WO1996019674A1 - Device for limiting the volumetric flow of a pressurized fluid - Google Patents

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WO1996019674A1
WO1996019674A1 PCT/DE1995/001834 DE9501834W WO9619674A1 WO 1996019674 A1 WO1996019674 A1 WO 1996019674A1 DE 9501834 W DE9501834 W DE 9501834W WO 9619674 A1 WO9619674 A1 WO 9619674A1
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PCT/DE1995/001834
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Johann Meseth
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/0015—Whirl chambers, e.g. vortex valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C1/00—Circuit elements having no moving parts
    • F15C1/16—Vortex devices, i.e. devices in which use is made of the pressure drop associated with vortex motion in a fluid

Definitions

  • Swirl generation also occurs, for example, when water drains through the drain opening in a bathtub.
  • a region of low pressure in particular negative pressure, forms around the main axis, in which steam flows under saturation pressure or steam or gas of low density, as a result of which the volume and mass flow of the fluid are reduced.
  • a connection of the swirl generation element to the flow channel guarantees a deflection of the flow from a flow direction in a plane perpendicular to the main axis into a flow direction parallel to the axis of the flow channel.
  • the axis of the flow channel and the The main axis of the device are preferably identical, at least largely parallel to one another.
  • the inflow component preferably has an inflow opening that is spaced from the main axis. In this way, a tangential flow perpendicular to the main axis can be achieved with little pressure loss.
  • the swirl generating element is preferably arranged in a container of the system at which the flow channel ends.
  • the inflow opening in the container can be spaced substantially further from the main axis, which preferably coincides with the axis of the flow channel, than a wall of the flow channel.
  • the distance between the inflow opening and possibly a swirl vane from the axis is preferably larger than the diameter of the flow channel.
  • a diffuser in particular a radial diffuser, is preferably arranged between the swirl generating element and the cross-sectional constricting element, which causes an increase in the flow cross section of the device from the cross-sectional constricting element to the swirl generating element.
  • the flow cross section of the swirl generating element is preferably larger than the cross section of the flow channel, so that during normal operation of the system, in particular a cooling system of a nuclear power plant, the additional flow pressure losses of the cross sectional constriction element and swirl generating element due to the additional pressure recovery in the Diffuser is at least compensated, ie the normal volume flow through the device is not changed.
  • FIG. 1 shows a device in a system for guiding a pressurized fluid in one
  • the device 1 has a swirl generating element 4 with swirl blades 10, which are arranged on a circle 11 in a plane perpendicular to a main axis 3a of the device 1.
  • the wire production element 4 forms in the region of the inflow openings 15 a circular disk-shaped inflow component 14 extending substantially perpendicular to the main axis 3a.
  • the radius of the circle 11 is more than twice as large as the radius of the circular pipeline 2a.
  • a cross-sectional constriction element 5 in the form of a Venturi tube connects to the diffuser 7.
  • the smallest inner diameter of the cross-sectional constriction element 5 is approximately 62.5% of the inner diameter of the pipeline 2a.
  • the device 1 with the swirl generating element 4, the diffuser 7 and the cross-sectional constricting element 5 forms a structural unit which is introduced into the pipeline 2a from the inside of the reactor pressure vessel 6a, so that the swirl generating element 4 in the Reactor pressure vessel 6a remains and the cross-sectional constriction element 5 projects into the line end 9. Due to the arrangement of the swirl blades 10 shown in FIG.
  • the device 1 calls no or only insignificant additional flow ⁇ resistance.
  • the height of the swirl generating element 4 of approximately 30 mm and the radius of the circle 11 of approximately 600 mm are selected such that the outflow cross-sectional area of the device 1 is significantly larger than the inflow area given by the cross-sectional area of the pipeline 2a.
  • the volume flow of the fluid is not impaired during normal operation of the boiling water nuclear reactor system.
  • the narrowing of the cross section the pipe 2a through the cross-sectional constriction element 5 is approximately 39%. If additional flow pressure losses are permissible, this narrowest cross-section can be reduced even further, for example to 27% of the cross-sectional area of the pipeline 2a, if the additional pressure loss coefficient ⁇ additionally equals 1 or 19% of the cross-sectional area of the pipeline 2a if ⁇ additionally the same 3 is.
  • the inflow opening 15 and the swirl blades 10 are arranged as far as possible from an axis 3 of the flow channel 2. It is spaced apart from the main axis 3a, which coincides with the axis 3 of the flow channel, by more than twice the radius of the pipeline 2a.
  • a pressure recovery is disturbed by the swirl generating element 4, at most slightly.
  • the fluid flowing into the reactor pressure vessel 6a leaves the swirl generating element 4 almost without swirl.
  • the swirl generating element 4 contributes significantly to the reduction and limitation of the volume flow and the mass flow in the event of a line break in the pipeline 2a.
  • the outflow cross-section of the fluid in the pipeline 2a which is already greatly reduced in any case by the cross-sectional constriction element 5, thus has a mass flow density that becomes ever lower towards the main axis 3.
  • the outflowing volume flow or mass flow is thus further significantly reduced by the swirl generated in the swirl generating element 4 in addition to the reduction due to the narrowing of the cross section.
  • This reduction or limitation of the volume flow as a result of an additional swirl also occurs, for example, when water flows out of a bath tub, this outflow being slower the stronger the vortex which is formed in the drain pipe.
  • the inflow component 14 experiences significantly reduced static pressures only in the vicinity of the main axis 3a; the swirl destruction element 8, however, is designed for the full static differential pressure.
  • the swirl destruction element 8 With the exception of the vortex core, a potential vortex which forms in the swirl generating element 4 and the swirl destruction element 8 represents a largely swirl-free flow. Friction effects occur practically only on the inner walls of the swirl generating element 4 and the swirl eliminating element 8 is however relatively low due to the relatively low flow velocity in the area of the inner walls.
  • a calm flow zone is formed in the vicinity of the main axis 3a, which roughly corresponds to the "eye of a typhoon".
  • the emerging volume flow is limited to approximately 120% of the normal volume flow.
  • the volume flow in the event of a leak is limited by generating swirl in a plane perpendicular to the flow direction of the fluid in the flow channel.
  • the emerging volume flow can be limited to approximately 150% of the normal operating volume flow with little pressure loss. This corresponds to a reduction to approximately 75% of the volume flow exiting without the device.
  • the volume flow can be limited in the event of a rupture to below 50% of the normal operational volume flow.

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Abstract

The invention concerns a device (1) for limiting the volumetric flow in a system through which a pressurized fluid can flow, the system comprising a flow duct (2). The device (1) has a main axis (3a) and a swirl-generating component (4) which, in order to generate swirling, is arranged at a distance from the main axis (3a) and adapted to introduce the fluid into the flow duct (2). The device (1) is preferably in the form of a structural unit comprising the swirl-generating component (4), a diffuser (7) and a cross-sectional narrowing component (5). The main axis (3a) of the device (1) is preferably parallel to the axis (3) of the flow duct (2) such that the swirl-generating component (4) produces a tangential speed component of the fluid in a plane perpendicular to the axis (3), whereby the volumetric flow (2) is reduced when there is a breakage or leak in the flow duct (2). Narrowing the cross-section of the flow duct (2) by means of the cross-sectional narrowing component (5) further reduces the volumetric flow. The invention further concerns the use of the device in the cooling system of a nuclear reactor plant.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung zur Begrenzung des Volumenstroms eines unter Druck stehenden FluidesDevice for limiting the volume flow of a fluid under pressure
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung des Volumenstroms in einem von einem unter Druck stehenden Fluid durchströmbaren System, welches einen Strömungskanal auf¬ weist, der entlang einer Achse gerichtet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung der Vorrichtung in einer industriellen Anlage, insbesondere einer Kernkraftanlage.The invention relates to a device for limiting the volume flow in a system through which a pressurized fluid can flow and which has a flow channel which is directed along an axis. The invention further relates to a use of the device in an industrial plant, in particular a nuclear power plant.
In industriellen Anlagen, wie beispielsweise chemischen Anla¬ gen und Anlagen zur Energieerzeugung aus Dampf, die ein System aus Leitungen und Behältern aufweisen, in denen ein unter Druck stehendes Fluid geführt bzw. gesammelt wird, ist es aus sicherheitstechnischen Gründen wichtig, bei einer Leckage in dem System den hierbei austretenden Volumenstrom und/oder Massenstrom des Fluides möglich gering zu halten. Dies spielt insbesondere bei industriellen Anlagen eine wich¬ tige Rolle, bei denen das Fluid über ein gewisses Gefahren¬ potential verfügt, beispielsweise eine chemisch reaktive Sub¬ stanz, eine heiße verdampfte Flüssigkeit oder radioaktiv kon¬ taminiertes Kühlwasser ist. Um den austretenden Volumenstrom, beispielsweise bei einem vollständigen Bruch einer Leitung, möglichst gering zu halten, werden Leitungsquerschnitte mög¬ lichst klein gehalten, Venturi-Düsen eingesetzt, nachgeschal¬ tete Schnellschlußarmaturen verwendet sowie Rohrbruchsiche¬ rungen eingebaut. Sämtliche dieser Maßnahmen beeinflussen zum Teil erheblich die Wirkungsweise der industriellen Anlage in einem normalen Betrieb, erfordern zusätzliche Überwachungs¬ und Wartungsarbeiten oder bergen die Gefahr eines Versagens im Falle des Auftretens eines Lecks in dem System.In industrial plants, such as chemical plants and plants for generating energy from steam, which have a system of lines and containers in which a pressurized fluid is conducted or collected, it is important for safety reasons, if there is a leak in the system to keep the emerging volume flow and / or mass flow of the fluid as low as possible. This plays an important role in particular in industrial systems in which the fluid has a certain hazard potential, for example a chemically reactive substance, a hot vaporized liquid or radioactive contaminated cooling water. In order to keep the escaping volume flow as low as possible, for example in the event of a complete break in a line, line cross sections are kept as small as possible, venturi nozzles are used, downstream quick-acting fittings are used and pipe rupture safety devices are installed. All of these measures in some cases have a considerable influence on the mode of operation of the industrial system in normal operation, require additional monitoring and maintenance work or involve the risk of failure in the event of a leak in the system.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine passiv wirkende Vor¬ richtung zur Begrenzung des Volumenstromes in einem von einem unter Druck stehenden Fluid durchströmbaren System anzugeben, die auch im Zuge einer Nachrüstung in das System einbringbar ist und bei Auftreten eines Lecks in dem System, insbesondere dem Bruch einer Leitung, den ausströmenden Volumenstrom mög¬ lichst gering hält.The object of the invention is therefore to provide a passively acting device for limiting the volume flow in a system through which a pressurized fluid can flow, which can also be introduced into the system in the course of retrofitting and, in the event of a leak in the system, in particular the breakage of a line, keeps the outflowing volume flow as low as possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrich¬ tung zur Begrenzung des Volumenstroms in einem System, wel¬ ches von einem unter Druck stehenden Fluid durchströmbar ist, und einen Strömungskanal aufweist, wobei die Vorrichtung eine Hauptachse und ein Drallerzeugungs-Element aufweist, welches zur Einleitung des Fluids in den Strömungskanal vorgesehen ist und zwecks Drallerzeugung in dem Fluid eine sich im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse erstreckende Einströ¬ mungskomponente aufweist.According to the invention, the object is achieved by a device for limiting the volume flow in a system which can be flowed through by a pressurized fluid and has a flow channel, the device having a main axis and a swirl generating element which is used for introduction of the fluid is provided in the flow channel and, for the purpose of generating swirl in the fluid, has an inflow component which extends essentially perpendicular to the main axis.
Durch eine Einströmungskomponente senkrecht zur Hauptachse erfolgt bei einem Leck oder einem Bruch in dem Strömungskanal zwar eine Strömung des unter Druck stehenden Fluides in Rich¬ tung der Hauptachse. Das Fluid erhält aber auch eine tangen- tiale Geschwindigkeitskomponente in einer Ebene senkrecht zu der Hauptachse. Durch diese tangentiale Geschwindigkeitskom¬ ponente, welche hin zu der Hauptachse größer wird und zu ei¬ nem Druckabfall hin zur Hauptachse führt, wird der Volumen¬ strom in Richtung der Hauptachse begrenzt bzw. verringert. Diese Begrenzung bzw. Verringerung des Volumenstroms durchAn inflow component perpendicular to the main axis causes a flow of the pressurized fluid in the direction of the main axis in the event of a leak or break in the flow channel. The fluid also receives a tangential velocity component in a plane perpendicular to the main axis. The volume flow in the direction of the main axis is limited or reduced by this tangential speed component, which becomes larger towards the main axis and leads to a pressure drop towards the main axis. This limitation or reduction of the volume flow through
Drallerzeugung tritt beispielsweise auch bei einem Abfluß von Wasser durch die Abflußöffnung in einer Badewanne auf. Um die Hauptachse bildet sich ein Gebiet geringen Druckes, insbeson¬ dere Unterdruckes aus, in dem Dampf unter Sättigungsdruck oder Dampf bzw. Gas von geringer Dichte strömt, wodurch der Volumen- und der Massenstrom des Fluides verringert werden. Durch eine Verbindung des Drallerzeugungs-Ele entes mit dem Strömungskanal ist eine Umlenkung der Strömung von einer Strömungsrichtung in einer Ebene senkrecht zur Hauptachse in eine Strömungsrichtung parallel zu der Achse des Strömungs¬ kanals gewährleistet. Die Achse des Strömungskanals und die Hauptachse der Vorrichtung sind vorzugsweise identisch, zu¬ mindest weitgehend parallel zueinander.Swirl generation also occurs, for example, when water drains through the drain opening in a bathtub. A region of low pressure, in particular negative pressure, forms around the main axis, in which steam flows under saturation pressure or steam or gas of low density, as a result of which the volume and mass flow of the fluid are reduced. A connection of the swirl generation element to the flow channel guarantees a deflection of the flow from a flow direction in a plane perpendicular to the main axis into a flow direction parallel to the axis of the flow channel. The axis of the flow channel and the The main axis of the device are preferably identical, at least largely parallel to one another.
Die Einströmungskomponente weist vorzugsweise eine Einström- Öffnung auf, die von der Hauptachse beabstandet ist. Hier¬ durch ist eine tangentiale Strömung senkrecht zur Hauptachse mit geringem Druckverlust erreichbar.The inflow component preferably has an inflow opening that is spaced from the main axis. In this way, a tangential flow perpendicular to the main axis can be achieved with little pressure loss.
Zur Erzeugung eines Dralles, insbesondere einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente, weist das Drallerzeugungs-Element feststehende Drallschaufeln auf, die in einer Ebene senkrecht zur Hauptachse angeordnet sind. Diese Drallschaufeln sind vorzugsweise auf einem Kreis angeordnet und lenken die an¬ fangs radial auf die Hauptachse gerichtete Strömung in eine tangential an dem Kreis verlaufende Strömung um. Das Draller¬ zeugungs-Element kann alternativ in der Einströmungskomponen¬ te zumindest einen Einlaufkanal aufweisen, der tangential an einen Kreis mit einem Mittelpunkt auf der Hauptachse oder einer dazu parallelen Achse verläuft .In order to generate a swirl, in particular a tangential speed component, the swirl generating element has fixed swirl vanes which are arranged in a plane perpendicular to the main axis. These swirl blades are preferably arranged on a circle and deflect the flow initially directed radially onto the main axis into a flow running tangentially to the circle. The swirl generating element can alternatively have at least one inlet channel in the inflow component, which runs tangentially to a circle with a center point on the main axis or an axis parallel to it.
Das Drallerzeugungs-Element ist vorzugsweise in einem Behäl¬ ter des Systems angeordnet, an dem der Strömungskanal endet. Hierdurch erfolgt bei einem Bruch oder einem Leck in dem Strömungskanal ein Ausströmen von Fluid aus dem Behälter durch das Drallerzeugungs-Element in den Strömungskanal hin¬ ein. Die Einströmöffnung kann in dem Behälter wesentlich weiter von der Hauptachse, welche vorzugsweise mit der Achse des Strömungskanals zusammenfällt, beabstandet sein als eine Wand des Strömungskanals. Der Abstand der Einströmöffnung sowie gegebenenfalls einer Drallschaufel von der Achse ist vorzugsweise größer als der Durchmesser des Strömungskanals. Durch eine Anordnung des Drallerzeugungs-Elementes in einem Behälter ist zudem gewährleistet, daß unabhängig von der ört¬ lichen Lage des Bruches oder des Leckes in dem Strömungskanal eine Begrenzung und Verringerung des Volumenstroms und des Massenstroms aus dem System heraus gewährleistet ist. Auch ist selbst bei einer den Querschnitt des Strömungskanals übersteigenden Größe der Vorrichtung ein nachträglicher Ein¬ bzw. Anbau an den Strömungskanal möglich.The swirl generating element is preferably arranged in a container of the system at which the flow channel ends. As a result, in the event of a break or a leak in the flow channel, fluid flows out of the container through the swirl generating element into the flow channel. The inflow opening in the container can be spaced substantially further from the main axis, which preferably coincides with the axis of the flow channel, than a wall of the flow channel. The distance between the inflow opening and possibly a swirl vane from the axis is preferably larger than the diameter of the flow channel. An arrangement of the swirl generating element in a container also ensures that a limitation and reduction in the volume flow and the mass flow out of the system is ensured, regardless of the local position of the break or leak in the flow channel. Even with one is the cross section of the flow channel Excess size of the device, a subsequent installation or attachment to the flow channel is possible.
Die Vorrichtung verfügt bevorzugt über ein Querschnittsver- engungs-Element zur Verengung des Querschnittes des Strö¬ mungskanals. Das Querschnittsverengungs-Element ist strö¬ mungstechnisch mit dem Drallerzeugungs-Element verbunden, so daß eine Strömung des Fluides in Strömungsrichtung bei einem Leck zuerst das Drallerzeugungs-Element und danach das Quer- schnittsverengungs-Element durchströmt. Da der Volumen- bzw. Massenstrom eines aus einem Behälter durch einen Strömungs¬ kanal austretenden Fluides durch den Querschnitt des Strö¬ mungskanal bestimmt ist und bei kleinerem Querschnitt eben¬ falls kleiner wird, gewährleistet das Querschnittsverengungs- Element eine zusätzliche Verringerung des Volumenstroms bei einem Leck oder Bruch in dem Strömungskanal. Das Quer¬ schnittsverengungs-Element ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß es in die Mündung des Strömungskanals in den Behälter eingefügt werden kann.The device preferably has a cross-sectional constriction element for constricting the cross-section of the flow channel. In terms of flow, the cross-sectional constriction element is connected to the swirl generating element, so that a flow of the fluid in the direction of flow in the event of a leak first flows through the swirl generating element and then through the cross-sectional constricting element. Since the volume or mass flow of a fluid emerging from a container through a flow channel is determined by the cross section of the flow channel and also becomes smaller with a smaller cross section, the cross-sectional constriction element ensures an additional reduction in the volume flow in the event of a leak or break in the flow channel. The cross-sectional constriction element is preferably designed such that it can be inserted into the mouth of the flow channel in the container.
Zwischen Drallerzeugungs-Element und Querschnittsverengungs- Element ist vorzugsweise ein Diffusor, insbesondere ein Radial-Diffusor angeordnet, welcher eine Vergrößerung des Strömungsguerschnittes der Vorrichtung von dem Querschnitts- verengungs-Element zu dem Drallerzeugungs-Element bewirkt. Der Strömungsquerschnitt des Drallerzeugungs-Elementes ist vorzugsweise größer als der Querschnitt des Strömungskanals, so daß während eines normalen Betriebes des Systems, insbe¬ sondere eines Kühlsystems einer Kernkraftanlage, die zusätz- liehen Strömungsdruckverluste von Querschnittsverengungs- Element und Drallerzeugungs-Element durch den zusätzlichen Druckrückgewinn im Diffusor mindesntens kompensiert wird, d.h. der normale Volumenstrom durch die Vorrichtung nicht verändert wird.A diffuser, in particular a radial diffuser, is preferably arranged between the swirl generating element and the cross-sectional constricting element, which causes an increase in the flow cross section of the device from the cross-sectional constricting element to the swirl generating element. The flow cross section of the swirl generating element is preferably larger than the cross section of the flow channel, so that during normal operation of the system, in particular a cooling system of a nuclear power plant, the additional flow pressure losses of the cross sectional constriction element and swirl generating element due to the additional pressure recovery in the Diffuser is at least compensated, ie the normal volume flow through the device is not changed.
Besonders vorteilhaft ist es, die Vorrichtung als eine bau¬ liche Einheit mit Drallerzeugungs-Element, Diffusor und Quer- schnittsverengungs-Element zu fertigen, da hierdurch auf ein¬ fache Art und Weise ein Strömungskanal in einem System nach¬ gerüstet werden kann.It is particularly advantageous to use the device as a structural unit with a swirl generating element, diffuser and cross member. to produce a constriction-reducing element, since this allows a flow channel to be retrofitted in a system in a simple manner.
In einem System, bei dem während des normalen Betriebes das unter Druck stehende Fluid aus einem Behälter in den Strö¬ mungskanal hineinströmt ist es vorteilhaft, wenn das Quer¬ schnittsverengungs-Element ein Drallvernichtungs-Element auf¬ weist. Hierdurch wird der von dem Drallerzeugungs-Element während des normalen Betriebes erzeugte Drall weitgehend wie¬ der vernichtet, so daß nahezu kein Druckverlust auftritt. Das Drallvernichtungs-Element weist vorzugsweise entsprechende feststehende und gebogene Schaufeln auf. Alternativ kann auch ein Drallvernichtungs-Element stromab des Strömungskanals vorgesehen sein, welches rotationssymmetrisch zur Hauptachse oder einer dazu parallelen Achse ist und zumindest einen tan- gentialen Auslaufkanal, beispielsweise mit einem kreisförmi¬ gen Querschnitt, aufweist. Auch hierdurch ist während eines normalen Betriebs des Systems eine Vernichtung des durch das Drallerzeugungs-Element erzeugten Dralles gewährleistet.In a system in which the pressurized fluid flows from a container into the flow channel during normal operation, it is advantageous if the cross-sectional constriction element has a swirl destruction element. As a result, the swirl generated by the swirl generating element during normal operation is largely destroyed, so that there is almost no pressure loss. The swirl destruction element preferably has corresponding fixed and curved blades. Alternatively, a swirl destruction element can also be provided downstream of the flow channel, which is rotationally symmetrical to the main axis or an axis parallel to it and has at least one tangential outlet channel, for example with a circular cross-section. This also ensures that the swirl generated by the swirl generating element is destroyed during normal operation of the system.
Besonders eignet sich die Vorrichtung zur Verwendung in einer industriellen Anlage, wie beispielsweise einer chemischen oder einer Energieerzeugungsanlage. Die industrielle Anlage weist ein System mit einem als Rohrleitung ausgeführten Strö¬ mungskanal auf, durch den ein unter Druck stehendes Fluid strömt. Das System ist hierbei vorzugsweise ein Kühlsystem einer Kernkraftanlage, welches einen Reaktordruck-Behälter aufweist, in dem die Rohrleitung einmündet. Bei einem Bruch der Rohrleitung erfolgt eine Begrenzung und Verringerung des aus dem System austretenden Volumen- und Massenstroms des Fluides . Gegenüber einem System ohne die Vorrichtung ist eine Reduzierung des austretenden Fluides auf die Hälfte oder so¬ gar bis auf unter 1/10 möglich. Die Vorrichtung kann im Zuge einer Nachrüstung vom Inneren des Reaktordruckbehälters in die Rohrleitung eingefügt werden. Eine Anordnung des Drall- erzeugungs-Elementes, des Diffusors und des Querschnittsver- engungs-Elementes erfolgt so, daß während des normalen Be¬ triebes des Kühlsystems allenfalls geringe zusätzliche Strömungsdruckverluste auftreten.The device is particularly suitable for use in an industrial plant, such as, for example, a chemical or an energy production plant. The industrial system has a system with a flow channel designed as a pipe, through which a fluid under pressure flows. The system is preferably a cooling system of a nuclear power plant, which has a reactor pressure vessel in which the pipeline opens. If the pipeline breaks, the volume and mass flow of the fluid emerging from the system is limited and reduced. Compared to a system without the device, it is possible to reduce the emerging fluid to half or even less than 1/10. The device can be inserted into the pipeline from the inside of the reactor pressure vessel as part of a retrofit. An arrangement of the swirl generating element, the diffuser and the cross-sectional Constriction element takes place in such a way that at most little additional flow pressure losses occur during normal operation of the cooling system.
Anhand der in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispie¬ le werden die Vorrichtungen sowie eine Verwendung der Vor¬ richtung näher erläutert. Es zeigen:The devices and the use of the device are explained in more detail with reference to the exemplary embodiments described in the drawing. Show it:
FIG 1 eine Vorrichtung in einem System zur Führung eines unter Druck stehenden Fluides in einem1 shows a device in a system for guiding a pressurized fluid in one
Längsschnitt, FIG 2 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß FIG 1 entlang des Schnittes II-II und FIG 3, FIG 4 je eine weitere Ausführungsform der Vorrich- tung in einem Längsschnitt.Longitudinal section, FIG. 2 shows a cross section of the device according to FIG. 1 along section II-II and FIG. 3, FIG. 4 each shows a further embodiment of the device in a longitudinal section.
Gleiche Bezugszeichen besitzen in den FIG 1 bis 4 jeweils die gleiche Bedeutung.The same reference numerals each have the same meaning in FIGS. 1 to 4.
FIG 1 zeigt in einem Längsschnitt ausschnittsweise einen Be¬ hälter 6, einen Reaktordruckbehälter 6a, eines von einem un¬ ter Druck stehenden Fluid, insbesondere Wasser oder Wasser¬ dampf, durchströmten Systems. Die ausschnittsweise Darstel¬ lung zeigt das Leitungsende 9 eines Strömungskanals 2, einer Rohrleitung 2a, die in dem Leitungsende 9 in den Reaktor¬ druckbehälter 6a einmündet. Die Rohrleitung 2a ist beispiels¬ weise eine kondensatführende Rohrleitung 2a mit einem Durch¬ messer von 200 mm für den Notkondensator einer Siedewasser- Kernreaktoranlage. Während des normalen Betriebes der Kern- reaktoranlage strömt das Fluid aus der Rohrleitung 2a in den Reaktordruckbehälter 6a hinein. Die Vorrichtung 1 weist ein Drallerzeugungs-Element 4 mit Drallschaufeln 10 auf, die auf einem Kreis 11 in einer Ebene senkrecht zu einer Hauptachse 3a der Vorrichtung 1 angeordnet sind. Zwischen zwei benach- harten Drallschaufeln 10 ist jeweils eine vor der Hauptachse 3a beabstandete Einströmöffnung 15 gebildet. Das Drahterzeu- gungs-Element 4 bildet im Bereich der Einströmöffnungen 15 eine sich im wesentlich senkrecht zur Hauptachse 3a er¬ streckende kreisscheibenförmige Einströmungskomponente 14. Der Radius des Kreises 11 ist mehr als doppelt so groß wie der Radius der kreisförmigen Rohrleitung 2a. An das Draller- zeugungs-Element 4 schließt sich ein Diffusor 7, in Form ei¬ nes Radialdiffusors an, welcher sich an seiner Außenseite bis auf den Innendurchmesser der Rohrleitung 2a verengt. An den Diffusor 7 schließt sich ein Querschnittsverengungs-Element 5 in Form eines Venturi-Rohrs an. Der kleinste Innendurchmesser des Querschnittverengungs-Elementes 5 beträgt etwa 62,5 % des Innendurchmessers der Rohrleitung 2a. Die Vorrichtung 1 mit dem Drallerzeugungs-Element 4, dem Diffusor 7 und dem Quer¬ schnittsverengungs-Element 5 bildet eine bauliche Einheit, die vom Inneren des Reaktordruckbehälters 6a in die Rohrlei- tung 2a eingeführt wird, so daß das Drallerzeugungs-Element 4 in dem Reaktordruckbehälter 6a verbleibt und das Quer¬ schnittsverengungs-Element 5 in das Leitungsende 9 hinein¬ ragt. Durch die in FIG 2 dargestellte Anordnung der Drall¬ schaufeln 10 auf einem Kreis 11 mit einer Krümmung in Rich- tung der Tangente an den Kreis 11 enthält das von dem Reak¬ tordruckbehälter 6a bei Auftreten eines Bruches in der Rohr¬ leitung 2a in das Drallerzeugungs-Element 4 einströmende Fluid eine Geschwindigkeitskomponente tangential zu dem Kreis 11. Während eines normalen Betriebes der Siedewasser-Kern- reaktoranlage, bei der das Fluid von der Rohrleitung 2a in das Drallerzeugungs-Element 4 einströmt, ruft die Vorrichtung 1 keine oder nur unwesentliche zusätzliche Strömungs¬ widerstände hervor. Die Höhe des Drallerzeugungs-Elementes 4 von etwa 30 mm und der Radius des Kreises 11 von etwa 600 mm sind so gewählt, daß die Ausströmquerschnittsflache der Vor¬ richtung 1 deutlich größer ist als die durch die Quer¬ schnittsfläche der Rohrleitung 2a gegebene Einströmfläche. Der zusätzliche Druckrückgewinn des Diffusors kompensiert da¬ bei die durch die übrigen Elemente erzeugten zusätzlichen Druckverluste. Hierdurch wird der Volumenstrom des Fluides während des normalen Betriebes der Siedewasser-Kernreaktor¬ anlage nicht beeinträchtigt. Die Verengung des Querschnittes der Rohrleitung 2a durch das Querschnittsverengungs-Element 5 beträgt etwa 39 %. Falls zusätzliche Strömungsdruckverluste zulässig sind, kann dieser engste Querschnitt noch weiter verringert werden, beispielsweise auf 27 % der Querschnitts- fläche der Rohrleitung 2a, falls der zusätzliche Druckver¬ lustkoeffizient ζzusätzlich gleich 1 bzw. 19 % der Quer¬ schnittsfläche der Rohrleitung 2a falls ζzusätzlich gleich 3 ist.1 shows in a longitudinal section a section of a container 6, a reactor pressure container 6a, of a system through which a fluid under pressure, in particular water or water vapor, flows. The fragmentary representation shows the line end 9 of a flow channel 2, a pipeline 2a, which opens into the line end 9 into the reactor pressure vessel 6a. The pipeline 2a is, for example, a condensate-carrying pipeline 2a with a diameter of 200 mm for the emergency condenser of a boiling water nuclear reactor plant. During normal operation of the nuclear reactor plant, the fluid flows from the pipeline 2a into the reactor pressure vessel 6a. The device 1 has a swirl generating element 4 with swirl blades 10, which are arranged on a circle 11 in a plane perpendicular to a main axis 3a of the device 1. An inflow opening 15, which is spaced apart from the main axis 3a, is formed between two adjacent swirl blades 10. The wire production element 4 forms in the region of the inflow openings 15 a circular disk-shaped inflow component 14 extending substantially perpendicular to the main axis 3a. The radius of the circle 11 is more than twice as large as the radius of the circular pipeline 2a. A diffuser 7, in the form of a radial diffuser, adjoins the swirl generating element 4 and narrows on its outside to the inside diameter of the pipeline 2a. A cross-sectional constriction element 5 in the form of a Venturi tube connects to the diffuser 7. The smallest inner diameter of the cross-sectional constriction element 5 is approximately 62.5% of the inner diameter of the pipeline 2a. The device 1 with the swirl generating element 4, the diffuser 7 and the cross-sectional constricting element 5 forms a structural unit which is introduced into the pipeline 2a from the inside of the reactor pressure vessel 6a, so that the swirl generating element 4 in the Reactor pressure vessel 6a remains and the cross-sectional constriction element 5 projects into the line end 9. Due to the arrangement of the swirl blades 10 shown in FIG. 2 on a circle 11 with a curvature in the direction of the tangent to the circle 11, this contains from the reactor pressure vessel 6a when a break occurs in the pipeline 2a into the swirl generation Element 4 flowing fluid a speed component tangential to the circle 11. During normal operation of the boiling water nuclear reactor system, in which the fluid flows from the pipe 2a into the swirl generating element 4, the device 1 calls no or only insignificant additional flow ¬ resistance. The height of the swirl generating element 4 of approximately 30 mm and the radius of the circle 11 of approximately 600 mm are selected such that the outflow cross-sectional area of the device 1 is significantly larger than the inflow area given by the cross-sectional area of the pipeline 2a. The additional pressure recovery of the diffuser compensates for the additional pressure losses generated by the other elements. As a result, the volume flow of the fluid is not impaired during normal operation of the boiling water nuclear reactor system. The narrowing of the cross section the pipe 2a through the cross-sectional constriction element 5 is approximately 39%. If additional flow pressure losses are permissible, this narrowest cross-section can be reduced even further, for example to 27% of the cross-sectional area of the pipeline 2a, if the additional pressure loss coefficient ζ additionally equals 1 or 19% of the cross-sectional area of the pipeline 2a if ζadditionally the same 3 is.
Die Einströmöffnung 15 sowie die Drallschaufeln 10 sind von einer Achse 3 des Strömungskanals 2 möglichst weit entfernt angebracht. Es ist mit mehr als dem doppelten Radius der Rohrleitung 2a von der Hauptachse 3a, die mit der Achse 3 des Strömungskanals zusammenfällt, beabstandet. Bei einem norma- len Betrieb der Kernreaktoranlage, bei dem das Fluid von der Rohrleitung 2a in den Reaktordruckbehälter 6a einströmt, wird durch das Drallerzeugungs-Element 4 ein Druckrückgewinn, allenfalls geringfügig gestört. Infolge der Krümmung der feststehenden Drallschaufeln 10 verläßt das in den Reaktor- druckbehälter 6a einströmende Fluid das Drallerzeugungs-Ele¬ ment 4 nahezu ohne Drall. Das Drallerzeugungs-Element 4 trägt jedoch wesentlich für die Verringerung und Begrenzung des Volumenstroms und des Massenstroms bei einem Leitungsbruch der Rohrleitung 2a bei. In diesem Fall enthält das aus dem Reaktordruckbehälter 6a ausströmende Fluid eine überwiegend tangentiale Strömungsrichtung. Infolge der Drehimpulserhal¬ tung erhöht sich die tangentiale Geschwindigkeitskomponente des ausströmenden Fluides weitgehend umgekehrt proportional zum Abstand von der Hauptachse 3. Dies gilt insbesondere bei geringen Reibungseffekten. Die Zunahme der tangentialenThe inflow opening 15 and the swirl blades 10 are arranged as far as possible from an axis 3 of the flow channel 2. It is spaced apart from the main axis 3a, which coincides with the axis 3 of the flow channel, by more than twice the radius of the pipeline 2a. During normal operation of the nuclear reactor system, in which the fluid flows from the pipeline 2a into the reactor pressure vessel 6a, a pressure recovery is disturbed by the swirl generating element 4, at most slightly. As a result of the curvature of the fixed swirl blades 10, the fluid flowing into the reactor pressure vessel 6a leaves the swirl generating element 4 almost without swirl. However, the swirl generating element 4 contributes significantly to the reduction and limitation of the volume flow and the mass flow in the event of a line break in the pipeline 2a. In this case, the fluid flowing out of the reactor pressure vessel 6a contains a predominantly tangential flow direction. As a result of the conservation of angular momentum, the tangential velocity component of the outflowing fluid increases largely inversely in proportion to the distance from the main axis 3. This applies in particular to low friction effects. The increase in tangential
Geschwindigkeit und der kinetischen Energie des ausströmenden Fluides wird durch eine Abnahme des statischen Druckes in Richtung der Hauptachse 3 begleitet. Das Druckgefälle wird um so größer je geringer der Abstand von der Hauptachse 3 ist. Bei einem hinreichend großen Anfangsdrall, der in dem Drall¬ erzeugungs-Element 4 erzeugt wird, kann sogar gegenüber der Außenatmosphäre ein Unterdruck entstehen. In der Nähe der Hauptachse 3 befindet sich somit bei einer ausströmenden Flüssigkeit Dampf unter Sättigungsdruck oder für ausströmen¬ den Dampf bzw. ausströmendes Gas entsprechend Dampf bzw. Gas von geringer Dichte.The speed and the kinetic energy of the outflowing fluid are accompanied by a decrease in the static pressure in the direction of the main axis 3. The pressure drop becomes greater the smaller the distance from the main axis 3. In the case of a sufficiently large initial swirl that is generated in the swirl-generating element 4, a negative pressure can even arise in relation to the outside atmosphere. Near the Main axis 3 is thus in the case of an outflowing liquid steam under saturation pressure or for outflowing steam or outflowing gas correspondingly steam or gas of low density.
Der durch das Querschnittsverengung-Element 5 ohnehin schon stark verringerte Ausströmquerschnitt des Fluides in der Rohrleitung 2a weist somit eine Massenstromdichte auf, die zur Hauptachse 3 hin immer geringer wird. Der ausströmende Volumenstrom bzw. Massenstrom wird somit durch den in dem Drallerzeugungs-Element 4 erzeugten Drall zusätzlich zu der Reduzierung infolge der Querschnittsverengung weiter deutlich verringert. Diese Verringerung bzw. Begrenzung des Volumen¬ stroms infolge einer zusätzlichen Drallerzeugung tritt bei- spielsweise auch bei einem Ausströmen von Wasser aus einer Badewanne auf, wobei dieses Ausströmen um so langsamer ist, je stärker der sich ausbildende Wirbel in dem Abflußrohr ist.The outflow cross-section of the fluid in the pipeline 2a, which is already greatly reduced in any case by the cross-sectional constriction element 5, thus has a mass flow density that becomes ever lower towards the main axis 3. The outflowing volume flow or mass flow is thus further significantly reduced by the swirl generated in the swirl generating element 4 in addition to the reduction due to the narrowing of the cross section. This reduction or limitation of the volume flow as a result of an additional swirl also occurs, for example, when water flows out of a bath tub, this outflow being slower the stronger the vortex which is formed in the drain pipe.
Für eine Kernreaktoranlage mit einem Druck von etwa 70 bar im Inneren des Reaktordruckbehälters 6a und des daran ange¬ schlossenen Leitungssystems sowie einem Umgebungsdruck von etwa 1 bar kann der Volumenstrom bei einem Bruch der Rohrlei¬ tung 2a durch Verwendung der Vorrichtung 1 auf etwa ein Zehntel des Wertes begrenzt werden, der ohne die Vorrichtung 1 austreten würde.For a nuclear reactor system with a pressure of approximately 70 bar inside the reactor pressure vessel 6a and the line system connected to it and an ambient pressure of approximately 1 bar, the volume flow can be reduced to approximately one tenth of the rate if the pipeline 2a breaks by using the device 1 Limit value that would exit without the device 1.
In FIG 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist ein Drallerzeugungs-Ele¬ ment 4 mit feststehenden Drallschaufeln 10 auf. An das Drall- erzeugungs-Element 4 schließt sich wie in FIG 1 dargestellt ein Diffusor 7 und ein Querschnittsverengungs-Element 5 an. Das Querschnittsverengungs-Element 5 weist um die Achse 3 der Rohrleitung 2a herum einen Verdrängungskörper 13 auf, zwi¬ schen dem und der Innenwand der Rohrleitung 2a Drallvernich- tungs-Schaufeln 12 angeordnet sind, die zu einem Drallver¬ nichtungs-Element 8 gehören. Die Vorrichtung 1 ist analog zu der in FIG 1 dargestellten Vorrichtung in das Leitungsende 9 einer in den Reaktordruckbehälter 6a mündenden Rohrleitung 2a eingeschoben. In diesem Fall ist die Rohrleitung 2a aller¬ dings eine Rohrleitung, in die während eines normalen Betrie¬ bes der Kernreaktoranlage von dem Reaktordruckbehälter 6a das unter Druck stehende Fluid einströmt. Das Drallerzeugungs- Element 4 ist so dimensioniert, daß bei einem normalen Be¬ trieb keine Begrenzung des Volumenstroms in der Querschnitts- Verengung der Rohrleitung 2a erfolgt. Durch ein in Strömungs¬ richtung während des normalen Betriebes nachgeschaltetes Drallvernichtungs-Element 8 wird der erzeugte Drall weit¬ gehend wieder vernichtet und der statische Druck zurückgewon¬ nen.3 shows a further embodiment of a device 1. The device 1 has a swirl generation element 4 with fixed swirl blades 10. As shown in FIG. 1, the swirl generating element 4 is followed by a diffuser 7 and a cross-sectional constricting element 5. The cross-sectional constriction element 5 has a displacement body 13 around the axis 3 of the pipeline 2a, between which and the inner wall of the pipeline 2a swirl destruction vanes 12 are arranged, which belong to a swirl reduction element 8. The device 1 is analogous to the device shown in FIG. 1 in the line end 9 a pipe 2a opening into the reactor pressure vessel 6a. In this case, however, the pipeline 2a is a pipeline into which the pressurized fluid flows from the reactor pressure vessel 6a during normal operation of the nuclear reactor system. The swirl generating element 4 is dimensioned such that during normal operation there is no limitation of the volume flow in the cross-sectional constriction of the pipeline 2a. By means of a swirl destruction element 8 connected downstream in the direction of flow during normal operation, the swirl generated is largely destroyed again and the static pressure is recovered.
Bei einem Bruch der Rohrleitung 2a mit einer Erhöhung der tangentialen Geschwindigkeit und damit des Dralles erfolgt eine Begrenzung des Volumenstroms und des Massenstroms durch die Drallerzeugung sowie die Querschnittsverengung in der Rohrleitung 2a.If the pipeline 2a breaks with an increase in the tangential speed and thus the swirl, the volume flow and the mass flow are limited by the swirl generation and the cross-sectional constriction in the pipeline 2a.
FIG 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1, welche sich entlang einer Hauptachse 3a erstreckt. Die Vorrichtung 1 weist ein Drallerzeugungs-Element 4 auf, wel¬ ches eine Einströmungskomponente 14 senkrecht zur Hauptachse 3a mit einer von der Hauptachse 3a beabstandeten Einströmöff- nung 15 besitzt. Das Drallerzeugungs-Element 4 ist mit einem Querschnittsverengungs-Element 5 in einen den Reaktordruckbe¬ hälter 6a einer Kernkraftanlage durchdringenden Strömungs¬ kanal 2 eingebracht. An dem dem Drallerzeugungs-Element 4 gegenüberliegenden Ende des Strömungskanals 2 ist ein zur Hauptachse 3a rotationssymmetrisches Drallvernichtungs-Ele¬ ment 8 angeordnet, welches beabstandet von der Hauptachse 3a einen tangential angeordneten Auslaufkanal 16 aufweist. An den Auslaufkanal 16 schließt sich eine nichtdargestellte Rohrleitung 2a des Systems an. Die Vorrichtung 1 eignet sich vorzugsweise bei neu zuerrichtenden industriellen Anlagen, insbesondere einer Kernreaktoranlage, oder für eine Nach¬ rüstung, bei der die Leitungsführung in dem System nachträg- lieh geändert werden kann. Sie zeichnet sich durch einen be¬ sonders niedrigen Strömungsdruckverlust aus, da sowohl die Erzeugung als auch die Vernichtung des Dralls ohne spezielle Drallschaufeln erreicht wird. Die Einströmungskomponente 14 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Hauptachse 3a und weist einen Einlaufkanal oder mehrere Einlaufkanäle be¬ liebigen Querschnittes auf, die tangential angeordnet sind. Das Drallvernichtungs-Element 8 entspricht in seinem Aufbau näherungsweise dem spiralförmigen Gehäuse einer zentrifugalen Pumpe. Die Einströmungskomponente 14 erfährt bei einem norma¬ len Betrieb des Systems, d.h. der Kernreaktoranlage, ledig¬ lich in der Nähe der Hauptachse 3a deutlich verringerte sta¬ tische Drücke; das Drallvernichtungs-Element 8 hingegen ist für den vollen statischen Differenzdruck ausgelegt. Ein sich in dem Drallerzeugungs-Element 4 und dem Drallvernichtungs- Element 8 ausbildender Potentialwirbel stellt mit Ausnahme des Wirbelkerns eine weitgehend drallfreie Strömung dar. Rei¬ bungseffekte ergeben sich praktisch nur an den Innenwänden des Drallerzeugungs-Elementes 4 und des Drallvernichtungs- Elementes 8. Dieser ist jedoch aufgrund der relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Innenwände relativ gering. In der Nähe der Hauptachse 3a bildet sich eine ruhige Strömungszone aus, welche in etwa dem "Auge eines Taifuns" entspricht. Im Falle eines Bruches, in der sich an den Aus- laufkanal 16 anschließenden Rohrleitung 2a, insbesondere ei¬ ner Frischdampfleitung einer Siedewasser-Kernreaktoranlage, wird der austretende Volumenstrom auf etwa 120 % des normalen Volumenstroms begrenzt.4 shows an alternative embodiment of the device 1, which extends along a main axis 3a. The device 1 has a swirl generating element 4, which has an inflow component 14 perpendicular to the main axis 3a with an inflow opening 15 spaced apart from the main axis 3a. The swirl generating element 4 is introduced with a cross-sectional constriction element 5 into a flow channel 2 penetrating the reactor pressure vessel 6a of a nuclear power plant. At the end of the flow channel 2 opposite the swirl generating element 4 there is a swirl destruction element 8 which is rotationally symmetrical with respect to the main axis 3a and which has a tangentially arranged outlet channel 16 at a distance from the main axis 3a. A pipeline 2a, not shown, of the system connects to the outlet duct 16. The device 1 is preferably suitable for newly constructed industrial plants, in particular a nuclear reactor plant, or for retrofitting in which the line routing in the system is retrofitted. can be changed. It is characterized by a particularly low flow pressure loss, since both the generation and the destruction of the swirl are achieved without special swirl blades. The inflow component 14 is essentially rotationally symmetrical to the main axis 3a and has an inlet channel or a plurality of inlet channels of any cross-section which are arranged tangentially. The structure of the swirl destruction element 8 corresponds approximately to the spiral housing of a centrifugal pump. During normal operation of the system, ie the nuclear reactor system, the inflow component 14 experiences significantly reduced static pressures only in the vicinity of the main axis 3a; the swirl destruction element 8, however, is designed for the full static differential pressure. With the exception of the vortex core, a potential vortex which forms in the swirl generating element 4 and the swirl destruction element 8 represents a largely swirl-free flow. Friction effects occur practically only on the inner walls of the swirl generating element 4 and the swirl eliminating element 8 is however relatively low due to the relatively low flow velocity in the area of the inner walls. A calm flow zone is formed in the vicinity of the main axis 3a, which roughly corresponds to the "eye of a typhoon". In the event of a rupture in the pipeline 2a adjoining the outlet duct 16, in particular a live steam line of a boiling water nuclear reactor plant, the emerging volume flow is limited to approximately 120% of the normal volume flow.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Vorrichtung aus, wel¬ che auch nachträglich in einen Strömungskanal eines ein unter Druck stehendes Fluid führenden Systems einfügbar ist. Hier¬ bei sind bei Auftreten einer Leckage in dem System, insbeson¬ dere einem Bruch in dem Strömungskanal, eine Verringerung bzw. Begrenzung des infolge des Bruches aus dem System aus¬ tretenden Volumenstroms erreicht. Die Vorrichtung weist ein Drallerzeugungs-Element, sowie ggf. zusätzlich einen Diffusor und ein Querschnittsverengungs-Element auf. Diese Komponenten der Vorrichtung sind so ausgelegt, daß während eines normalen Betriebes des Systems, insbesondere eines Kühlsystems einer Kernreaktoranlage, eine ungünstige Beeinflussung der Strömung des Fluides vermieden wird. Eine Begrenzung des Volumenstroms bei einer Leckage erfolgt neben der Querschnittsverengung durch eine Drallerzeugung in einer Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluides in dem Strömungskanal. Mit ei¬ ner entsprechenden Dimensionierung der Komponenten der Vor- richtung kann beispielsweise bei einem Bruch einer Frisch¬ dampfleitung einer Siedewasser-Kernreaktoranlage bei geringem Druckverlust der austretende Volumenstrom auf ca. 150 % des normalen betrieblichen Volumenstroms begrenzt werden. Dies entspricht einer Reduktion auf etwa 75 % des ohne die Vor- richtung austretenden Volumenstroms. Für eine Speisewasser¬ leitung kann eine Begrenzung des Volumenstroms bei einem Bruch auf bis zu unter 50 % des normalen betrieblichen Volu¬ menstroms erreicht werden. Hierdurch könnten Belastungen auf Einbauten des Reaktordruckbehälters deutlich vermindert, eine Verringerung der Absenkungsrate des Füllstandes in dem Reak¬ tordruckbehälter erreicht, sowie eine kleinere Dimensionie¬ rung von Notkühlsystemen durchgeführt werden. Besonders vor¬ teilhaft ist es, daß die Vorrichtung als eine bauliche Ein¬ heit gefertigt und auch nachträglich in Zuge von Nachrüstun- gen eingebracht werden kann. Als passives Element weist die Vorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit auf, so daß gegenüber aktiven Vorrichtungen die Gefahr eines Versagens sowie die Notwendigkeit einer wiederkehrenden Überprüfung deutlich ver¬ mindert ist . The invention is characterized by a device which can also be retrofitted into a flow channel of a system carrying a pressurized fluid. In this case, if a leakage occurs in the system, in particular a break in the flow channel, a reduction or limitation in the volume flow exiting the system as a result of the break is achieved. The device has a swirl generation element and, if necessary, an additional diffuser and a cross-sectional constriction element. These components of the device are designed such that an adverse influence on the flow of the fluid is avoided during normal operation of the system, in particular a cooling system of a nuclear reactor plant. In addition to the narrowing of the cross-section, the volume flow in the event of a leak is limited by generating swirl in a plane perpendicular to the flow direction of the fluid in the flow channel. With a corresponding dimensioning of the components of the device, for example, in the event of a fresh steam line rupture in a boiling water nuclear reactor plant, the emerging volume flow can be limited to approximately 150% of the normal operating volume flow with little pressure loss. This corresponds to a reduction to approximately 75% of the volume flow exiting without the device. For a feed water line, the volume flow can be limited in the event of a rupture to below 50% of the normal operational volume flow. In this way, loads on internals of the reactor pressure vessel could be significantly reduced, the rate of lowering of the fill level in the reactor pressure vessel could be reduced, and emergency cooling systems could be dimensioned to a smaller extent. It is particularly advantageous that the device can be manufactured as a structural unit and can also be introduced subsequently in the course of retrofitting. As a passive element, the device has a high level of reliability, so that the risk of failure and the need for a recurring check is significantly reduced compared to active devices.

Claims

PC--C7DE95/0183413 Patentansprüche PC - C7DE95 / 0183413 claims
1. Vorrichtung (1) zur Begrenzung des Volumenstroms in einem System, das von einem unter Druck stehenden Fluid durchström- bar ist und einen Strömungskanal (2) aufweist, mit einer1. Device (1) for limiting the volume flow in a system through which a pressurized fluid can flow and which has a flow channel (2) with a
Hauptachse (3a) und einem Drallerzeugungs-Element (4) , wel¬ ches zwecks Drallerzeugung in dem Fluid eine senkrecht in wesentlich zur Hauptachse (3a) sich erstreckende Einströ¬ mungskomponente (14) aufweist und zur Einleitung des Fluids in den Strömungskanal (2) vorgesehen ist.Main axis (3a) and a swirl generating element (4) which, for the purpose of swirling in the fluid, has an inflow component (14) which extends perpendicular to the main axis (3a) and for introducing the fluid into the flow channel (2) is provided.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Einströmungs¬ komponente (14) eine Einströmöffnung (15) aufweist, welche von der Hauptachse (3a) beabstandet ist.2. Device (1) according to claim 1, wherein the Einströmungs¬ component (14) has an inflow opening (15) which is spaced from the main axis (3a).
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der stromab des Strömungskanals (2) ein Drallvernichtungs-Element (8) vorge¬ sehen ist, welches rotationssymmetrisch zur Hauptachse (3a) ist und zumindest einen tangentialen Auslaufkanal (16) hat.3. Device (1) according to claim 2, in which a swirl destruction element (8) is provided downstream of the flow channel (2), which is rotationally symmetrical to the main axis (3a) and has at least one tangential outlet channel (16).
4. Vorrichtung (1) nach eine der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drallerzeugungs-Element (4) in einem Behälter (6) des Systems, an dem der Strömungskanal (2) endet, anordenbar ist.4. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the swirl generating element (4) in a container (6) of the system, on which the flow channel (2) ends, can be arranged.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, mit einem Querschnitts¬ verengungs-Element (5) zur Verengung des Querschnittes des Strömungskanals (2).5. The device (1) according to claim 4, with a cross-sectional constriction element (5) for narrowing the cross-section of the flow channel (2).
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei der zwischen dem6. The device (1) according to claim 5, wherein between the
Drallerzeugungs-Element (4) und dem Querschnittsverengungs- Element (5) ein Diffusor (7) , insbesondere Radialdiffusor, angeordnet ist.Swirl generating element (4) and the cross-sectional constriction element (5) a diffuser (7), in particular a radial diffuser, is arranged.
7. Vorrichtung (1) nach der Anspruch 6, bei der das Drall¬ erzeugungs-Element (4) , das Querschnittsverengungs-Element (5) und der Diffusor (7) eine bauliche Einheit bilden. 7. The device (1) according to claim 6, wherein the swirl-generating element (4), the cross-sectional constriction element (5) and the diffuser (7) form a structural unit.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der das Querschnittsverengungs-Element (5) ein Drallvernichtungs- Element (8) aufweist.8. The device (1) according to any one of claims 5 to 7, wherein the cross-sectional constriction element (5) has a swirl destruction element (8).
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der stromab des Strömungskanals (2) ein Drallvernichtungs-Element (8) vorgesehen ist, welches rotationssymmetrisch zur Haupt¬ achse (3a) ist und zumindest einen tangentialen Auslaufkanal (16) aufweist9. Device (1) according to one of claims 1 to 7, in which a swirl destruction element (8) is provided downstream of the flow channel (2), which is rotationally symmetrical to the main axis (3a) and at least one tangential outlet channel (16) having
10. Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche in einer industriellen Anlage, die ein von einem unter Druck stehenden Fluid durchströmtes System mit einem als Rohrleitung (2a) ausgeführten Strömungskanal (2) aufweist.10. Use of the device (1) according to one of the preceding claims in an industrial installation which has a system through which a fluid under pressure flows and has a flow channel (2) designed as a pipe (2a).
11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei das System das Kühl¬ system einer Kernkraftanlage mit einem Reaktordruck-Behälter (6a) ist, in den die Rohrleitung (2a) einmündet. 11. Use according to claim 10, wherein the system is the cooling system of a nuclear power plant with a reactor pressure vessel (6a) into which the pipeline (2a) opens.
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