SE458730B - Matarvattenfoerdelare foer kokvattenreaktor - Google Patents

Description

458 750 2 strömmar från reaktortrycktankens l botten in i härden 3, där den hettas upp till en blandning av ånga och vatten. Blandning levereras sedan till ångavskiljaren 4 och separeras i vatten och ånga. Detta vatten blandas med det från matarvattenfördelaranordningarna 7 utsprutade vattnet, och levereras åter igen till reaktortrycktankens 1 nedre del. Det ovannämnda omloppet repeteras. Varje matarvattenfördelaranordning 7 har vattenmatande för- delningsrör, som vart och ett innefattar ett bågformat rör, såsom visas i fig 2. Fördelningsrören 10 är horison- tellt och cirkulärt anordnade, så att vatten sprutas ut från ett antal munstycksöppningar ll på varje fördel- ningsrör 10, varigenom relativt varmt, från ångavskiljaren 4 avskilt vatten blandas likformigt med det relativt kalla, från fördelningsrören 10 utsprutade vattnet.

Flödet av vatten som avskilts i ângavskiljaren 4, och flödet av vatten som sprutats ut från fördel- ningsrören 10, visas schematiskt i fig 3. Det varma, i ångavskiljaren 4 avskilda vattnet sprids horisontellt och radiellt, medan flödet nedåt i fallspalten 8 är vä- sentligen vertikalt. Därefter strömmar det varma vattnet in i cirkulationsdonen 9. Det varma vattnet med en ström- ningshastighet Qa i ett område Wa strömmar in i ett cirkulationsdon 9a; det varma vattnet med en strömnings- hastighet Qb i ett omrâde Wb strömmar in i ett cirkula- tionsdon 9b; och det varma vattnet med en strömnings- hastighet Qc i ett område Wc strömmar in i ett cirkula- tionsdon 9c. Pâ samma sätt levereras vatten, som sprutas ut fràn fördelningsrören 10 med en strömningshastighet qa i området Wa, till cirkulationsdonet 9a; vatten, som sprutas därifrån med en strömningshastighet qb i området Wb, levereras till cirkulationsdonet 9b; och vatten, som sprutas därifrån med strömningshastigheten qc i omrâdet Wc, levereras till cirkulationsdonet 9c.

Strömningshastigheterna Qa, Qb, och Qc är lika. Emeller- tid kan knappast strömningshastighetsfördelningen för vatten, som sprutas ut från fördelningsröret l0 i när- heten av reaktortrycktankens l insida, hållas likformig 458 730 3 beroende på tryckfall i fördelningsröret 10 och andra faktorer. qar hastigheterna Qa plus qa, Qb plus qb samt Qc plus qc Detta resulterar i att strömningshastigheterna qb och qc varierar inbördes. De totala strömnings- skiljer sig från varandra, vilket medför temperatur- variationer i det från cirkulationsdonen 9 uttömda vatt- net. Av denna orsak blir temperaturfördelningen för det i reaktorhärden 3 inströmmande vattnet olikformig.

Detta leder till en ojämn voidhalt i reaktorhärden, vilket förhindrar likformiga bränslereaktioner och full- ständig förbränning av bränslet.

I den konventionella ângavskiljaren 4 strömmar varmt vatten direkt på fördelningsrören 10 och orsakar därmed betydande värmepáfrestningar i fördelningsrören . Eftersom dessa är horisontellt placerade kommer de dessutom i vägen när en undervattenstelevisionskamera och verktyg sänks ner i fallspalten för inspektion av cirkulationsdonen.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kokvattenreaktor, vari vatten som strömmar in i en reaktorhärd hålls vid likformig temperatur, matarvatten- fördelaranordningens munstycken utsätts för mycket små termiska påfrestningar och fördelningsrör inte hindrar inspektion av cirkulationsdon.

För att uppnå ovannämnda syfte med föreliggande uppfinning har matarvattenfördelaranordningen ett flertal vertikala vattenmatande fördelningsrör vilkas antal är lika med antalet cirkulationsdon, vilka omger reak- torkärnan ovanför cirkulationsdonen och vilka vart och ett är anordnade längs ett vertikalplan på väsentligen samma avstånd från två angränsande cirkulationsdon, varvid fördelningsrörens utsträckning i omkretsled är begränsad, så att fördelningsrören inte sträcker sig till vertikala radialplan som skär angränsande cirku- lationsdon och varvid vart och ett av fördelningsrören har en eller flera vertikala rader med öppningar, vilka är riktade radiellt inåt mot reaktorhärden. 458 750 4 När matarvattenfördelaranordningar av den här typen används, strömmar i cirkulationsdonen kallt vatten från fördelningsrören blandat med varmt vatten i ett förut- bestämt förhållande och blandas så, att vatten med lik- formig temperatur töms från cirkulationsdonen ner i reaktortrycktankens botten. Eftersom det från fördelnings- rören utsprutade vattnet strömmar under matarvattenför- delaranordningens inloppsmunstycke, minskas den termiska pàfrestningen pá detta. Fördelningsrörens vertikala konstruktion tillåter en enkel inspektion av cirkula- tionsdonen.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l visar en vertikal genomskärning av en konventionell kokvatten- reaktortrycktank; fig 2 visar en längs linjen II-II i fig l gjord horisontell genomskärning av reaktortryck- tanken; fig 3 är en schematisk bild av varmvattensflödet från en àngavskiljare och kallvattensflödet från för- delningsrör i reaktortrycktanken som visas i fig 1; fig 4 visar en längsgående genomskärning av en kokvat- tenreaktortrycktank, i vilken en matarvattenfördelar- anordning enligt första utföringsformen av föreliggande uppfinning är anbringad; fig 5 visar en längs linjen V-V i fig 4 gjord genomskärning av reaktortrycktanken; fig 6 visar en sidovy av ett fördelningsrör för vatten- matning till en i reaktortrycktanken i fig 4 använd matarvattenfördelaranordning enligt första utföringsformen av föreliggande uppfinning; fig 7 visar en bild framifrån på det i fig 6 visade fördelningsröret; fig 8 är en schematisk bild av varmt vatten frán àngavskiljaren och kallt vatten från fördelningsrören i reaktortryck- tanken i fig 5; fig 9 visar en sidobild pà ett annat fördelningsrör för matarvattenfördelningsanordningen enligt andra utföringsformen av föreliggande uppfinning; fig l0 visar en bild framifrån pá det i fig 9 visade fördelningsröret; fig ll visar en längs linjen XI-XI i fig 10 gjord genomskärning av fördelningsröret; fig 12 visar en horisontell genomskärning av en experiment- 458 730 modell som är modifierad relativt reaktortrycktanken i fig 4; och fig 13 visar en vattenströmningshastig~ hetsfördelning, som erhållits vid experiment med experi- mentmodellen i fig 12.

Matarvattenfördelaranordníngar enligt första och andra utföringsformer av föreliggande uppfinning kommer att beskrivas med hänvisning till fig 4-ll. Fig 4-8 visar en matarvattenfördelaranordning med fördelningsrör enligt första utföringsformen av föreliggande uppfinning.

I en reaktortrycktank 101 är ett hölje 102 placerat.

En reaktorhärd 103 ryms i höljet 102. En ringformad fallspalt 104 begränsas av höljets 102 utsida och reaktortrycktankens 101 insida. Vatten strömmar nedåt längs den ringformade fallspalten 104 och levereras till reaktorhärden 103. Där hettas vattnet upp och ånga alstras. Ångan, som innehåller vatten, skickas till en ovanför reaktorhärden 103 placerad àngavskiljare 105, som separerar ángan frán vattnet. Angan förs därefter till en àngtorkare 106 och delas upp i torr ånga och fuktighet. Ångan levereras från ett huvudángmunstycke 107 till en turbin genom en huvudàngrörledning. Efter det att ångan har drivit turbinen, kondenseras den till vatten i en kondensor och återvänder till reaktortryck- tanken 101. Ett flertal cirkulationsdon 108 är placerade nedanför fallspalten 104, och dessa för vattnet som avskilts i ångavskiljaren 105 och vatten som levererats från matarvattenfördelaranordningarna 109 (beskrives senare) genom fallspalten 104. Med hjälp av cirkula- tionsdonen 108 levereras vatten till den nedre delen av reaktortrycktanken 101 och därefter till reaktorhärden 103.

Matarvattenfördelaranordningen, som tillför reaktor- trycktanken 101 vatten, kommer nu att beskrivas. Varje matarvattenfördelaranordning 109 har ett fördelningsrör 110 för vattenmatning som är placerat ovanför cirkula- tionsdonen 108 vid den övre delen av hö1jet_102. Enligt fig 5 är varje fördelningsrör 110 placerat ovanför och mittemellan angränsande cirkulationsdon 108, och inne- 458 730 6 fattar ett vertikalt utsträckt rakt rör- Varje fördel- ningsrör 110 är i sin övre ände anslutet till ett hori- sontellt vattenmatarrör 112 via en krök lll, och stöds mot insidan på reaktortrycktanken vid sin nedre ände av ett metallstödelement 113. I varje fördelningsrör finns ett flertal vertikalt anordnade vattensprutande munstycken 114. Vatten, som levereras genom vattenmatar- röret 112 och fördelningsröret 110, sprutas fràn de vattensprutande munstyckena 114 in i reaktortrycktanken 101. Pà vardera sidan om fördelningsröret 110 är en rad armbågsformade vattensprutande munstycken anordnade på så sätt, att öppningarna pà de vattensprutande mun- styckena 114 är riktade mot reaktortrycktankens 101 centrum. De tvà raderna vattensprutande munstycken 114 på sidorna av varje fördelningsrör 110 är symmetriska med avseende på ett plan 3, som inbegriper en axel O-0 genom reaktortrycktanken 101 och en axel A-A genom varje fördelningsrör 110. I varje rad är de vattensprutande munstyckenas 114 öppningar placerade i en vertikal linje med lika mellanrum.

I matarvattenfördelaranordningen med ovannämnda utrustning enligt första utföringsformen av föreliggande uppfinning matas vatten till fördelningsröret 110 genom respektive vattenmatarrör 112 och sprutas från de vatten- sprutande munstyckena 114 in i tanken 101. Det utsprutande kalla vattnet blandas med det i ångavskiljaren 105 av- skilda varma vattnet och förs in i cirkulationsdonen 108 via fallspalten 104. Vattnet tillföres sedan reak- tortrycktankens 101 nedre del och strömmar därifrån in i reaktorhärden 103 vid en medelvarm temperatur.

Flöden av vatten, som avskilts i ångavskiljaren, och vatten som sprutats ut från munstyckena, visas i fig 8. Vatten i tanken 101 föres in i cirkulationsdonen l08ab och 108bc (suffixen ab och bo har lagts till hän- visningsnumret 108 för att specificera vilket cirkula- tionsdon som valts) med strömningshastigheter Qab och Qbc, vilka är lika med varandra. Vatten, som tillförts 458 750 7 fördelningsrören ll0a, llOb och ll0c (suffixen a, b och c har lagts till hänvisningsnumret 110 för att speci- ficera vilket fördelningsrör som valts), sprutas ut från respektive vattensprutande munstycke 114. Eftersom de vattensprutande munstyckena 114 är placerade pà båda sidor av fördelningsrören ll0a, llOb och 1l0c, strömmar vatten, som sprutats från dessa, symmetriskt pà bàda sidor om fördelningsrören ll0a, ll0b och llOc. Vatten med strömningshastigheterna q'a och q'b, vilka är lika med halva strömningshastigheten för det från fördel- ningsrören 110a respektive 110b utsprutade vattnet förs in i cirkulationsdonet l08ab. Pâ samma sätt föres kallt vatten med strömningshastigheterna q'b och q'c, vilka är lika med halva strömningshastigheten för det frán fördelningsrören 1l0b respektive ll0c utsprutade vattnet, in i cirkulationsdonet l08bc. Om strömningshastigheterna hos vatten som sprutats från fördelningsrören 1l0a, '-ll0b och llOc är lika, blir också strömningshastigheterna q'a, q'b och q'c lika, vilket resulterar i att blandningen av varmt och kallt vatten föres in i cirkulationsdonen l08ab och l08bc med samma strömningshastighet. Varmt vatten som avskilts i àngavskiljaren och kallt vatten som sprutats ut från fördelningsrören föres in i cirku- lationsdonen l08ab och l08bc för att blandas likformigt med varandra. Det blandade vattnet som töms ut från cirkulationsdonen l08ab och l08bc har samma temperatur.

Därför kommer också det i reaktorhärden inströmmande vattnet att ha likformig temperatur. Eftersom det kalla vattnet sprutas ut från ett antal vattensprutande mun- stycken 114 kommer dessutom blandningen av vatten som avskilts i ångavskiljaren 105 och vatten som sprutats ut från munstyckena 114 att väsentligen vara likformig, innan den föres in i cirkulationsdonen l08ab och l08bc.

På så sätt förhindras otillräcklig blandning. De två vattenflödena från varje fördelningsrör behöver vidare bara vara symmetriska inbördes. För att blanda det i ångavskiljaren avskilda vattnet tillräckligt med det från fördelningsrören utsprutade vattnet behöver dock 458 730 8 den vertikala strömningshastighetsfördelningen för vatten längs fördelningsrören l10a, ll0b och ll0c inte alltid vara likformig. Denna uppfinning har därför inte den nackdelen att temperaturfördelningen för det i reaktor- härden inströmmande vattnet blir olikformig beroende på olikformig strömningshastighetsfördelning för vatten som sprutas ut fràn fördelningsrör, såsom i den konven- tionella reaktorn.

Fördelningsrören 110 enligt föreliggande uppfinning är vertikalt placerade för att sträcka sig i det varma vattnets strömningsriktning, och den utsprutade strömmen blandas i området nedanför matarvattenfördelaranordningens mynning 120. Det kalla, från fördelningsrören 110 utspru- tade vattnet strömmar längs med dessa, varigenom varia- tionerna i termisk påkänning på inloppsmunstycket 120 minskas.

Eftersom fördelningsrören 110 är vertikalt anordnade och varje fördelningsrör är placerat ovanför och emellan angränsande cirkulationsdon 108, kommer vidare inte fördelningsrören 110 i vägen för inspektionsutrustning när denna hängs upp i reaktortrycktanken 101 för inspek- tion av cirkulationsdonen 108.

Pig 9-11 visar en matarvattenfördelaranordning enligt andra utföringsformen av föreliggande uppfinning.

Matarvattenfördelanordningen är väsentligen densamma som i första utföringsformen med undantag för att två rader vattensprutande öppningar har ersatt de vatten- sprutande munstyckena 114. Matarvattenfördelaranordningen i den andra utföringsformen har samma verkan som matar- vattenfördelaranordningen i den första utföringsformen.

De vattensprutande öppningarna behöver inte vara begränsade till arrangemang enligt första och andra utföringsformen. Munstycken och munstycksöppningar i andra utföranden kan också användas.

I en verklig reaktor är olika utrustningsdelar placerade i reaktortrycktanken. Beroende pä hur utrust- ningen är anordnad kan vattnets strömningsriktning i fall- spalten avvika i omkretsled. Dessutom behöver inte cirku- 458 730 9 tionsdonen och fördelningsrören placeras med lika mellan- rum om rymdförhàllandet mellan dessa och annan slags utrustning kräver annat. I sådant fall är fördelningsrören utförda för att tillåta att ett asymmetriskt vattenflöde sprutas ut därifrån i avsikt att erhålla likformig tempe- ratur.

Fig 12 visar en schematisk bild av en anordning för att testa föreliggande uppfínnings strömningshas- tighetskarateristik. En sektorformad tank med l20° centrum- vinkel används som experimentmodell eller som simule- ringstrycktank 101. Ett vattenmatande rör 112 är placerat mitt på en bágformad vägg hos simuleringstrycktanken 101. Ett hölje med väsentligen trapetsformat tvärsnitt är placerat i simuleringstrycktanken 101. Det vatten- matande röret 112 sträcker sig genom höljet 116. Två cirkulationsdon 108 är placerade i den nedre änden av höljet 116. Ångavskiljare 105 är placerade upprätt i höljet 116. I den verkliga modellen finns fler ångav- skiljare, men för tydlighetens skull är antalet ångav- skiljare begränsat i figuren.

I den ovannämnda experimentmodellen var innerdia- metern (avståndet mellan centrum O och simuleringstryck- tankens bågformade väggs insida) 3205 mm; tankens 101 tjocklek var 300 mm; höjden på tankens vägg var 2500 mm och höjden på ångavskiljaren 105, räknat frán botten på simuleringstrycktanken 101, var 3181 mm.

Dimensionerna på matarvattenfördelaranordningen var de följande: Ytterdiametern pá det vattenmatande fördelningsröret 110: 165,2 mm.

Diametern på det armbágsformade munstyckets 114 öppning: 45 mm; Avståndet mellan öppningarnas centrum på vardera sidan om det armbàgsformade munstycket 114: 356,8 mm; Avståndet mellan centrum på vertikalt intilliggande öppningar på det armbågsformade munstycket 114; 180 mm; Antalet munstycken i varje rad: 16. 458 730 Vid experimentet rådde rumstemperatur. Den från matarvattenfördelaranordningen avlämnade vätskan var kranvatten. Den totala mängden vatten som strömmade från de två raderna med munstycken var 16,49 m3/min.

Pig 13 visar en vattenströmningshastighetsfördelning för varje munstycke. Strömningshastigheten är andelen i procent, räknat av halva totala flödet, som sprutas ut genom vardera munstycket. Mängden vatten som sprutas från varje munstycke i fördelningsröret i simulerings- trycktanken är symmetriskt med avseende på ett plan B, sàsom visas i fig 13, vilket leder till att ett väsent- ligen likformigt vattenflöde erhålles vid samma vattennivà i simuleringstrycktanken. Vidare uppträder inte nâgra temperaturvariationer på samma nivå. Eftersom ström- ningshastighetsfördelningen för vatten i ángavskiljaren är väsentligen densamma som i fördelningsröret, hâlles vattentemperaturen i simuleringstrycktanken väsentligen konstant som helhet betraktad.

Sammanfattningsvis är de vattenmatande fördelnings- rören vertikalt anordnade och placerade med mellanrum pà reaktortrycktankens omkrets nära dess insida. Varje fördelningsrör är placerat ovanför och emellan intill- liggande cirkulationsdon och de vattensprutande öpp- ningarna är vertikalt anordnade i fördelningsröret.

Därför förs vatten, som sprutats ut från en munstycksrad i ett fördelningsrör (dvs hälften av vattnet som sprutats från fördelningsröret), in i ett cirkulationsdon vid samma temperatur utan att påverkas av olikformig verti- kalfördelning för det kalla vattnets strömmningshastighet.

Följaktligen blir temperaturen på det i reaktorhärden införda vattnet likformiq liksom temperaturen på det från cirkulationsdonen uttömda vattnet. Dessutom är blandningen av varmt och kallt vatten väsentligen likfor- mig, eftersom det kalla vattnet sprutas ut från ett antal vattensprutande munstycken. Detta vattenblandas vidare till nästan fullständig likformighet när det passerar cirkulationsdonen. Eftersom_fördelningsrören 458 730 11 är vertikalt anordnade kommer den fördelningsröryta som är i direkt kontakt med det varma vattnet att bli liten och det kalla vattnet, som sprutats ut från för- delningsrören, att flyta längs dem, varigenom de termiska påfrestningarna på fördelningsrören minskas. Därtill kommer att inspektionsutrustning kan installeras i reaktor- trycktanken för inspektion av cirkulationsdonen utan att hindras av fördelningsrören, eftersom varje fördel- ningsrör är placerat ovanför och emellan angränsande cirkulationsdon-

Claims (8)

4358 l0 15 20 25 30 7:5Ü 12 PATENTKRAV

1. Kokvattenreaktor, innefattande en reaktortryck- tank (101), ett i reaktortrycktanken anordnat hölje (102), en i höljet inrymd reaktorhärd (103), ett flertal cirkulationsdon (108) för reaktorvatten, vilka är anord- nade med väsentligen samma inbördes avstånd längs peri- ferin på reaktortrycktankens insida pà en nivå under reaktorkärnan och inrättade att leda vattnet längs en flödesväg i reaktortrycktanken från cirkulationsdonen genom reaktorhärden till ett parti av reaktortrycktanken ovanför reaktorhärden och därefter nedåt mellan hölíet och reaktortrycktankens' insida till cirkulationsdonen, en matarvattenfördelaranordning (109), vilken är inrättad att spruta in vatten i ett avsnitt av flödesvägen mellan höljet och reaktortrycktankens insida, n a d k ä n n e t e c k av att matarvattenfördelaranordningen innefattar ett flertal vertikala vattenmatande fördelningsrör (110), vilkas antal är lika med antalet cirkulationsdon (108), vilka omger reaktorkärnan (103) ovanför cirkulationsdonen och vilka vart och ett är anordnade längs ett vertikal- plan pà väsentligen samma avstånd från två angränsande cirkulationsdon (108), varvid fördelningsrörens (110) utsträckning i omkretsled är begränsad, så att fördel- ningsrören (110) inte sträcker sig till vertikala radial- plan som skär angränsande cirkulationsdon (108) och varvid vart och ett av fördelningsrören (110) har en eller flera vertikala rader med öppningar (114, 115), vilka är riktade radiellt inåt mot reaktorhärden (103).

2. Kokvattenreaktor enligt krav 1, t e c k n a d k ä n n e - av att de vertikala raderna av vatten- sprutande öppningar (114, 115) är anordnade symmetriskt runt de nämnda vertikalplanen.

3. Kokvattenreaktor enligt krav 2, t e c k n a d k ä n n e - av att de sprutande öppningarna (114, 115) är anordnade i två rader på vart och ett av de Vatten- 10 15 20 458 750 13 matande fördelningsrören (110).

4. Kokvattenreaktor enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a d av att de vattensprutande öppningarna (114, 115) i var och en av de två raderna bildar en vertikal rak linje.

5. Kokvattenreaktor enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d av att de vattensprutande öpp- ningarna (114 , 115) i var och en av de två raderna är anordnade med lika mellanrum.

6. Kokvattenreaktor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att de vattenspru~ tande öppningarna innefattar armbågsformade munstycken (114), vilka sträcker sig från respektive fördelnings- rör (110).

7. Kokvattenreaktor enligt något av krav 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att de vattensprutande öpp- ningarna består av i de vattenmatande fördelningsrören (110), bildade öppningar (115).

8. Kokvattenreaktor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att antalet vertikala rader är mindre än antalet öppningar (114, 115) i varje vertikal rad.