DE69305747T2 - Vorrichtung zum mischen von zwei flüssigkeiten unterschiedlicher temperatur - Google Patents

Description

Technischer Bereich der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches und vorgesehen für das Mischen zweier Fluide, vorzugsweise Flüssigkeiten, welche unterschiedliche Temperaturen haben.
Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
• In den Systemen von Wasserrohren, welche in Kernkraftwerke eingebunden sind und dazu dienen, Wasser von und zu, u.a. dem Reaktor und dem Kondensator zu führen, gibt es eine Vielzahl von Punkten, an denen Wasser, welches eine bestimmte Temperatur aufweist, gemischt werden muß mit Wasser, welches eine unterschiedliche Temperatur aufweist. Dies fand früher in einfachen T-Stück-Anschlüssen oder Abzweigrohrpunkten statt, an denen ein offenes Abzweigrohr direkt in eine Öffnung in der Umfangswandung eines Hauptrohres mündete. An solchen Anschlußpunkten treffen sich die beiden Wasserströme in einer unkontrollierten Weise unter intensiven Verwirbelungen, welche u.a. verursachen, daß Wirbel oder Ströme von Wasser, welche eine bestimmte, beispielsweise höhere Temperatur als andere Wasserströme haben, sich vor und zurück bewegen, beides axial und entlang der Seiten der Innenseite der Rohrwandung des Hauptstromes im Bereich stromabwärts von dem Anschlußpunkt. Das bedeutet, daß zumindest die Innenseite des Hauptrohres unterbrochen wiederholten Änderungen der Temperatur ausgesetzt wird, was dazu führt, daß das Rohrmaterial, welches in der Praxis in den meisten Fällen säurefester Stahl ist, wechselnd Druck- und Zugbelastungen ausgesetzt wird. Dieses Phänomen der sogenannten thermischen Ermüdung zeigt sich in Rißbildungen im Rohrmaterial. Wenn die Unterschiede in der Temperatur zwischen den beiden ineinander gemischten Fluiden groß sind, z.B. 50ºC oder mehr, und die Ermüdung über eine lange Zeit erfolgt, kann die Rißbildung soweit fortschreiten, daß sie die Sicherheit gefährdet. Die Neigung, Risse zu bilden, ist besonders ausgeprägt in den Bereichen von Schweißnähten, welche regelmäßig in der Nachbarschaft des Anschlußpunktes stromabwärts hiervon gefunden werden.
• Zu dem Zweck, zumindest die oben behandelten Probleme zu reduzieren, wurden zurückliegend Versuche gemacht, in den Anschlußpunkt zwischen Haupt- und Nebenrohren eine besondere Mischvorrichtung, welche dazu dient, den Mischprozeß zu kontrollieren, einzubauen, in einer solchen Weise, daß die Zahl der Temperaturwechsel je Zeiteinheit entlang der inneren Oberfläche der Rohrwandung reduziert wird. Für solches Mischen wurde Gebrauch gemacht von Anschlußstutzen, welche sich im wesentlichen radial in das Hauptrohr erstrecken von einem Nebenrohr, und in deren zylindrischen Umfangsoberfläche eine Vielzahl von kleinen Löchern eingeformt sind, durch die das Wasser aus dem Nebenrohr radial ausfließt in Form einer zusammengehörigen Anzahl von Strahlen. In einer Ausführungsform wurde der Anschlußstutzen mit Löchern gleicher Größe ausgebildet. In anderen Ausführungsformen wurden Experimente gemacht mit Öffnungen unterschiedlicher Größe. Z.B. wurden die Öffnungen des Anschlußstutzens in dem Bereich der Hauptrohrmitte größer als die Öffnungen näher an der peripheren Wand des Rohres gemacht. Diese Experimente haben sich nicht als erfolgreich erwiesen insofern, als ausgeprägte Temperaturunterschiede entlang der Rohrwandungsoberfläche nicht verhütet werden konnten. Besonders bei Unterschieden der Wasserströme in den beiden Rohren wird die Kraft der Strahlen durch die Perforationen verstärkt und abgeschwächt und, da es nicht möglcht war, einzelne Strahlen davon abzuhalten, auf die Innenseite des Hauptrohres aufzutreffen, bewegen sich die Strahlen entlang der Oberfläche der Rohrwandung und verursachen Unterschiede in den Temperaturen im Rohrwandungsmaterial.
Gegenstand und Vorteile der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile der bekannten und oben beschriebenen Mischvorrichtungen zu eliminieren und schafft eine Vorrichtung, mit der das Risiko der thermischen Ermüdung in den Wandungen der Rohre und darin enthaltenen Schweißnähte auf ein absolutes Minimum reduziert wird. Hauptgegenstand der Erfindung ist es, eine Mischvorrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, ein Fluid aus einem Nebenrohr in ein Fluid, welches durch ein Hauptrohr fließt, in einem Bereich zu mischen, der zentral im Hauptrohr angeordnet ist und in einer Weise, daß der Mischprozeß stabil und einheitlich in der stromabwärts gelegenen Zone der Mischvorrichtung ist, ohne irgendwelche ausgeprägten Schlieren oder Teilflüsse von nur einem Fluid, welches vor und zurück entlang der Innenseite des Hauptrohres wandert. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist, eine Mischvorrichtung zu schaffen, welche dem Fluß durch das Hauptrohr einen minimalen Widerstand entgegensetzt und welche deswegen vernachlässigbare Druckeinbrüche verursacht. Bezüglich der Erfindung werden diese Eigenschaften erreicht mittels der Merkmale, die im kennzeichnenden Teil des Anspruches definiert werden.
Weitere Erklärungen des Standes der Technik
• Die JP 62-27030 offenbart eine Mischvorrichtung, welche als Ausstoßvorrichtung vorgesehen und allgemein nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ausgeführt ist. Wie die erfindungsgemäße Vorrichtung weist diese Ausstoßvorrichtung nach dem Stand der Technik einen Anschlußstutzen auf, welcher sich in ein Hauptrohr erstreckt und ein zentrales Rohrstück beinhaltet, durch das ein erstes Fluid in einer zentralen Teilströmung durchfließen kann, wobei das Rohrstück an seinem Auslaßende von einer ringförmigen, düsenförmigen Öffnung umgeben ist, durch die ein zweites Fluid aus einem Nebenrohr in das Hauptrohr fließen kann. In dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik findet das Mischen der zwei Fluide in dem Bereich stromabwärts von dem Rohrstück, und nicht mittig in dem Rohrstück, wie in der vorliegen Erfindung, statt. Es soll auch festgestellt werden, daß die Fluide, die mit der Vorrichtung gemischt werden, die in der JP 62-27030 offenbart ist, nicht als unterschiedliche Temperatur aufweisend charakterisiert, und daß die Aufgabe der Erfindung nicht die Lösung des Rißbildungsproblems ist, welches durch Änderung der Temperatur in den Rohrwandungen verursacht wird.
Kurzbeschreibung der beiliegenden Zeichnungen
• In der Zeichnung ist die einzige Figur eine teilweise geschnittene Ansicht zweier Rohre, welche sich an einem Anschlußpunkt treffen, an dem eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung angebracht ist.
Genaue Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
• In der Zeichnung ist ein erstes Rohr oder Hauptrohr allgemein als 1 bezeichnet und ein Nebenrohr allgemein als 2 bezeichnet. Die vorhandene Rohrwandung des Rohres 1, welche in der Regel vorzugsweise zylindrisch ist, ist mit 3 bezeichnet. Das Rohr 2 erstreckt sich vorzugsweise senkrecht von dem Rohr 1 weg. In dem so geformten T-Anschluß oder Anschlußpunkt ist eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung montiert, welche in seiner Ganzheit als 4 bezeichnet ist.
• In der Regel wird ein erstes Fluid (dargestellt durch den Pfeil A) durch das Hauptrohr 1 geführt, während ein zweites Fluid (Pfeil B) durch das Nebenrohr 2 zu dem Anschlußpunkt geführt wird, um mit dem Fluid A gemischt zu werden. Die zwei Fluide A, B, welche in der Regel Flüssigkeiten sein können, beispielsweise in Form von Wasser, haben unterschiedliche Temperaturen beim Erreichen des Anschlußpunktes. Wenn unterschiedliche Wasserströme in einem Kernkraftwerk einbezogen sind, sind die Unterschiede in den Temperaturen in etwa 50º bis 100ºC, in manchen Fällen auch mehr.
• Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung 4 ist in einem vergleichsweise kurzen Rohrabschnitt 1' montiert, welcher als Teil des Hauptrohres eingebunden ist und mit Flanschen 5, 5' verbunden ist. Ein Anschlußstutzen 6 ist dauerhaft in den Rohrabschnitt 1' eingeschweißt und erstreckt sich über eine Strecke hinter die Außenseite des Rohrabschnittes 1'. Der Anschlußstutzen 6 trägt an seinem Ende, welches in den Rohrabschnitt 1' hineinragt, ein Verteilergehäuse 7 mit doppelten Ringwandungen 8, 9, von denen die innere Wand 9 einen Kanal 10 bildet, welcher sich axial und hauptsächlich zentral in dem Rohrabschnitt 1' erstreckt. Die innere Wand 9 ist mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen 11 versehen, welche als Düsen zum Einleiten des Fluids B direkt in den Kanal 10 dienen. Ein Teil des Stromes des Fluids A durch das Hauptrohr fließt so durch den Kanal 10, an welchen die düsenförmigen Öffnungen 11 unmittelbar angeschlossen sind, wodurch die beiden Fluide A, B in einem zentralen Bereich innerhalb des Rohrabschnittes 1 gemischt werden, wodurch einzelne Schlieren oder Strahlen des Fluids B davon abgehalten werden, die Rohrwand 3 des Rohrabschnitts 1' oder des Rohres 1 zu kontaktieren und an der Innenseite vor und zurück entlang zu laufen.
• In der Ausführungsform, welche in der Zeichnung gezeigt ist, sind die Mischvorrichtung 4 und der bestehende Rohrabschnitt 1 so hergestellt, daß sie eine Einheit bilden, welche im Ganzen sowohl in neue als auch in bestehende Systeme von Rohren eingebaut werden kann. In bestehenden Systemen ist es jedoch notwendig, nicht nur das Nebenrohr 2, sondern auch das Hauptrohr 1 abzuschneiden, um die Einheit einzupassen.

Claims (1)

1. Eine Vorrichtung zum Mischen zweier Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, welche unterschiedliche Temperaturen haben, aufweisend einen Anschlußstutzen (6), welcher sich im wesentlichen radial in ein Hauptrohr (1) erstreckt - durch welches ein erstes Fluid (A) geleitet wird - von einem Nebenrohr (2) - durch welches ein zweites Fluid (B) geleitet wird, der Anschlußstutzen aufweisend, an seinen Enden angeordnet, in besagtem Hauptrohr, ein Verteilungsgehäuse (7) mit doppelten Ringwänden (8, 9), von denen eine innere Wand (9) einen Kanal (10) bildet, welcher sich axial und hauptsächlich zentral in besagtes Hauptrohr erstreckt, wobei besagtes Verteilungsgehäuse ausgebildet ist mit Öffnungen, welche dem zweiten Fluid (B) ermöglichen, eingeleitet und gemischt zu werden mit dem ersten Fluid (A), welches durch das Hauptrohr und den Kanal fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Öffnungen aus einer Vielzahl von kleinen Öffnungen (11) bestehen, welche in der Innenwand (9) des besagten Verteilungsgehäuses (7) angeordnet sind und ermöglichen, daß das zweite Fluid (B) in das erste Fluid (A) gemischt wird direkt in dem Kanal (10), mittig angeordnet in besagtem Hauptrohr (1).