssigkeit mit der höißeren Flüssigkeitsmasse unterstützen. Der HauptSpeisestrom, der über die Auslaßöffnung 81a der Sprengerdüse 48a austritt, erzeugt innerhalb der kleinen vorragenden Hülse 78 eine Saugwirkung. Durch diese Saugwirkung wird der relativ kalte Leckstrom aus dem ringförmigen Hohlraum 60 über den stromaufwärtigen Teil der Ejektorwärmehülse 72, durch die Hülsenöffnung 80 hindurch und in das Innere der durch die kleine Hülse 78 begrenzten Kammer gezogen. Der kalte Strom wird durch den Hauptstrom und mit demselben aus der Kammer in die in dem Gefäß enthaltene Flüssigkeitsmasse ausgestoßen. Durch diese Anordnung bleibt der Leckstrom auf das Innere der insgesamt ringförmigen Zone beschränkt, die durch die Innenfläche der Ejektorwärmehülse und durch die Außenflächen des sie umgebenden Gebildes begrenzt wird. Dieser in seiner Ausdehnung beschränkte Leckstrom wird aus dieser Zone in die Flüssigkeitsmasse in einem Gebiet eingeleitet, das mit Abstand stromabwärts von dem Ende 70 der Einlaßdüse in im wesentlichen derselben Entfernung wie der die Kammer verlassende Hauptstrom angeordnet ist. Der Leckstrom wird somit so abgelenkt, daß er die Einlaßdüse nicht berühren kann.

Durch die Saug- oder Ejektorwirkung, die sich durch den Hauptstrom der über die Auslaßöffnung 81a austretenden Speiseflüssigkeit ergibt, wird zusätzlich ein isolierender Strom von heißer Flüssigkeit aus dem Druckgefäß sequentiell stromaufwärts durch den Durchflußraum 84, um das stromaufwärtige Ende der Hülse 72 herum, in das Innere des stromaufwärtigen Teils der Hülse (über Zwischenräume 86 zwischen den Trägern 73) und stromabwärts mit dem durch ihn hindurchgehenden Leckstrom gezogen. Die aus dem Gefäß abgezogene Flüssigkeit wird über die Ejektorkammer in das Gefäß zurückgeleitet. Dieser zusätzliche Strom minimiert die Temperaturwechselbeanspruchung der Innenfläche der Düse

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weiter und verringert die Temperaturwechselbeanspruchung derselben weiter.

Bei der bevorzugten Verwendung in einem Siedewasserreaktor kann die Speisewassereinlaßanordnung folgenden typischen Bedingungen ausgesetzt sein: Der Gefäßdruck beträgt etwa 68,9 bar (100 psi) bis etwa 82,7 bar (1200 psi) und beispielsweise etwa 75,8 bar (1100 psi), während die Temperatur des Wassers darin etwa 260 ⁰C (500⁰F) bis etwa 288 ⁰C (550⁰F) und beispielsweise 274 ⁰C (525⁰F) beträgt. Der Druck des Speisewassers in dem Einlaßrohr 40 ist etwa 1,03 bar (15 psi) bis etwa 1,72 bar (25 psi) größer als der Gefäßdruck. Die Temperatur des Speisewassers ändert sich von etwa 21 ⁰C (70⁰F) bis etwa 216 ⁰C (420⁰F) und z.B. von etwa 38 ⁰C (100⁰F) bis etwa 149 ⁰C (300⁰F), je nach den Betriebsbedingungen. Der Leckstrom und der isolierende Strom aus heißer Flüssigkeit wird jeweils gewöhnlich ein untergeordneter Teil des gesamten Speisewassers sein, d.h. von etwa 1% oder weniger bis etwa 25% (z.B. etwa 15%) desselben reichen. Für diesen bevorzugten Verwendungszweck werden die Gefäßwand und der Hauptteil 52 der Düse vorzugsweise aus niedriglegiertem Stahl hergestellt, wobei die Schweißungen derselben nach dem Schweißen wärmebehandelt werden sollten. Die Ejektorwärmehülse, der äußere Teil der Hülse und das Einlaßrohr werden vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt, wobei die Schweißungen derselben keine Wärmebehandlung im Anschluß an das Schweißen erfordern. Daher kann beispielsweise die Schweißung 58 bequem im Feld ohne eine solche Wärmebehandlung hergestellt werden.

Die Speise- und Mischanordnung, die vorstehend beschrieben worden ist, enthält vorzugsweise weiter Vorrichtungen zum Stabilisieren der Grenzfläche von (a) des Speiseflüssigkeitsstroms, der an der unvollkommenen Dichtung 68 vorbei in den ringförmigen Hohlraum 60 geleckt ist, und (b) des

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Flüssigkeitsstroms, der aus dem Gefäß 12 durch den Durchflußraum 84 hindurchgezogen wird. Eine bevorzugte Grenzflächenstabilisierungsvorrichtung ist ein ringförmiger Strömungsteiler 88, der von der radial inneren Fläche der Einlaßdüse radial nach innen vorsteht und in einem radial inneren Umfang endet, der mit Abstand von der Sprengerversorgungsleitung 44 angeordnet ist und diese umgibt. Der Strömungsteiler 88 ist mit Abstand stromaufwärts von dem stromaufwärtigen Ende der Hülse 72 und stromabwärts von der unvollkommenen Dichtung 68 angeordnet. Der radial innere Umfang des Strömungsteilers 88 ist im Durchmesser vorzugsweise größer als der größte Durchmesser der Sprengerversorgungsleitung 44, wodurch das Entfernen oder Austauschen der Versorgungsleitung erleichtert wird. Die stromauf wärtige Fläche 90 und die stromabwärtige Fläche 92 des Strömungsteilers 88 sind verjüngt und vorzugsweise konkav gekrümmt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Die beste Ausführungsform der Erfindung ist in der obigen Beschreibung dargelegt (und in der beigefügten Zeichnung gezeigt) worden, und zwar als Beispiel anhand der Darstellung von bevorzugten Betriebsbedingungen und Konstruktionsmaterialien für den bevorzugten Verwendungszweck der Speiseund Hischanordnung.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche ;

(B) einer Einlaßdüse, die die Einlaßleitung mit dem Gefäß verbindet,

(C) einem Sprenger, der innerhalb des Druckgefäßes angeordnet ist und zum Einleiten der Speiseflüssigkeit als Hochgeschwindigkeitsstrahl in die Flüssigkeitsmasse wenigstens eine Auslaßöffnung hat,

(D) einer Sprengerversorgungsleitung, die innerhalb der Düse angeordnet ist und eine Strömungsverbindung zwischen der Einlaßleitung und dem Sprenger herstellt, so daß die Speiseflüssigkeit von der Einlaßleitung über die Versorgungsleitung zu der Auslaßöffnung geleitet

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wird, wobei wenigstens ein Teil der Außenfläche der Versorgungsleitung mit Abstand radial einwärts von der Innenfläche der Düse angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein sich in das Druckgefäß öffnender ringförmiger Hohlraum gebildet ist,

(E) einer zwischen einem stromaufwärtigen Teil der Ver-· sorgungsleitung und der Düse gebildeten unvollkommenen Dichtung, an der ein Teil der Speiseflüssigkeit vorbei in den ringförmigen Hohlraum leckt,

(F) einer Ejektorwärmehülse mit einem stromaufwärtigen Teil, der innerhalb des ringförmigen Hohlraums angeordnet ist und sich stromaufwärts in diesen öffnet, wobei der stromaufwärtige Hülsenteil einen stromabwärtigen Teil der Sprengerversorgungsleitung umfangsmäßig und mit Abstand umschließt, und wobei ein stromabwärtiger Teil der Ejektorwärmehülse mit dem stromaufwärtigen Teil derselben in Strömungsverbindung steht und mit Abstand von der Auslaßöffnung angeordnet ist und diese in den Flüssigkeitsausstoß unterstützenderweise umschließt, so daß eine Ejektorkammer gebildet ist, die sich stromabwärts in das Gefäß öffnet,

dadurch gekennzeichnet,

(G) daß der Teil der Ejektorwärmehülse (72) innerhalb der Düse (42) mit Abstand einwärts von der Innenfläche der Düse angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein insgesamt ringförmiger Durchflußraum (84) gebildet ist, der sowohl an seinem stromaufwärtigen als auch an seinem stromabwärtigen Ende offen ist, der frei von Vorrichtungen ist, die einen Flüssigkeitsdurchfluß behindern oder im wesentlichen verhindern, und dessen stromabwärtiges Ende in Strömungsverbindung mit dem Druckgefäß (12) ist, um aus diesem Flüssigkeit zu empfangen,

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während sein stromaufwärtiges Ende in Strömungsverbindung mit dem Inneren des stromaufwärtigen ieils der Ejektorwärmehülse ist, wobei der Durchflußraum so ausgebildet ist, daß ein Strom von Flüssigkeit aus dem Inneren des Gefäßes nacheinander stromaufwärts durch den Durchflußraum, in das Innere der Ejektorwärmehülse und stromabwärts durch dieselbe" hindurch gesaugt und aus der Ejektorkammer (78) durch den und mit dem über die Auslaßöffnung (81a) austretenden Speiseflüssigkeitsstrom ausgestoßen wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das stromaufwärtige Ende des Durchflußraums (84) in Strömungsverbindung mit dem Inneren des stromaufwärtigen Teils der Ejektorwärmehülse (72) längs eines sich um das stromaufwärtige Ende der Hülse erstreckenden Strömungsweges ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Vorridhtungen zum Stabilisieren der Grenzfläche von (a) des Speiseflüssigkeitsstroms, der an der unvollkommenen Dichtung (68) vorbei in den ringförmigen Hohlraum (60) geleckt ist, und

(b) des Stroms von über den Durchflußraum (84) aus dem Druckgefäß (12) gesaugter Flüssigkeit.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet» daß die Grenzflächenstabilisierungsvorrichtung ein ringförmiger Strömungsteiler (88) ist, der von der radial inneren Fläche der Düse (42) radial nach innen vorsteht und in einem radial inneren Umfang endet, der mit Abstand von der Sprengerversorgungsleitung (44) angeordnet ist und diese umgibt, wobei der Strömungsteiler mit Abstand stromaufwärts von dem stromaufwärtigen Ende der Hülse (72) und stromabwärts von der unvollkommenen Dichtung (68) angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Umfang des Strömungsteilers (88) im Durch-

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messer größer ist als der größte Durchmesser der Sprengerversorgungsleitung (44).
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Längsausdehnung des Durchflußraums (84) zu der radialen Breite desselben wenigstens 1:1 beträgt, wenn die Ausdehnung und die Breite in denselben Einheiten gemessen werden.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (73) zum Unterdrücken von Schwingungen der Ejektorwärmehülse (72).
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen aus mehreren, in gegenseitigem radialem Abstand angeordneten Trägern (73) bestehen, die zwischen der Hülse (72) und der Sprengerversorgungsleitung (44) angeordnet sind und diese miteinander verbinden.
9. Verfahren zum (a) Einspeisen einer Speiseflüssigkeit in ein Druckgefäß, das eine Flüssigkeitsmasse enthält, die heißer als die Speiseflüssigkeit ist, und (b) Vermischen der SpeiseflUssigkeit mit der Flüssigkeitsmasse, wobei (A) ein Hauptströmungsanteil der Speiseflüssigkeit in stromabwärtiger Richtung nacheinander erstens durch eine Versorgungsleitung, die innerhalb eines Hohlraums einer mit dem Druckgefäß verbundenen und mit einer unvollkommenen Dichtung gegenüber der Versorgungsleitung versehenen Einlaßdüse angeordnet ist, und zweitens durch einen Speiseflüssigkeitsverteiler innerhalb der Flüssigkeitsmasse geleitet wird, der wenigstens eine von der Einlaßdüse weggerichtete und mit Abstand von derselben angeordnete Auslaßöffnung hat, so daß der Hauptströmungsanteil der Speiseflüssigkeit über die öffnung als ein Hochgeschwindigkeitsstrahl in die Flüssigkeitsmasse austritt, wobei (B) ein weiterer Anteil der Speiseflüssigkeit einen Leckstrom vorbei an der unvoll-

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kommenen Dichtung und längs der Düse bildet, wobei (C) ein Teil, das eine begrenzte Leckstromzone innerhalb des Hohlraums festlegt, vorgesehen ist, wobei (D) der LeCkstrom durch Saugwirkung, die durch den Strahl in eihöm stromabwärtigen Teil der Zone erzeugt wird, der in den Flüssigkeitsausstoß unterstützender Weise bezüglich der Öffnung angeordnet ist, durch die Zone hindurchgezogen wird, und wobei (E) der Leckstrom mit dem aus der Öffnung austretenden Hauptstrom ausgestoßen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß (F) das eine Zone festlegende Teil mit Abstand einwärts von der Innenfläche der Düse angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein insgesamt ringförmiger Durchfluß raum gebildet ist, der sowohl an seinem stromaufwärtigen als auch an seinem stromabwärtigen Ende offen ist, der frei von Vorrichtungen ist, die den Fltissigkeitsdurchfluß behindern oder im wesentlichen verhindern, dessen stromabwärtiges Ende in Strömungsverbindung mit der Flüssigkeitsmasse ist und dessen stromaufwärtiges Ende in Strömungsverbindung mit dem stromaufwärtigen Teil der Zone ist, daß (G) ein Flüssigkeitsstrom aus der Flüssigkeitsmasse der Reihe nach stromaufwärts durch den Dürchflußraum und in die Zone und durch die Zone hindurch durch die durch den Strahl erzeugte Saugwirkung gesaugt wird und daß (H) der in dem Schritt (G) angesaugte Flüssigkeitsstrom mit den über die Auslaßöffnung austretenden Haüpt- und Leckströmen ausgestoßen wird.

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