SE445488B - Munstycken for kylanga vid en angkondensor - Google Patents

Description

20 25 30 35 8006570-9 2 som föres in i styrledningen, först att komprimeras för utpressning av kylmedlet från styrledningen och därefter sprutas in i kylmedlet. Därefter kommer den från säker- hetsventilen utmatade ångan att sprutas in i kylmedlet.

Gasen komprimeras först därför att kylmedlet inte kan förflyttas snabbt på grund av kylmedelspelarens tyngd och flödesmotstândet,även om gastryck appliceras på kyl- medlet.

I allmänhet har styrledningen två grenrör, lika långa, varvid varje ytterände av dessa grenrör som är har ett munstycke med samma diameter. Den från munstyc- ket utmatade gasen bildar två högtrycksbubblor. Först expanderar gasbubblorna huvudsakligen samtidigt i tryck- medlet, expansion, tion, stiger i kylmedlet, under det att de cillerande tryckfluktuationer,och lämnar kylmedelsytan.

När tryckfluktuationerna når insidan (väggen) av det pri- mära inneslutningskärlet, appliceras en dynamisk belast- ning på kärlet. En sådan dynamisk belastning kommer ne- upprepar kontraktion, som förorsakas av över- och expansion, som förorsakas av överkontrak- alstrar os- dan att kallas för belastning, som skapas av bubbelos- cilleringen,eller den första dynamiska belastningen.

Efter gasutsprutningen från varje munstycke sprutar högtrycksânga in i kylmedlet för bildande av ett ångom- råde däri. Ju högre den utsprutade ångans flödeshastighet är ju större blir den sträcka, Dessutom ju bredare avloppsmunstycket på styrledningen är som täcks av ångområdet. ju tjockare kommer ångomrâdet att vara. Formen på ângom- rådet bör bibehållas väsentligen konstant så länge som flödeshastigheten hos den ånga, som matas till omrâdet, är balanserad med ångans kondenseringshastighet. I själva verket är det emellertid mycket svårt att kvarhålla en sådan balans, varför ångområdet hela tiden kommer att ex- pandera och kontrahera. Expansionen och kontraktionen av varje område förorsakar tryckfluktuationer i kylmedlet i det primära inneslutningskärlet. Dessa tryckfluktua- tioner når huvudsakligen samtidigt insidan av inneslut- ningskärlet och applicerar en dynamisk belastning på kär- 10 15 20 25 30 35 8006570-9 3 let. Denna dynamiska belastning, som alstras av ângområ- dena, kommer hädanefter att kallas för den andra dynamiska belastningen. Utsprutningen av kylmedelspelaren, gasen och ångan i kylmedlet åstadkommes i följd_genom varje avlopps- munstycke, som är fäst på styrledningen.

Vid den ovan beskrivna tidigare kända anordningen app- liceras de första och andra, dynamiska belastningarna, som alstras medelst gasen och ångan, som sprutas ut från två munstycken av en styrledning, pâ det primära inne- slutningskärlet vid matning av högtrycksânga in i kyl- medlet. Följaktligen är det nödvändigt att framställa det primära inneslutningskärlet med tillräcklig mekanisk hâllfasthet, så att kärlet kan motstå dessa dynamiska belast- ningar. Naturligtvis måste en sådan mekanisk hâllfasthet vara i enlighet med de säkerhetsföreskrifter, som gäller för reaktorstationer. Om de dynamiska belastningarna är stora kommer därför utformningen av det primära inneslut- ningskärlet oundvikligen att medföra ökning av anordning- ens storlek och kostnad. Därför finns det ett ökande be- h0V av att utVeCkla en ångkondenseringsanordning, som är kapabel att reducera dessa dynamiska belastningar. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en ângkylanordning, som är så utformad, att dyna- misk belastning, vilken alstras på grund av i kylmedlet alstrade tryckfluktuationer och appliceras på ett kärl, som innehåller kylmedel, kan reduceras, när kylmedels- ângan ledes in i kylmedlet för kondensering.

I syfte att uppnå detta ändamål är anordningen enligt föreliggande uppfinning försedd med ett flertal grenrör, som vart och ett har ett av utloppsmunstyckena för utmat- ning av ånga i kylmedlet, och som är olika långa, varvid gasbubblor bildas med en tidsfördröjning, när ånga utma- tas från utloppsmunstyckena.

Grenrören har olika innerdiameter, varvid gasbubb- lorna, som bildas i kylmedlet, när ånga utmatas från utloppsstyckena, får olika volym. Genom användning av ett sådant flertal grenrör med olika fundamentala mått, vilket kommer att beskrivas närmare nedan i samband 10 15 20 25 30 35 8006570-9 4 med föredragna utföringsformer av uppfinningen, kan tid- punkten för starten av den icke-kondenserbara gasens ut- matning från grenrören före ångans utmatning varieras.

Dessutom kan storlekarna av de gasbubblor, som utmatas från grenrören, ändras för variation av bubbeloscille- ringarnas frekvenser. Dessutom kan storlekarna på de ång- som bildas intill respektive avloppsmunstycken frek- områden, av grenrören vid utmatning av ånga och följaktligen venserna hos de från ångområdena alstrade tryckfluktua- tinerna varieras. Tryckfluktuationerna, som påbörjas vid varierande tidpunkter och har olika oscillationsfrek- venser, fortplantas i kylmedlet med en extremt hög has- tighet (1000 m/s eller mer) för att nå kärlets insida (vägg). Periodtiden för kylmedelsfluktuationerna är myc- ket längre än den tid, som krävs för en sådan utbredning.

Följaktligen når de tryckfluktuationer, som motsvarar de olika grenrören, kärlet i olika faser och kombineras där- vid väsentligen vid det tillfälle, då de alstras, varigenom de på kärlet applicerade, dynamiska belastningarna kan re- duceras genom lämpligt val av de fundamentala måtten hos grenrören i syfte att fasförskjuta tryckfluktuationerna från grenrören i förhållande till varandra, när de når kärlet. Således förenklas utformningen av kärlet på så- dant sätt, att kärlets storlek kan reduceras och dess säkerhet förbättras.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hjälp av utföringsexempel under hänvisning till medföl- jande ritningar. Fig l visar schematiskt en kokvatten- reaktor, som utnyttjar en ångkondenseringsanordning en- ligt föreliggande uppfinning. Fig 2 visar en utförings- form av en avloppssektion i fig l. Eig 3A visar avlopps- sektionen i fig 2 samt från denna sektion utmatade gas- bubblor. Fig 3B visar ett diagram över tryckfluktuationer, som alstras i kylmedlet genom bubbeloscilleringen hos anordningen i fig 3A samt variationer hos en sammansatt os- cillering. Fig 4 visar ett diagram över ett resultat, som uppnås genom användning av avloppssektionen i fig 2 tillsammans med ångkondenseringsanordningen i fig l. Fig 10 15 lm 25 30 35 8006570-9 5 5 visar i perspektiv en andra utföringsform av avlopps- sektionen. Fig 6A och 6B visar framifrån och från sidan ännu en utföringsform av avloppssektionen.

Fig l visar schematiskt en kokvattenreaktor, vid vil- ken anordningen enligt uppfinningen utnyttjas. Under ett hus 10 är ett ringformigt, primärt inneslutningskärl 14 anordnat, vilket står i förbindelse med huset 10 medelst anslutningsrör 12 och innehåller kylmedel 16. En tryck- behållare 18 innesluter en icke visad härd och är place- rad i huset 10. Kylmedel eller lätt vatten införes uti- från i tryckbehållaren 18 via en rörledning 20. Det lätta vattnet förângas av det i tryckbehâllaren 18 alstrade vär- met och matas till en icke visad extern anordning via en rörledning 22.

Kopplingen mellan rörledningen 22 och tryckbehållaren 18 är ansluten till en säkerhetsventil 24, som öppnar för att släppa ut ånga inuti rörledningen 22, när ângtrycket inuti tryckbehâllaren 18 överskrider en förbestämd nivå.

Säkerhetsventilens 24 ångavloppsport är ansluten till ena änden av en styrledning 26, vars andra ände sträcker sig nedåt inuti huset 10, genom ett av flera anslutnings- rör 28 och är nedstucken i kylmedlet 16 i inneslutnings- kärlet 14. En avloppssektion 30 med ett flertal grenrör är anordnad vid styrledningens 26 distala eller nedre ände. Den från säkerhetsventilen 24 utmatade ångan föres in i kylmedlet 16 via styrledningen 26 och grenrören.

När trycket inuti styrledningen 26 faller under en nivå nära atmosfärstrycket, införes icke kondenserbar gas vid approximativt 1 atm via en vakuumbrytare 32 in i styrledningen 26. Avloppssektionen 30 vid styrled- ningens 26 nedre ände skjuter ut från den nedre änden och innefattar ett flertal grenrör, som skiljer sig av- seende åtminstone två fundamentala mätt. Sådana tvâ fun- damentala mått är avloppsmunstyckets diameter vid den yttre änden av grenröret och rörets längd.

Pig 2 visar en utföringsform av avloppssektionen 30.

Avloppssektionen 30 har tvâ grenrör 34a och 34b, som skjuter ut från styrledningens 26 nedre ände i motsatta 10 15 20 25 30 35 8006570-9 6 riktningar. Diametern hos grenrörets 34a avloppsmunstycke 36a och grenrörets 34a längd betecknas med Da resp a, medan diametern hos grenrörets 34b avloppsmunstycke 36b och längden av grenrörets 34b betecknas med Db resp b.

Nedan kommer grenrörens funktion att beskrivas. Un- der kokvattenreaktorns normala arbetstillstånd är styr- ledningen 26 fylld med luft vid approximativt l atm tryck och kylmedlets ytor inne i och utanför styrled- ningen 26 ligger på väsentligen samma nivå. Detta till- stånd âterupprättas omedelbart efter det att reaktorns säkerhetsventil 24 arbetat. Även om negativt tryck ska- pas inuti styrledningen 26 på grund av ângkondensering, när säkerhetsventilen 24 stängs efter öppning för utmat- ning av överskottsânga, införes luft vid approximativt l atm tryck från vakuumbrytaren 32 till styrledningen 26.

Antag att grenrörens 34a och 34b mått är sådana att, a'= b och Da < Db. När säkerhetsventilen 24 arbetar för utmatning av högtrycksânga ovanifrân in i styrledningen 26, utmatas kylmedlet vid grenrörens ytteräflåar N95 flödeshastigheter, som är proportionella mot avlopps- munstyckenas 36a och 36b tvärsnittsareor. Grenröret 34a behöver en kortare tid för utmatningen av kylmedlet däri än grenröet 34b. varigenom det förstnämnda röret påbörjar gasutmatningen tidigare än det senare. Pâ grund av denna tidsfördröjning och förhållandet Da < Db, är mängden gas eller storleken av en gasbubbla, som ut- matas från grenröret 34b, större än storleken av en gas- bubbla, som utmatas från grenröret 34a. Dessutom är os- cillationsfrekvensen för kylmedlets tryckfluktuationer, som skapas genom expansion och kontraktion av bubblan från grenröret 34a, högre än oscillationsfrekvensen för de tryckfluktuationer i kylmedlet, som skapas på samma sätt medelst den bubbla, som alstras vid grenröret 34b.

Fig 3A visar schematiskt utformningen av avloppssektionen 30 och storleken av de därifrån utmatade bubblorna 38a och 38b vid de tidigare nämnda tillstânden. Fig 3B visar tidsbaserade förändringar av tryck Pa och Pb och ett av 10 15 20 25 30 35 8006570-9 7 dessa tryck sammansatt tryck vid ett lämpligt ställe på insidan (väggen) av det primära inneslutningskärlet 14 på grund av de tryckfluktuationer, som alstras av gas- bubblornas 38a resp 38b oscillationer. Kurvorna Pa, Pb och Po visar att trycket Pb alstras och när kärlet tidigare än trycket Pa och trycken Pa och Pb har olika oscillationsfrekvenser samt det sammansatta trycket har ett toppvärde, som är mindre än summan av tryckens Pa och Pb toppvärden, eftersom dessa tryck Pa och Pb är fasförskjutna. Eftersom mängden och trycket av den ut- matade gasen är väsentligen lika med den utmatade ångans mängd och tryck, är den på kärlet applicerade, dynamiska belastningen vid anordningen enligt uppfinningen mindre än den dynamiska belastning, som appliceras vid tidigare kända anordningar.

Efter den ovan nämnda gasutmatningen utmatas ånga i kylmedlet. I detta fall utmatas ångan från grenröret 34b via ett avloppsmunstycke med större kaliber vid en hög- re flödeshastighet jämfört med ångan från grenröret 34a.

Följaktligen är det ångområde, som bildas vid spetsen av avloppsmunstycket 36b, tjockt och långt, medan ett ångområde, som bildas vid avloppsmunstyckets 36a spets, är tunnare och kortare. Längden av varje sådant ångom- råde är beroende av kondenseringshastigheten av ångan vid områdets periferi och mängden utmatad ånga från av- loppsmunstycket, medan formen på ângområdet aldrig kan hållas väsentligen konstant utan det kommer hela tiden att oscillatoriskt sträckas ut och dras ihop. Frekvensen av en sådan oscillation kallas oscillationsfrekvens f för ångkondenseringen, vilken ges av följande ekvation 14 ....(1) f = Ašflåzl-q-êï) Där V är ångans flödeshastighet, D avloppsmunstyckets diameter, pw är kylmedlets täthet, pv är ångans täthet L är bundet värme i den kylda ångan, AT är temperatur- skillnaden mellan ångan och kylmedlet och A är en kons- tant. Uppenbarligen är oscillationsfrekvenserna f med av- seende på grenrören 34a och 34b skilda från varandra 10 15 20, 25 30 35 8006570-9 8 därför att dessa rör 34a och 34b skall ha samma längd men skild munstycksdiameter samt ha alla andra fakto- rer än D i ekvation (1) gemensamma. Därför har de tryck- fluktuationer, som alstras i grenrörens 34a och 34b ång- omrâden, vilka medföljer ångkondenseringen, olika oscil- lationsfrekvenser och kommer att nå kärlet och kombine- ras för applicering av en andra dynamisk belastning.

Liksom vid det första fallet med den första dynamiska belastningen, som baserades på bubbeloscilleringen, kommer den andra dynamiska belastningen att vara mindre än den dynamiska belastning, som uppnås med den tidigare kända anordningen, som utnyttjar ett enda avloppsmun- stycke.

Eftersom de första och andra, dynamiska belastning- arna på det primära inneslutningskärlet l4 reduceras underlättas utformningen av kärlet 14, vilket resulte- rar i en förbättrad säkerhetsegenskap hos kärlet och en reducering av framställningskostnaden.

Vid den ovan nämnda utföringsformen mäste sådana förhållanden som a = b och Da = Db undvikas. I annat fall kommer användningen av grenrören att vara värde- lös, eftersom det kombinerade värdet av de tryckfluk- tuationer, som är hänförbara till de tvâ grenrören 34a och 34b och innefattar både den tryckoscillation, som och den tryckoscillation, är väsentligen dub- skapas medelst gasbubblorna, som alstras genom ångkondenseringen, belt så stort som det tryckfluktuationsvärde, som är hän- förbart till vart och ett av grenrören.

Fig 4 visar ett diagram och åskådliggör förhållandet mellan P , PT och PB, varvid (PT - PB)/PB är utsatt på abskissan och (PM - PB)/PB är utsatt på ordinatan, där PT är trycket av den högtrycksânga, som utmatas från säkerhetsventilen 24, PB är trycket i utrymmet ovanför kylmedlet inuti det primära inneslutningskärlet 14 och PM är det maximala bottentrycket vid ett lämpligt ställe på kärlets 14 botten, varvid en ângavloppssektion 30 ut- nyttjas, vilken är så utformad, att grenrören 34a och 34b är lika långa'och att tvärsektionsarean för avloppsmunstyc- 10 15 20 25 30 35 8006570-9 9 ket på ett grenrör är hälften av tvärsektionsarean av det andra grenrörets avloppsmunstycke. Den heldragna linjen A i fig 4 visar ett fall, då tvärsektionsareorna för de två avloppsmunstyckena skiljer sig från varandra, medan den streckade linjen B motsvarar ett fall, då dessa tvär- sektionsareor är lika. Detta diagram visar att det maxi- mala tryck, som appliceras på kärlets 14 botten, i hög grad kan reduceras genom användning av munstycken med olika tvärsektionsareor.

Ehuru grenrören 34a och 34b i fig 2 är så utformade, att ekvationerna a = b och Da < Db är uppfyllda, kan även förhållandena a # b och Da = Db utnyttjas. I detta fall kan tryckfluktuationerna, som är baserade på oscilla- tionerna av bubblor, vilka är alstrade från de två gren- rören, förenas i olika faser på kärlets insida genom lämpligt val av rörlängderna a och b och val av tidpunk- ten för bubbelbildningen. Förhållandena a # b och Da = Db verkar även effektivt på tryckfluktuationerna, därför att oscillationerna av de från de tvâ grenrören alstrade ångområdena och tryckfluktuationernas oscilla- tionsfrekvenser, som är baserade på dessa tvâ områden, kan göras olika, eftersom ângans flödeshastigheter i dessa grenrör är olika.

Det torde utifrån beskrivningen av utföringsformen i fig 2, 3A, 3B inses att den på det primära inneslut- ningskärlet applicerade, dynamiska belastningen kan re- duceras genom ändring av grenrörens storlek åtminstone vad gäller ett av två mått, dvs avloppsmunstycksdimetern och rörlängden.

Ehuru två grenrör användes i ovan nämnda utförings- form, kan även tre eller flera grenrör användas, vilka kan göras skilda från varandra åtminstone avseende ett av tvâ mätt, dvs munstycksdiametern och rörlängden. Så- ledes kommer de 1 kärlet 14 alstrade tryckfluktuationer- na att ytterligare dela sig och nå kärlet i olika oscil- lationstillstând, så att reduceringen av de första och andra dynamiska belastningarna kan underlättas.

Enligt ovan nämnda utföringsform är ångavloppssek- 10 15 20 25 30 35 8006570-9 10 tionen 30 för styrledningens nedre ände försedd med två grenrör. Fig 5 visar en andra utföringsform, vid vilken grenrör 40a och 40b sträcker sig från det nedre ändpar- tiet av styrledningen 26 väsentligen i räta vinklar mot denna ledning och i motsatta riktningar, samt grenrör eller andra rör 42a och 42b, vilka sträcker sig ut från grenrörets 40a nedre ände huvudsakligen i rät vinkel mot både styrledningen 26 och grenröret 40a samt i motsatta riktningar. Vidare sträcker sig grenrör eller andra rör 42c och 42d ut från grenrörets 40b yttre ände väsentli- gen parallellt med grenrören 42a och 42b och i motsatta riktningar. Således är avloppsmunstyckena för gasen och högtrycksângan uppdelade i fyra stycken munstycken och de tryckfluktuationer, som alstras i kylmedlet på grund av gasen och högtrycksângan från de individuella av- loppsmunstyckena, när det primära inneslutningskärlet 14 i olika oscillationstillstând, varvid den på kärlet 14 applicerade, dynamiska belastningen kan reduceras jäm- fört med utföringsformen i fig 2.

Ehuru fig 5 visar grenrör 42a, 42b, 42c och 42d, som är anordnade i ett plan väsentligen i rät vinkel mot styrledningen 26, kan rören alternativt anordnas i plan, som vart och ett är anordnat i väsentligen rät vinkel mot grenrören 40a och 40b, vilket framgår av fig 6A och 6B. I konstruktionen i fig 6A och 6B sträc- ker sig varje grupp av fyra grenrör eller andra rör 44a, 44b, 44c och 44d samt 46a, 46b, 46c och 46d, vilka skiljer sig på ovan nämnda punkter, från grenrören 40a resp 40b. I fig 6A framgår inte fyra stycken grenrör 44c, 44d, 46c och 46d och i fig 6B framgår inte de fyra grenrören 46a, 46b, 46c och 46d.

Ehuru uppfinningen är inriktad på övertrycksångkon- denseringsystem för en kokvattenreaktor enligt ovan nämnda utföringsformer, må påpekas att uppfinningen kan utnyttjas vid ångavloppssektioner vid fallspalter eller andra anläggningar och aggregat, som kräver den ovan beskrivna kondenseringsprocessen.

Claims (5)

1. 0 l5 20 25 30 35 8006570-9 ll PATENTKRAV l. Ångkondenseringsanordning med en behållare, som innehåller kylmedel, och en styrledning (26), vars yttre eller nedre ände sträcker sig in i kylmedlet för matning av kylmedelsånga in i kylmedlet via utlopps- munstycken (36a, 36b), k ä n n e t e c k n a d därav, att styrledningen (26) vid sitt i kylmedlet (16) sig sträckande ändparti innefattar ett flertal grenrör (34a, 34b), som vart och ett har ett av utloppsmun- styckena (36a, 36b) för utmatning av ånga i kylmedlet (l6); och att grenrören (34a, 34b) är olika långa, varvid gasbubblor (38a, 38b) bildas med en tidsfördröjning, när ånga utmatas från utloppsmunstyckena.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att grenrören (34a, 34b) har olika ínnerdiameter, varvid gasbubblorna (38a, 38b), som bildas i kylmedlet (16), när ånga utmatas från utloppsmunstyckena (36a, 36b), får olika volym. 7

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att grenrören innefattar ett par rör (34a, 34b), som sträcker sig i motsatta riktningar ut från styrled- ningens (26) nedre ände väsentligen i rät vinkel mot denna styrledning (26).

4. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att grenrören innefattar ett par rör (40a, 40b), som sträcker sig från styrledningens (26) nedre ände i motsatta riktningar och i rät vinkel mot styrledningen, samt ett par rör (42a, 42b; 42c, 42d), som sträcker sig i motsatta riktningar från ytteränden av vart och ett av förstnämnda rör (40a, 40b) väsentligen i rät vinkel mot styrledningen (26) och de förstnämnda rören (40a, 40b).

5. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att grenrören innefattar ett par första rör (40a, 40b), som sträcker sig från styrledningens (26) nedre än- de i motsatta riktningar och väsentligen i-rät vinkel mot styrledningen (26), samt fyra andra rör (44a, 44b, 440, 8006570-9 12 44d; 46a, 46b, 46c, 46d), som sträcker sig i ett plan väsentligen i rät vinkel mot de första rören (40a, 40b) ut från dessa rörs ytterände.