ES2556801T3 - Sistema para amortiguar vibraciones - Google Patents

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ES2556801T3 ES10167571.8T ES10167571T ES2556801T3 ES 2556801 T3 ES2556801 T3 ES 2556801T3 ES 10167571 T ES10167571 T ES 10167571T ES 2556801 T3 ES2556801 T3 ES 2556801T3
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Abstract

Un sistema para mitigar las vibraciones inducidas por flujo (FIV) experimentadas por un sistema de conductos parcialmente sumergido dentro de un fluido que transporta el sistema de conductos, comprendiendo el sistema: a) una junta (160) de dilatación, un mezclador (95) de entrada de una bomba de chorro y un difusor (115) de una bomba de chorro, en el que la junta (160) de dilatación acopla el mezclador (95) de entrada y el difusor (115), en el que existe una holgura (175) en una interfaz (180) entre una superficie (165) de pared exterior del mezclador (95) de entrada y una superficie (170) de pared interior del difusor (115); b) un collar (225), adaptándose el collar (225) para reducir las fugas a través de la holgura (175) en la junta (160) de dilatación, en el que el collar (225) limita un flujo de fluido que sale de la junta (160) de dilatación, y en el que el collar (225) está localizado adyacente a la junta (160) de dilatación, en un lado de salida de la junta (160) de dilatación y rodea parcial o completamente una superficie exterior del difusor (115); caracterizado porque: el collar (225) se extiende parcialmente sobre la superficie exterior del difusor (115) y tiene una sección transversal en forma de U o en forma parabólica.

Description

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DESCRIPCION
Sistema para amortiguar vibraciones Antecedentes de la invencion
La presente invencion se refiere, en general, a las tubenas usadas en diversas industrias para mover un fluido; y mas espedficamente a un sistema para mitigar las vibraciones inducidas por flujo (FIV) asociadas con el transporte y/o la circulacion de un fluido de refrigeracion en los sistemas de generacion de calor, tales como los reactores nucleares y los sistemas de generacion hidroelectrica.
Conductos estructurales, tales como, pero no limitados a, tubenas, tubos, y cilindros se usan comunmente para transportar una variedad de fluidos. Por lo general, los conductos estan sumergidos en los mismos fluidos que esta transportando el conducto. Por ejemplo, pero no limitado a, los componentes tubulares de un conjunto de bomba de chorro que estan alojados dentro de una vasija de presion de reactor nuclear (RPV) y que residen en el fluido que la bomba de chorro transporta. En el presente documento, el conjunto de bomba de chorro transporta el agua de refrigeracion al nucleo del reactor, mientras que el conjunto de bomba de chorro esta sumergido en el mismo fluido de refrigeracion.
Los conductos que comprenden tales sistemas sumergidos estan soportados normalmente dentro de las estructuras circundantes (por ejemplo, el RPV) de un aparato de contencion. Las estructuras circundantes pueden estar formadas de un material diferente que el material del conducto. Por ejemplo, pero no limitado a, el RPV puede estar formado de acero al carbono; y el conjunto de bomba de chorro puede estar formado de acero inoxidable. Estos materiales diferentes tienden a tener diferentes coeficientes termicos de expansion. Con el fin de adaptarse a las diferentes cantidades de expansion termica asociada con el funcionamiento del RPV, se instalan unas juntas de dilatacion a lo largo de los conductos para minimizar el estres termico dentro de los conductos.
La experiencia ha demostrado que, si existe un gradiente de presion suficiente a traves de las interfaces de junta de dilatacion, los componentes tubulares de conexion pueden incurrir en unas FIV perjudiciales. Esto puede conducir a un fallo posiblemente resultante de un desgaste y/o una fatiga excesiva del material de conducto o del aparato de soporte/contencion. Estos fallos pueden producirse en los conjuntos de bomba de chorro usados en los RPV.
La junta de dilatacion tiene normalmente una holgura de funcionamiento que adapta el movimiento de expansion termica axial relativo entre los componentes del conjunto de bomba de chorro. Esta holgura permite un flujo de fuga de la presion de impulsion dentro del conjunto de bomba de chorro. El flujo de fuga excesivo, sin embargo, puede provocar un movimiento oscilatorio en la junta de dilatacion, que puede ser una fuente de FIV experimentadas por el conjunto de bomba de chorro. Algunos sistemas y procedimientos conocidos para mitigar estas FIV pueden ser insuficientes en producir una reduccion a largo plazo y eficaz de la vibracion. Ademas, los sistemas y procedimientos pueden imponer una fuerza lateral sobre la junta de dilatacion. Esta fuerza lateral puede evitar el movimiento axial en la junta de dilatacion, y no permitir de manera correcta la expansion termica adecuada en la junta de dilatacion.
Basandose en la exposicion anterior, puede haber un deseo de un sistema para reducir las FIV experimentadas por un conducto sumergido dentro del fluido que el conducto transporta. El sistema debena proporcionar una manera simplificada para evitar y/o mitigar las FIV. El documento US 6.438.192 B1 se refiere a un sellado de junta de dilatacion de bomba de chorro que tiene unas caractensticas que, en general, se corresponden con el preambulo de la reivindicacion 1 en el presente documento.
Breve descripcion de la invencion
La presente invencion proporciona un sistema para mitigar las vibraciones inducidas por flujo (FIV) experimentadas por un sistema de conductos parcialmente sumergido dentro de un fluido que el sistema de conductos transporta, estando el sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 en el presente documento.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista esquematica que ilustra un reactor de agua en ebullicion parcialmente en seccion transversal.
La figura 2 es una vista esquematica, que ilustra un corte del conjunto de bomba de chorro del reactor de agua en ebullicion de la figura 1.
La figura 3 es una vista esquematica, que ilustra una vista ampliada, en seccion transversal, de la posicion relativa del mezclador de entrada y del difusor dentro de la junta de dilatacion de la figura 2.
Las figuras 4A y 4B, de manera comun la figura 4, son vistas esquematicas de un mezclador de entrada integrado con un collar de difusor, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
Descripcion detallada de la invencion
Puede usarse cierta terminologfa en el presente documento solo por conveniencia y no debe tomarse como una limitacion de la invencion. Por ejemplo, palabras como, "superior", "inferior", "izquierda", "delante", "derecha",
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"horizontal", "vertical", "corriente arriba", "corriente abajo", "proa", y "popa" simplemente describen la configuracion mostrada en las figuras De hecho, los componentes pueden orientarse en cualquier direccion y la terminologfa, por lo tanto, debena entenderse como que abarca dichas variaciones a menos que se especifique lo contrario.
Como se usa en la presente memoria, un elemento o etapa mencionada en singular y precedida por "un" o "una" debena entenderse como que no excluye los elementos o etapas plurales, a menos que dicha exclusion se mencione de manera explfcita. Ademas, las referencias a "una realizacion" de la presente invencion no pretenden excluir otras realizaciones adicionales que incorporen las caractensticas mencionadas.
La siguiente exposicion se centra en una realizacion de la presente invencion integrada con los conjuntos de bomba de chorro del RPV. Otras realizaciones de la presente invencion pueden integrarse con otros sistemas que requieren una amortiguacion de y/o un cambio de frecuencia en las FIV.
A continuacion, se hace referencia a las figuras, en las que los diversos numeros representan partes similares en todas las diversas vistas. Un ejemplo no limitante de un reactor nuclear, un reactor de agua en ebullicion convencional (BWR), se muestra en la figura 1. La figura 1 es una vista esquematica que ilustra un reactor de agua en ebullicion parcialmente en seccion transversal. Un BWR tfpico incluye: un RPV 10; una cubierta 30 de nucleo que esta dispuesta dentro del RPV 10 y que rodea una placa 22 de nucleo; y un nucleo 35 de combustible nuclear. En general, el RPV 10 tiene una forma cilmdrica y esta cerrado en un extremo por un cabezal inferior y en un extremo opuesto por un cabezal superior desmontable. La cubierta 30 de nucleo es un cilindro que rodea el nucleo 35 de combustible nuclear, que incluye una pluralidad de conjuntos 40 de haces de combustible dispuestos dentro de la cubierta 30 de nucleo. Una grna 45 superior puede estar espaciada por encima de una placa 50 de nucleo y soportar cada uno de los conjuntos 40 de haces de combustible.
Una region anular entre la cubierta 30 de nucleo y del RPV 10 se considera el anillo 25 de tubo descendente. El agua refrigerante fluye a traves del anillo 25 de tubo descendente y dentro de la camara 55 inferior de nucleo. El agua de alimentacion entra en el RPV 10 a traves de una entrada 15 de agua de alimentacion y se distribuye de manera circunferencial dentro del RPV 10 mediante un rociador 20 de agua de alimentacion, que es adyacente a una lmea 105 de rociado de nucleo. A continuacion, el agua en la camara 55 inferior de nucleo fluye hacia arriba a traves del nucleo 35 de combustible nuclear. En particular, el agua entra en los conjuntos 40 de haces de combustible, en los que se establece una capa lfmite de ebullicion. Una mezcla de agua y vapor sale del nucleo 35 de combustible nuclear y entra en la camara 60 superior de nucleo debajo del cabezal 65 de cubierta. A continuacion, la mezcla de vapor-agua fluye a traves de una tubena 70 de almacenamiento en la parte superior del cabezal 65 de cubierta y entra en los separadores 75 de vapor, que separan el agua del vapor. El agua separada se recircula al anillo 25 de tubo descendente y el vapor sale del RPV 10 a traves de una boquilla 110 para su uso en la generacion de electricidad y/o en otro procedimiento.
Como se ilustra en la figura 1, un conjunto 85 de bomba de chorro convencional comprende un par de mezcladores 95 de entrada. Cada mezclador 95 de entrada tiene un tubo acodado soldado al mismo, que recibe el agua de accionamiento presurizado procedente de una bomba de recirculacion (no ilustrada) a traves de un elevador 100 de entrada. Algunos mezcladores 95 de entrada comprenden un conjunto de cinco boquillas distribuidas de manera circunferencial en angulos iguales alrededor de un eje del mezclador 95 de entrada. En el presente documento, cada boquilla esta ahusada de manera radial y hacia el interior en la salida de la boquilla. Esta boquilla convergente activa el conjunto 85 de bomba de chorro. Una abertura de entrada secundaria (no ilustrada) esta localizada de manera radial fuera de la salida de la boquilla. Por lo tanto, cuando los chorros de agua salen de las boquillas, el agua procedente del anillo 25 de tubo descendente se introduce en el mezclador 95 de entrada a traves de la abertura de entrada secundaria, en la que produce se la mezcla con el agua procedente de la bomba de recirculacion.
El RPV 10 tambien incluye un sistema de recirculacion de refrigerante, que proporciona el flujo de conveccion forzado a traves del nucleo 35 de combustible nuclear necesario para alcanzar la densidad de potencia necesaria. Una parte del agua se extrae del extremo inferior del anillo 25 de tubo descendente a traves de una salida 80 de agua de recirculacion y se fuerza por la bomba de recirculacion en una pluralidad de conjuntos 85 de bomba de chorro a traves de las entradas 90 de agua de recirculacion. Los conjuntos 85 de bomba de chorro se distribuyen normalmente de manera circunferencial alrededor de la cubierta 30 de nucleo y proporcionan el flujo de nucleo de reactor necesario. Un RPV 10 tfpico tiene entre doce y veinticuatro mezcladores 95 de entrada.
La figura 2 es una vista esquematica, que ilustra un corte del conjunto 85 de bomba de chorro del RPV 10 de la figura 1. Normalmente, cada conjunto 85 de bomba de chorro incluye al menos lo siguiente: una pieza 120 de transicion, un tubo 130 elevador que se extiende hacia abajo desde la pieza 120 de transicion hasta un tubo 135 acodado elevador. El tubo 135 acodado elevador conecta el tubo 130 elevador a una entrada 90 de recirculacion a lo largo de una pared del RPV 10. Un conjunto 155 de transicion conecta el elevador 100 de entrada con los mezcladores 95 de entrada.
Un par de mezcladores 95 de entrada se extienden hacia abajo desde la pieza 120 de transicion hasta un par de difusores 115 montados sobre unos agujeros en una plataforma 125 de bomba. La plataforma 125 de bomba se conecta a una parte inferior de la cubierta 30 de nucleo con el RPV 10. El tubo 130 elevador es normalmente tubular y esta orientado de manera vertical dentro del anillo 25 de tubo descendente, en una relacion paralela a la pared de
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la cubierta 30 de nucleo. El tubo 135 acodado elevador es normalmente tubular y se dobla hacia afuera, hacia la entrada 90 de recirculacion. La pieza 120 de transicion se extiende en direcciones laterales opuestas en la parte superior del tubo 130 elevador para conectar con los mezcladores 95 de entrada en los lados opuestos del tubo 130 elevador. Los mezcladores 95 de entrada estan orientados de manera vertical en el anillo 25 de tubo descendente en una relacion paralela al tubo 130 elevador. Unos soportes 140 de contencion, localizados entre los mezcladores 95 de entrada y el tubo 130 elevador, proporcionan un soporte lateral a los mezcladores 95 de entrada. Una abrazadera 145 elevadora puede soportar y estabilizar el elevador 100 de entrada en la region del anillo 25 de tubo descendente. La abrazadera 145 elevadora puede integrar tambien el elevador 100 de entrada con una pared 149 de union del RPV 10.
Los difusores 115 pueden estar acoplados al mezclador 95 de entrada mediante una junta 160 de dilatacion. Esta configuracion puede facilitar el desmontaje y la reparacion del conjunto 85 de bomba de chorro. Como se ha descrito, la junta 160 de dilatacion puede tener una holgura 175 de funcionamiento, que se adapta a la expansion termica axial relativa entre las partes superior e inferior del conjunto 85 de bomba de chorro y puede permitir el flujo de fuga de la presion de impulsion dentro del conjunto 85 de bomba de chorro.
La figura 3 es una vista esquematica, que ilustra una vista ampliada, en seccion transversal, de la posicion relativa del mezclador 95 de entrada y del difusor 115 dentro de la junta 160 de dilatacion de la figura 2. La figura 3 ilustra que el mezclador 95 de entrada puede ser, en general, cilmdrico y tener una superficie 165 de pared exterior. El mezclador 95 de entrada tiene un extremo 185 abierto, que se recibe en un extremo 190 abierto del difusor 115, que puede tener una forma cilmdrica. El difusor 115 puede tener una superficie 170 de pared interior localizada adyacente a la superficie 165 de pared exterior del mezclador 95 de entrada. Una holgura 175 de funcionamiento existe normalmente en una interfaz 180 entre la superficie 165 de pared exterior del mezclador 95 de entrada y la superficie 170 de pared interior del difusor 115. Cuando el fluido se bombea a traves del mezclador 95 de entrada en el difusor 115, en la direccion de la flecha 195, se produce una fuga de parte del fluido a traves de la holgura 175 en la junta 160 de dilatacion, como se muestra por la flecha 200.
El flujo de fuga en la junta 160 de dilatacion de la interfaz 180 puede llegar a ser inestable y no uniforme debido al movimiento lateral relativo entre las dos piezas de acoplamiento, el mezclador 95 de entrada y el difusor 115. El flujo de fuga puede ser la fuente de una excitacion de FIV en el conjunto 85 de bomba de chorro. Pueden ser posibles unos niveles indeseables de FIV en algunos disenos de bombas de chorro en algunas condiciones de funcionamiento anormales que tienen unas tasas de flujo de fuga de junta de dilatacion inestable aumentadas.
La figuras 4A y 4B, de manera comun la figura 4, son vistas esquematicas de un mezclador 95 de entrada integrado con un collar 225 de difusor, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. El cambio de las caractensticas de flujo de fuga del flujo inestable para afianzar el flujo axial a traves de la junta 160 de dilatacion puede evitar los movimientos oscilatorios de las juntas 160 de dilatacion y puede mitigar las FIV. La adicion de un componente de limitacion de flujo en el lado de salida de la junta 160 de dilatacion, indicado por la flecha 200 de direccion, puede cambiar las caractensticas de flujo de fuga.
El objetivo de una realizacion de la presente invencion es proporcionar un componente de chorro eficaz y simple para mitigar las FIV. Una realizacion de la presente invencion proporciona un componente de limitacion de flujo en el lado de salida de la junta 160 de dilatacion. Esto puede servir para aumentar la cafda de presion a traves de la junta 160 de dilatacion. Este componente puede tomar la forma de un collar 225 de difusor.
El collar 225 de difusor reduce la fuga asociada con la junta 160 de dilatacion. Como se ha expuesto, la reduccion de esta fuga puede mitigar las FIV experimentadas por el mezclador 95 de entrada. El collar 225 de difusor puede lograresto limitando el flujo de fluido que sale de la junta 160 de dilatacion.
El collar 225 de difusor se localiza adyacente a la junta 160 de dilatacion.
Por ejemplo, pero no limitado a, el collar 225 de difusor puede estar localizado corriente abajo de la junta 160 de dilatacion. En el presente documento, el collar 225 de difusor se extiende parcialmente sobre una superficie exterior del difusor 115.
El collar 225 de difusor tiene una forma de U o una forma parabolica.
El collar 225 de difusor puede estar unido al difusor 115.
Procedimientos de union tales como, pero no limitados a, formas de soldadura, o similares, pueden usarse para fijar el collar 225 de difusor al difusor 115. Otras realizaciones de la presente invencion pueden unir el collar 225 de difusor a otros componentes del mezclador 95 de entrada o de la bomba de chorro de montaje 85.
El collar 225 de difusor puede comprender al menos una ranura 230. La ranura 230 puede servir para permitir que una barra de gma (no ilustrada) del difusor 115 se extienda parcialmente a traves del collar 225 de difusor. El collar 225 de difusor puede comprender una pluralidad de ranuras 230, como se ilustra en la figura 4B.
Los componentes de una realizacion de la presente invencion pueden formarse de cualquier material capaz de
soportar el entorno de funcionamiento al que puede estar expuesto el collar 225 de difusor.
Durante el funcionamiento, el collar 225 de difusor puede fijarse de una manera que rodee parcialmente o casi por completo una parte corriente abajo del difusor 115. A medida que el RPV 10 funciona, el collar 225 de difusor puede restringir el flujo corriente abajo del fluido que sale de la junta 160 de dilatacion. Esto puede aumentar la cafda de 5 presion a traves de la junta 160 de dilatacion, que tambien puede reducir la experiencia de FIV mediante el mezclador 95 de entrada. Por ejemplo, pero no limitado a, una realizacion de la presente invencion puede aumentar la presion en un intervalo de aproximadamente 2 a alrededor de 4 veces una cafda de presion anterior.
Aunque la presente invencion se ha mostrado y descrito en considerable detalle con respecto a solamente unas pocas realizaciones a modo de ejemplo de la misma, debena entenderse por los expertos en la materia que no se 10 pretende limitar la invencion a las realizaciones, ya que pueden realizarse diversas modificaciones y adiciones a las realizaciones descritas sin alejarse materialmente de las nuevas ensenanzas y ventajas de la invencion, espedficamente a la luz de las ensenanzas anteriores.
Por consiguiente, se pretende cubrir todas las modificaciones y adiciones que puedan incluirse dentro del ambito de la invencion como se define por las siguientes reivindicaciones.
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Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un sistema para mitigar las vibraciones inducidas por flujo (FIV) experimentadas por un sistema de conductos parcialmente sumergido dentro de un fluido que transporta el sistema de conductos, comprendiendo el sistema:
    a) una junta (160) de dilatacion, un mezclador (95) de entrada de una bomba de chorro y un difusor (115) de una
    5 bomba de chorro, en el que la junta (160) de dilatacion acopla el mezclador (95) de entrada y el difusor (115), en
    el que existe una holgura (175) en una interfaz (180) entre una superficie (165) de pared exterior del mezclador (95) de entrada y una superficie (170) de pared interior del difusor (115);
    b) un collar (225), adaptandose el collar (225) para reducir las fugas a traves de la holgura (175) en la junta (160) de dilatacion, en el que el collar (225) limita un flujo de fluido que sale de la junta (160) de dilatacion, y en el que
    10 el collar (225) esta localizado adyacente a la junta (160) de dilatacion, en un lado de salida de la junta (160) de
    dilatacion y rodea parcial o completamente una superficie exterior del difusor (115); caracterizado porque:
    el collar (225) se extiende parcialmente sobre la superficie exterior del difusor (115) y tiene una seccion transversal en forma de U o en forma parabolica.
    15 2. El sistema de la reivindicacion 1, en el que el collar (225) esta unido a la superficie exterior del mezclador (95) de
    entrada.
  2. 3. El sistema de la reivindicacion 2, en el que el collar (225) comprende una ranura (230) que permite que una barra de grna del difusor (115) se extienda parcialmente a traves de la misma.
  3. 4. Una vasija (10) de presion de reactor nuclear que comprende una bomba de chorro en el interior, en el que dicha 20 bomba de chorro comprende un sistema para mitigar las vibraciones inducidas por flujo de acuerdo con cualquiera
    de las reivindicaciones anteriores.
  4. 5. Un reactor de agua en ebullicion que comprende una vasija (10) de presion de reactor nuclear de acuerdo con la reivindicacion 4.
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