NO891167L - Anordning for regulering av fluidstroemning. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder anordninger for regulering av fluidstrømning.

For eksempel kan anordningen komme til anvendelse i skall- og rørvarmevekslere hvor et første fluid, ved forholdsvis høyt trykk settes i omløp i en rekke rør som løper mellom innløps-og utløpsamletanker. Rørene går gjennom en kappe som et annet fluid sirkuleres gjennom, slik at varmeveksling mellom de to fluider finner sted. I det følgende henviser uttrykket "av den spesifiserte type" til en slik varmeveksler.

I et bestemt eksempel på oppfinnelsen omfatter varmeveksleren en dampgenerator, som brukes et hurtig nøytron reaktoranlegg med flytende metallkjøling. Varmeveksling skjer mellom vann/damp, ledet gjennom rekken av rør under høyt trykk, og flytende natrium, sirkulert gjennom kappen utenfor rørene. I en slik generator er det en risiko, riktig nok liten, for at en bresje kan oppstå i et av rørene og føre til lekkasje fra siden med vann under høyt trykk, til natriumsiden. Den reaksjon mellom natrium og vann som blir resultatet kan da meget mulig forårsake brudd i de nærmeste rørene ved siden av. Hvis brudd i andre rør forplanter seg fort, blir følgen at natriumkretsløpet kan ødelegges av det trykk som skapes.

Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til reguleringsan-ordninger til bruk i forbindelse med varmevekslere.

Oppfinnelsen gjelder således en anordning for regulering av fluidstrømning og som omfatter en fluidstrømningskanal, idet anordningen i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk at kanalen, som reaksjon på trykkforskjell mellom kanalens inn-og utside, lar seg trykk sammen slik at fluidstrømningen gjennom kanalen begrenses.

Anordningen kan omfatte et kammer som omgir kanalen og som er åpent i motstrømsenden og lukket i medstrømsenden. Kammeret kan være dannet av en ytre kanal. Utsiden av kanalen kan være omgitt av en tank.

Oppfinnelsen omfatter også en skall- og rørvarmeveksler av den spesifiserte type, hvor minst noen av rørendene munner ut i en tilhørende samletank via en anordning som nevnt ovenfor er utsatt for det trykk som råder inne i samletanken, og således at hver anordningskanal trykkes sammen når den utsettes for den trykkforskjell som oppstår mellom samletanken og innsiden av kanalen hvis det blir en bresje i det aktuelle røret, slik at strømningen gjennom dette rør begrenses som en følge av at kanalen(e) som er forbundet med røret trykkes sammen.

Fortrinnsvis er hvert rør i rørrekken utstyrt med en sammentrykkbar stuss både i sin innløps- og utløpsende.

Kanalen kan ha en innsnevret form slik at et fall i trykket skapes ved hjelp av en venturivirkning. I en løsning består hver stuss av et par kjegleformede deler med motsatt stigning, satt sammen slik at det blir en innsnevring mellom stussens ender. I en annen løsning kan stussen i hovedsak ha en sylindrisk utforming og en munning i sin fri ende med et mindre tverrsnitt, slik at trykket inne i stussen reduseres. I nok en løsning kan den fri enden være utflatet, for eksempel slik at den har et ovalt tverrsnitt og reguleringen av sammentrykningen derved bedres.

Ved den ende som sitter fast kan stussen ha gradvis økende veggtykkelse, slik som risikoen for sprekker under sammentrykning blir mindre.

For å fremme en bedre forståelse, beskrives nå utførelser av oppfinnelsen ved hjelp av rene eksempler med henvisning til vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 er en skjematisk fremstilling av et snitt gjennom en varmeveksler for natrium - vann/damp hvor bare et enkelt vann/damp-rør er vist for klarhetens skyld, Fig. 2 er et forstørret snitt gjennom en strømningsbe-grenser i henhold til oppfinnelsen, Fig. 3 er en tilsvarende fremstilling av en annen form for

strømningsbegrenser,

Fig. 4 viser nok en form for strømningsbegrenser,

Fig. 5, 6 og 7 viser snitt av en annen form for strømningsbe-grenser sett henholdsvis forfra, fra enden og i utsnitt, Fig. 8, 9 og 9 viser enda en annen form for strømningsbe-grenser sett henholdsvis forfra, fra enden og fra siden, Fig. 11 er en skjematisk fremstilling av et snitt gjennom en strømningsbegrenser hvor en munning som skaper den nødvendige trykkforskjell, er innlemmet, Fig. 12 viser et sammentrykkbart rør i form av en venturi,

og

Fig. 13 en annen innretning.

Som vist i Fig. 1 omfatter en skall- og rørvarmeveksler en kappe 10 som har et innløp og et utløp 14. En rørplate 16 er satt fast inne i kappen 10. Sammen med varmevekslerens øvre, kuleformede yttervegg 18 og en skillevegg 20 danner rørplaten 16 en innløpstank 22 og en utløpstank 24 som har hver sin åpning, henholdsvis 26 og 28. En rad U-formede rør 30, som kan bestå av flere hundre rør (bare ett er tegnet inn) er forbundet med rørplaten 16 slik at det blir strømningsveier mellom innløpstanken 22 og utløpstanken 24. Hvert rør 30 kan i begge ender avsluttes ved undersiden av rørplaten 16 og være sveiset, eller på annen måte være festet til rørplaten 16 slik at det fører inn i åpningene 32 i platen 16. Varmeveksleren kan for eksempel omfatte en dampgenerator til bruk i samband med det sekundære natriumkretsløp i en hurtig nøytronkjernereaktor med natriumkjøling. I dette tilfellet føres varmt, flytende natrium til innløpet 12 slik at det går i omløp i den delen av kappen 10 som er nedenfor platen 16, før tømming gjennom utløpet 14. Vann under høyt trykk tilføres innløpstanken 22 via innløpsåpningen 26. Vannet går gjennom raden av rør 30 og vannet/dampen som blir en følge av dette, går inn i utløpstanken 24 for så å tømmes via utløpsåpningen.

I vanlig drift er trykket på vann/damp-siden av et rør betydelig høyere enn på natriumsiden. Hvis det imidlertid oppstår en bresje i et rør faller trykket inne i røret med bresjen. Dette fører til at vann/damp blir tilbøyelig til å strømme inn i røret fra begge ender av røret med lekkasje. Den reaksjon mellom natrium og vann som blir resultatet kan skade de nærmeste rørene ved siden av. For å hindre at brudd forplanter seg til nærliggende rør, er det derfor nødvendig å begrense den mengde vann som følgelig strømmer gjennom røret med lekkasje. Dette oppnås ved hjelp av strømningsbegrensere 34, som beskrives nedenfor, i hver ende av hvert rør 30.

Som vist fig. 2 kan hver strømningsbegrenser i hovedsak ha form av en sylindrisk stuss 34 knyttet til oversiden av rør-platen 16, slik at det tilhørende rør 30 munner ut i innløps-og utløpstankene via en stuss 34a. Vann som kommer inn i strømningsbegrenseren 34 fra innløpstanken 22 vil øke hastig-heten fordi det totale tverrsnitt av røret 30 er mindre enn tankens 22 tverrsnitt. Utsiden av begrenseren 34 utsettes derfor for et større trykk enn dens innside. Stussen 34a er konstruert slik at den er sterk nok til å motstå det resul-terende ytre trykk som utvikler seg under normale strømnings-forhold. Går det hull på et av U-rørene 30 øker det ytre trykk som hver begrenser (både i innløps- og utløpstanken) utsettes for, betraktelig. Stussen 34a er konstruert slik at den, under disse omstendigheter, ikke kan motstå denne trykkforskjell, og den begynner da å bli trykket sammen. Såsnart sammentrykningen begynner reduseres tverrsnittet til stussen 34a. Dette fører til øket strømningshastighet med derpå følgende økning i trykkforskjell, som dermed fremskynder sammentrykningen. Idéelt vil sammentrykningen være full-stendig, slik at strømningsveien gjennom det tilhørende U-rør 30 stenges helt i begge ender. I praksis trenger imidlertid ikke dette å være nødvendig siden hovedsaken er å redusere lekkasjen i vedkommende rør til et nivå som er under det som vil føre at brudd forplanter seg til rør ved siden av. Straks en lekkasje oppstår kan den oppdages ved hjelp av passende utstyr som for eksempel en hydrogenføler, som da kan utløse stans i driften av generatoren slik at utbedrende tiltak kan foretas. Begrenserne 34 sørger for at skader, som kommer av at brudd forplanter seg unngås i det korte tidsrommet fra det oppstår en brist i et rør til den gjensidige reaksjon mellom vann og natrium oppdages.

Stussen 34a er fremstilt av et passende bøyelig material (som f. eks herdet rustfritt stål) slik at plastisk deformasjon skjer uten sprekkdannelse.

Fig. 3 viser en modifisert strømningsbegrenser 34 hvor stussen består av to koniske deler 36 og 38 som er satt sammen ved en innsnevring 40. Fig.en viser stussen 34a sveiset til en bøssing 42 satt inn i den øvre enden av åpningen 32. I dette tilfellet virker stussen som en venturi og bedrer trykkreduksjonen inne i stussen. På samme måte som med utførelsen i fig. 2 vil stussen i fig. 3 motstå den trykkforskjell som forekommer under normale forhold, men gjennomgå en sammentrykning ved fall i trykket pga brist i det aktuelle rør.

I utførelsen i fig. 4 har stussen form av en sylinder montert på en bøssing 42, men i dette tilfellet bedres trykkreduksjonen inne i stussen ved hjelp av en munnings-formet innsats 44. Innsatsen 44 kan også tjene til å regulere strømningsfordelingen mellom rørene og hindre ustadighet mellom parallelle kanaler, dvs på samme måte som bøssingene 42 tradisjonelt brukes.

I utførelsene i fig. 5, 6 og 7 er begrenserstussen 34a utflatet nær sin fri ende 34b slik at den danner en munning 46 med ovalt tverrsnitt (som vist med stiplet strek i fig. 5 og 6). Fig. 7 viser hvordan stussen kan konstrueres med veggtykkelse som øker gradvis i retning av bøssingen 42. Denne fortykkelse (som også kan anvendes i de andre utførel-sene som er beskrevet her) tjener til å minke risikoen for sprekker i stussen under sammentrykningen.

I utførelsene i fig. 8, 9 og 10 er stussen delvis utflatet i sin fri ende og danner en slisseliknende munning 46 slik at når den lukker seg, lukker den seg helt. Denne utførelse kan produseres ved å flate ut en stuss med rundt tverrsnitt og deretter åpne den flate enden igjen så langt det er ønskelig.

Denne oppfinnelse er ikke innskrenket til skall- og rørvarme-vekslere, og begrenserne i fig. 1-10 kan komme til anvendelse på andre områder.

For eksempel kan begrenserne i fig. 11 og 12 komme til anvendelse i et strømningssystem hvor det er ønskelig å begrense den mengde pr tidsenhet som fluid forlater systemet med, i tilfelle brudd på fluidoppdemning. Strømningsbegrensning kan oppnås ved å montere en anordning som tillater strømnings-mengder inntil en bestemt størrelse, men som trer ikraft slik at strømningsveien innsnevres ved større strømningsmengder.

Generelt består anordningen for begrensning av strømning av et tynnvegget rør, laget av et bøyelig material, montert innen systemet slik at fluid strømmer gjennom anordningen. Anordningen er konstruert slik at strømningen vil gjøre det statiske trykket på innsiden av røret mindre enn trykket på utsiden. Denne trykkforskjellen kan fås på flere måter, for eksempel med en munningsring ved inngangen til røret, eller ved å la røret få form av en venturi. Anordningen er konstruert slik at røret vil bli trykket sammen når trykkforskjellen når en forhåndsbestemt verdi, og dermed begrenses strømningen.

Således omfatter den strømningsbegrensende anordning 5 0 i fig. 11 en ytre kanal 51 hvor fluidet strømmer i den retning pil A viser. I kanalen 51 er det plassert en begrenser 52, i form av et sammentrykkbart rør, med samme akse som kanalen 51. I den ene ende er begrenseren festet til den indre overflate av kanalen 51 med en ring 54. I den andre ende har begrenseren en innvendig ring 55 som gir en midtstilt munning 56. På denne måten avgrenses et kammer 60 på utsiden av røret

53, som er åpent i motstrømsenden og lukket i medstrøms-enden.

I fig. 12 har det sammentrykkbare røret 52a form av en venturi, Dette har den fordel at under normalt driftstrykk gjenvinnes fallhøyden i sprededelen 57 av venturien og trykktapet blir mindre.

I løsningen i fig. 13 er det ikke dynamiske strømningskrefter som skaper den trykkforskjell som skal til for å trykke røret 61 sammen, men reduksjonen i innvendig trykk når det utvendig trykk overskrider atmosfærisk trykk. I fig. 13 er anordningen montert i en undersjøisk rørledning for transport av olje eller gass. Skulle rørledningen briste, for eksempel over havoverflaten på den plattformen hvor den ender, reduseres trykket inne i rørledningen. Strømingsbegrenseren klarer da ikke å motstå den statiske trykket på undersjøisk nivå og dermed trykkes røret 61 sammen, enten helt eller til en forhåndsbestemt grad. En gjennomhullet hylse 60 omgir den tynnveggde delen 61 i røret 62.

Claims (10)

1. En anordning for regulering av fluidstrømning som omfatter en fluidstrømningskanal, karakterisert ved at kanalen (34, 53, 61), som reaksjon på trykkforskjell mellom kanalens inn- og utside, lar seg trykke sammen slik at fluidstrømningen gjennom kanalene begrenses.

2. En anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at et kammer omgir kanalen (53 eller 57) og at kammeret er åpent i motstrøms-enden og lukket i medstrømsenden.

3. En anordning ifølge krav 1-2, karakterisert ved at kanalen (57) har en innsnevret form slik at et trykkfall skapes ved hjelp av en venturivirkning.

4. En anordning ifølge krav 2 - 3, karakterisert ved at kammeret er dannet av en ytre kanal (51).

5. En anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at kanalen på utsiden er omgitt av en tank.

6. En anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at kanalen (34a) i hovedsak har en sylindrisk utformning og en munning (44) i en fri ende med mindre tverrsnitt, slik at trykket inne i kanalen reduseres.

7. En anordning ifølge krav 5-6, karakterisert ved at kanalens fri ende (46) er utflatet slik at reguleringen av sammentrykningen bedres.

8. En anordning ifølge krav 5-7, karakterisert ved at kanalens veggtykkelse øker gradvis med avstanden fra den fri ende.

9. En anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at kanalen (36, 38) har en innsnevret form slik at et fall i trykket skapes ved hjelp av en venturivirkning.

10. En skall- og rørvarmeveksler av den spesifiserte type, karakterisert ved at minst noen av rørendene munner ut i en tilhørende samletank via anordninger ifølge krav 5 - 9, og er utsatt for det trykk som råder inne i samletanken, således at hver anordningskanal trykkes sammen når den utsettes for den trykkforskjell som oppstår mellom samletank og kanalens innside hvis det blir en bresje i det aktuelle røret, slik at strømningen gjennom dette rør begrenses som en følge av kanalen(e) som er forbundet med røret trykkes sammen.